第三节　人体对X线的衰减

X线束射入人体内，一部分被吸收散射，另一部分通过人体沿原方向传播。透过的X线光子按特定形式分布，便形成了X线影像。人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小，这一差别即形成了X线影像的对比度。

透过的光子与衰减的光子都具有同等的重要性。如果全部的光子都透过，则胶片呈现均匀黑色，没有任何影像；如果所有的光子都被吸收，则胶片呈现一片白色，也不能形成影像。因此，X线影像实际上是人体的不同组织对射线不同衰减的结果。所以研究X线在人体中的衰减规律，应首先了解人体各组织器官的元素构成、分布、密度及衰减系数等基本情况。

一、人体的构成元素和组织密度

人体大部分是由肌肉、脂肪和碳水化合物组成的软组织，其他是一些存在于骨骼、肺组织和消化道内的气体。

软组织中约75%是水（H元素、O元素），23%是蛋白质、脂肪和碳水化合物（蛋白质中C占52%，O占23%，H占7%；脂肪的主要构成元素为C、H、O）。还有2%是K、P、Mg、Na、Cl等元素。骨骼由胶体状的蛋白质和钙组成，其中钙占50%到60%。构成人体的基本元素及其在人体内的占有率见表3-4。

水的密度是1g/cm3，有效原子序数为7.43，实验证明水与人体的软组织对X线的吸收几乎一致，所以常选用水模作为人的体模。骨的密度是1.9g/cm3，有效原子序数是14，常用原子序数为13的铅作为骨组织的模拟体。空气的密度是129.3×10-5g/cm3，有效原子序数是7.64。

因此，人体内除含有少量的钙、磷外，其他组织几乎等效于有效原子序数为7.43的水。吸收X线最多的是由Ca3（PO4）2组成的密度为2.24g/cm3的门齿，吸收X线最少的是含有空气的肺和皮下及关节附近的脂肪组织（表3-5）。

二、人体对X线的衰减

X线通过被检测体的衰减规律，一般采用单能宽束X线的指数衰减规律，即：

式中μ为被检体组织的线性衰减系数。通过实验得出，当以光电吸收为主时，被检体组织的线性衰减系数与X线光子的波长的立方呈正比。

在波长为0.1×10-8～1cm时测定的各组织的衰减系数为：

肌肉μm=（2.2 λ3＋0.18）×1=2.2 λ3＋0.18

脂肪μf=（1.8 λ3＋0.18）×0.94=1.692 λ3＋0.1692

骨μb=（11 λ3＋0.18）×1.9=20.9 λ3＋0.342

空气μa=（2.6 λ3＋0.18）×0.00338 λ3＋0.000234

需要指出的是，这些公式只适用于单能X线。对于连续X线而言，衰减系数中的波长λ和指数衰减规律公式中的B的选择可以参考图3-6和图3-7。

图3-6是在装有铍窗的X线管上通过加不同的固定电压所测出的铝的衰减系数。通过2mm铝滤过板，管电压100kV的X线接近于原X线的10%，管电压为40kV的X线已衰减到不足原来的3%，结论是用2mm铝滤过板的衰减曲线已接近于线性。

图3-7用3mm铝板滤过的X线，再入射水中的衰减曲线，表示成直线关系。可以看出，水中X线的质没有多大改变。可以说，水对诊断用X线的吸收是均等的，诊断用X线的波长为1.5 λ时，这一波长的X线量最强。

由于诊断用的μ近于0.2，因此，取B=0.2cm-1×5cm=1，即被照体厚度增加到5cm时，没有影响。当被照体增到10cm时，B=μX=0.2cm-1×10cm=2。此时，散射线造成的影响就明显增加了，需要考虑使用滤线器来去除散射线。表3-6列出了人体不同组织的线衰减系数。

以手部摄影为例，选用40kV时，由人体不同组织的线衰减系数可知骨骼是肌肉线衰减系数的6.1倍，所以手部骨骼和手部肌肉存在很大的衰减差别，在影像上呈现高对比度。当选用150kV摄影时，骨骼是肌肉线衰减系数的2.1倍，其影像对比度将明显下降。40kV时是光电效应为主，而150kV时几乎全部是由康普顿效应造成的吸收差别。

图3-8是以肌肉和骨骼为例，表示对不同能量的X线在两种组织中分别发生两种效应的比率。图中是以总衰减为100，而把两种效应的衰减作为总衰减的一部分描述的曲线。由图可见，对肌肉组织在42kV时，两种效应各占50%，在90kV时，康普顿效应已占到90%。骨骼的有效原子序数较高，在73kV时，骨骼中发生两种作用概率相等。