大学医用物理X射线.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,1,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本章要求：,1、掌握,X,射线强度和硬度的概念、,X,射线及,X,射线谱产生的微观机制、短波极限，,X,射线的衰减规律及应用。,2、理解,X,射线机的基本组成，,X,射线的性质。,3、了解,X,射线在医学上的运用。,1,1,德国的物理学家-伦琴,（,1845-1923,）,2,1,世界上第一张人类活体骨胳照片，伦琴夫人手的X射线照片。,摄于1895年12月22日,阴极射线管,3,1,X射线的产生及描述,2、,X,射线产生的装置,（1）,X,射线管,发射出,X,射线,（2）高压直流电源,产生几万伏,几十万,伏直流电压加到,X,射,线管的阴阳极之间。,（3）低压直流电源,加低电压（5,10V）,于阴极两端，使之,发热发射电子。,6,1,二,.X射线的性质,X射线是波长为0.006,12n,m的电磁波，,具有电磁波的共性。但因波长短，光子能量大，除具有电磁波的一系列性质外，还有如下特性：,X射线的产生及描述,1.荧光作用,能量较大的光子，照射到某些物质时，能使其原子处于激发态，当它们回到基态时发出荧光。,临床诊断用的荧光屏、荧光摄影都是利用这一性质。,2.感光作用（光化学作用）,X射线能使一些物质发生光化学反应。,照相底片感光拍摄X光片的原理,7,1,3.电离作用,高能量能使一些物质的原子和分子电离。,电离作用还可以诱发有机体的各种生物效应,合理利用可用于治疗。,X射线的性质,4.生物效应,其原发机制是X射线在生物体内产生激发和电离，使组织细胞受到损害、抑制，甚至坏死。,是放射治疗的基础，也是X射线工作者应当注意,防护的原因。,5.贯穿本领,高频，对实物物质的贯穿本领大于低频波动。对不同物质的贯穿能力的差别可以进行透视、摄影和防护。,8,1,三.X射线的强度和硬度,强度,X 射线的强度,是指单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的幅射能量，单位：W m,-2,管电流,大,X光子多,单位面积的射线能量大,强度高,改变强度方法,9,1,三.X射线的强度和硬度,硬度,医学中用管电压的千伏数表示 X 射线的硬度,管电压高,电子动能大,每个X光子的能量大,不易吸收,贯穿本领大硬,X 射线的硬度,是指X射线对物质的贯穿,本领，它决定于X射线的波长（即能量h,v,），单位：kv,改变硬度方法,通过调节管电压来控制,X,射线的硬度,10,1,三.X射线的强度和硬度,Kv,5,名 称,管电压,主要用途,极软,X,射线,20,0.25,0.062,软组织摄影，,表皮治疗,软,X,射线,20,100,0.062,0.012,透视和摄影,硬,X,射线,100,250,0.012,0.005,软深组织治疗,250,以上,0.005 以下,深部组织治疗,极硬,X,射线,最短波长（nm),11,1,二.线状X射线谱,一.连续X射线谱,第二节 X射线谱,12,1,X 射线管发射的X 射线不是单色的，它包含,多种的波长成份。按照它们波长的顺序将其强度排列开来的图谱，叫做,X射线谱。,X,射线谱示意图,X射线谱,X射线谱包含两部分：,曲线,下面斜线部分对应于照片上,的背景，包含各种不同波长,的射线，为,连续谱,；另一部,分是曲线上凸出的尖峰，有,较大的强度，对应照片上的,明线谱线，相当于可见光中,的明线光谱，为,标识谱,。,上部：谱线强度与波长关系。,下部：照在胶片上的射线谱。,13,1,X射线谱包括两部分：,X射线谱,（1）连续,X,射线 任何,X,射线管都会产生；,（2）线状,X,射线 表示靶材料原子的特征。,1、连续,X,射线谱,（1）产生机制：连续,X,射线的发生是轫致辐射过程。,轫致辐射：当高速电子流撞击在阳极靶上，电子在,原子核的强电场作用下，速度和方向都,发生急剧变化，一部分动能转化为光子,的能量,h,v,而辐射出去。,由于各个电子损失的动能不同，从而形 成具有各种频率的,连续X射线。,14,1,（2）连续谱特性,连续X射线谱,X,射,线强度自零起随,波长的增加而迅速增大，,达到最大值后缓慢下降。,当管电压升高时，各种,波长的谱线强度均随之,增大，强度极大值向短,波方向移动。,20K,30K,40K,50K,相对强度,表明相应波长变短,X,射,线管在管电压较低,时只出现连续,X,射,线谱。,15,1,相对强度,20K,30K,40K,50K,强度为零的相应,波长,是连续谱中最短波长，,称为,短波极限,。,连续X射线谱特性,连续X射线谱,管电压为,U,，,光子具有的最大能量为,hv,man,，,连续,X,射线谱的短波极限与管电压成反比，与实验一致。