说明
1. 译自Peter Fleckenstein的著作Anatomy in Diagnostic Imaging 3e
以X线为基础的技术
一、X线的产生和性质
X线(X-rays)是占据一定波谱范围的电磁波。用于X线诊断的波长在0.06~0.006nm之间。与可见光不同，X线不能被透镜或类似的设备检测出。因此在影像诊断上，X线的衍射及波动性常常被忽略。把X线想象成是通过直线传播且不可分的能量量子：光子(Photons)，是非常有用的。因此，人们通常用它们的光子能量特性而不是波长和频率去描述X线。
当电子(electrons)通过一个以kV为等级的梯度电场(kilo-volt range)时，会被加速并获得动能，X线是从这些动能转换而来的。X线光子(photon)的能量单位是千电子伏特（keV)，与诊断有关的范围是20〜200keV(Figure 1)。
电磁波在真空中的传播速度\(c\)是常数：\(3 \times 10^{17}nm/s\)，与波长\(（\lambda）\)和频率\((\nu)\)的关系是：\(c = \lambda \times \nu\)。
电磁波以不连续的能量量子（光子）的形式发射。光子能量（E)和它的频率\((\nu)\)的关系是：\(E=h \times \nu = h \times \cfrac{c}{\lambda}\)，h是Planck常数。
如果能量E以千电子伏特(keV)表示，波长\(\lambda\)以纳米（nm)表示，关系式变成\(E = \cfrac{1.24}{\lambda}\)。
1个电子伏特（eV)是1个电子通过1伏特梯度电压加速后获得的能量。1000 eV=1 keV
用于影像诊断的X线来自球管(Figure 2)。在球管内，通电后被加热的钨丝（阴极）发射窄电子束，电子束在真空管内加速，被静电聚焦后撞击阳极靶，阳极靶发射出能量，其中只占入射电子能量很小一部分的（0.2%-2%)能量形成X线，剩余的能量以热能的形式在阳极消散。
阳极通常是钨合金构成，具有很高的热稳定性，做成盘状，并高速旋转，将接收的能量平均地大范围地扩散出去。
通过调节阴阳两极间的电位差即加速电压来调节球管产生的X线能量（波长）。常见的50-60Hz的交流电(alternating current, AC)通过交流电整流(rectification)转变成50000Hz的交流电。
X线球管的高电压设定通常是指峰值电压，并且用kVp表示。高电压呈波形而不是完全直线形的。波动(ripple)是以峰值电压的百分比来表示峰值电压和最低电压之间的差值，其值在大多数高压发生器为5-10％。
在给定电压的条件下，由球管产生的X线强度由击中阳极的电子数量决定，即电子通过真空从阴极传递到阳极的电流，称为beam (or tube) current，以毫安（mA）表示。
对于约40kV(饱和电压)以上的加速电压来说，beam current主要由阴极灯丝的温度决定，并且可以通过filament heating current supply调节。球管释放的X线的数量（剂量dose）与beam current流经的时间成正比，并且以毫安秒（milliampere seconds, mAs）表示。
阳极发射的X线光子以不同强度分布，在球管加速电压峰值时，这种情况最明显。因此，X线束是多变的。即使加速电压不变，X线束仍然非常易变，这与X线在阳极产生过程中的处理特性（轫致辐射）有关，在此不详述。
低于约20keV以下能量的光子通常在X线成像中没有用处，因为它们不能穿透身体受检部位。而且它们还是有害的，因为它们的能量被受照射的浅表组织（尤其是皮肤）吸收。在X线束通过的路径上插入薄铝或铜片(filters,滤器)，可以去除这些多余的低能光子（Figure 3)，使光子的平均能量增加，这种X线束被称为硬X线(hardened)。
未滤过的线束在途经X线球管壁被滤过时，最低的能量被滤去， 额外滤过降低了线束整体能量，但增加了平均光子能量。
乳房摄影术(Mammography)在X线诊断中使用大约25-30keV的最低光子能量，以优化正常组织和癌组织之间对X线吸收的微弱差异的检测。X线球管被一层铅壳包绕，仅留一窗口允许X线束穿过。窗口（即孔）的大小和形状通过调节光圈来变化（Figure 2)。来自被电子束撞击部位的阳极（焦点）的X线以散射束(diverging bundle)的方式从球管向外辐射，并被球管的出口孔径所限制。
散射束的中轴叫中心X线，沿轴线方向看到的焦点叫有效焦点（effective focal spot, Figure 2)。这个焦点越小，获得的图像分辨率越高。有效焦点通常是\(1mm^2\)或更小。乳房X线照相术甚至可达\(0.1mm^2\)，可检测恶性乳腺肿瘤中常见的微小钙沉积物。