,16,1,2、线状X射线谱（标识X射线谱）,谱线的波长位置仅决定于阳极靶的材料，不同元素制成的靶具有不同的线状X射线谱。,X射线谱,（1）产生机制：,管电压高于某限度值时，除轫致辐射,外还有,特征辐射,，即高速电子进入靶,内，与原子的内层电子发生强烈的相,互作用使其脱出，出现电子跃迁，所,发射的是,线状X 射线,。,（2）线状谱特性,17,1,对钨靶X 射线管，当管,电压升到 70 kV 以上时才能,激发标识X 射线。,相对强度,100K,150K,200K,65,K,医用X 射线管发出的主要是,连续X 射线，线状射线所占比例,很少，它的存在对临床应用是多,余的。,标识X 射线的研究，对于认识原子的壳层结构和化学元素的分析非常有用，近年发展的微区分析技术，是根据样品发出的标识X射线来鉴定各微区,中的元素成分，该技术已开始在医学研究中应用。,线状谱特性,18,1,三.半价层,一.衰减现象,二.衰减规律,第三节 X射线的衰减,19,1,一.衰减现象,二.衰减规律,当X射线通过物质时，X光子与物质中的原子发生相互作用，光子一部分被吸收，一部分被散射，X射线在原方向上的强度逐渐减弱。,线性吸收系数,质量吸收系数,m,描述物质吸收X射线的本领的物理量，与物质的性质有关，与物质的密度有关。,质量厚度,X射线的衰减,20,1,(1)原子序数高，吸收本领大,肌肉：碳、氢、氧,骨髂：磷酸钙,钡餐：硫酸钡,防护板：铅,(2)波长长，则容易被吸收,波长短，则贯穿本领大，硬度大。,浅部治疗管电压低；深部治疗，管电压高。,实验证明:,原子序数,二.衰减规律,X射线的衰减,21,1,三.半价层,使X射线强度衰减一半的物质厚度（或质量厚度），称为这种物质的半价层。,X射线的衰减,22,1,例题 1：,若要吸收99%的X射线,物质的厚度要达到,多少个半价层?,解:,23,1,例题 2：铝对波长为 0.7,10,-10,m 的X射线的质量吸收,系数为 0.5 m,2.,kg,-1,，对于,=2.7 10,3,kg,.,m,-3,的铝半价层为多少?,解:,24,1,第四节X射线在医学上的应用,诊断,治疗,25,1,一,.,治疗,放射治疗,癌症,医学上的应用,治疗机制：,X射线通过人体组织能产生电离作用、康普顿散,射及生成电子对，由此可诱 发一系列生物效应。,X,射线对生物组织细胞有破坏作用，尤其对分裂活动旺盛,或正在分裂的细胞，其破坏力更强。组织细胞分裂旺盛是癌细,胞的特征，用,X,射线照射可抑制它的生长或使它坏死。,各种细胞对,X,射线的敏感性不一样，因此放射治疗方案,的设计尤其重要。,物理师,放射治疗方案的设计,根据肿瘤位置及细胞种类计算给予病人的照射量,及时测定和调节治疗设备的射线量,26,1,二.诊断,1、X射线透视术 X-ray fluoroscopy,2、X射线照相术 X-ray roentgenography,医学上的应用,X,射线常规透视、摄影、,X-CT,27,1,二.诊断,1、X射线透视术 X-ray fluoroscopy,2、X射线照相术 X-ray roentgenography,医学上的应用,X射线荧光像,X射线胶片,28,1,二.诊断,3、对软组织摄影,4、钡餐（照影剂）,医学上的应用,采用较软的X射线以增大软组织之间的影像反差。,如：用低电压（,25kV）的钼靶X射线管对乳腺摄影，,为乳腺的良性病变和乳腺癌的早期诊断及普查,提供了有力工具。,利用照影计注入脏器或组织，来增加它和周围组织的对比。,如：检查消化道用的钡餐（硫酸钡），用它检查食道和胃肠；,检查关节用的密度很小的空气，注入关节腔内，从而显,示关节周围的结构。,29,1,5、,X-CT,X射线电子计算机辅助断层扫描成像,工作过程：,X,射线管环绕人体某一层面扫描，,X,射线经人体薄层内的器官和组织衰,减后，到达检测器，检测器将,X,射线,的强度值转变为电信号，再经A/D转,换器转换为数字信号，输送给计算,机，计算机处理系统按照预先设计好,的图像重建方法，对这些数字信号进,行一系列的计算、处理、存储等，最,后在屏幕上依据不同器官或组织的密,度表示出不同的灰度，即显示人体这,一层面上的器官或组织的图像。,与X射线透视和摄影相比，X-CT能获得更清晰的人体解剖图，,特别用于难以区分的低对比度的软组织结构。,30,1,X-CT 原理,把人体一截面划分为许多小微元，将X射线作横断层扫描，一次扫描可得一组方程。连续扫描可得无数组方程，用计算机算出该层面各点的X射线吸收系数值，再由图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，得到该层面的解剖结构图像。,医学上的应用,31,1,本章要求：,1、掌握,X,射线强度和硬度的概念、,X,射线及,X,射线谱产生的微观机制、短波极限，,X,射线的衰减规律及应用。,2、理解,X,射线机的基本组成，,X,射线的性质。,3、了解,X,射线在医学上的运用。,32,1,