激光医学-射线定稿.ppt

孔子孔子学而不思则罔，学而不思则罔，思而不学则殆。思而不学则殆。论语论语为政为政X 射线第一节、第一节、X X射线的产生及其性质射线的产生及其性质第二节、第二节、X X射线谱射线谱第三节、第三节、X X射线的衰减射线的衰减第四节、第四节、X X射线的医学应用射线的医学应用本章要求：本章要求：1 1、掌握、掌握X 射线强度和硬度的概念、射线强度和硬度的概念、X 射线及射线及 X 射线谱产生的微观机制、短波极限，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。射线的衰减规律及应用。2 2、理解、理解X 射线机的基本组成，射线机的基本组成，X 射线的性质。射线的性质。3 3、了解、了解 X 射线在医学上的运用。射线在医学上的运用。德国的物理学家德国的物理学家-伦琴伦琴 （1845-19231845-1923 ）世界上第一张人类活世界上第一张人类活体骨胳照片，伦琴夫体骨胳照片，伦琴夫人手的人手的X X射线照片。射线照片。摄于1895年12月22日 阴极射线管阴极射线管阴极射线管阴极射线管 一、一、X射线的产生射线的产生X射线射线X X射线管射线管KA-+高压电源高压电源 高速运动的电子突高速运动的电子突然受阻时，会有一部分然受阻时，会有一部分能量（能量（1%）转变为转变为X射线。射线。X射线的产生及描述射线的产生及描述1 1、产生、产生X射线的条件射线的条件:(1)(1)高速运动的电子流高速运动的电子流 (2)(2)适当的障碍物适当的障碍物阳极靶阳极靶X射线的产生及描述射线的产生及描述2 2、X 射线产生的装置射线产生的装置 X 射线管射线管 高压直流电源高压直流电源 产生几万伏产生几万伏几十万几十万 伏直流电压加到伏直流电压加到X射射 线管的阴阳极之间线管的阴阳极之间 低压直流电源低压直流电源 加低电压加低电压5 510V10V 于阴极两端，使之于阴极两端，使之 发热发射电子。发热发射电子。二二.X.X射线的性质射线的性质 X X射线是波长为射线是波长为0.0060.006 -12n-12n m m的电磁波，具有的电磁波，具有电磁波的共性。电磁波的共性。但因波长短，光子能量大，除具但因波长短，光子能量大，除具有电磁波的一系列性质外，还有如下特性：有电磁波的一系列性质外，还有如下特性：X射线的产生及描述射线的产生及描述1.荧光作用荧光作用 能量较大的光子，照射到某些物质时，能使其能量较大的光子，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。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。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）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。射线能使一些物质发生光化学反应。照相底片感光照相底片感光拍摄拍摄X光片的原理光片的原理3.电离作用电离作用 高能量能使一些物质的原子和分子电离。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。合理利用可用于治疗。X射线的性质射线的性质4.生物效应生物效应 其原发机制是其原发机制是X射线在生物体内产生激发和电离，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。使组织细胞受到损害、抑制，甚至坏死。是放射治疗的基础，也是是放射治疗的基础，也是X射线工作者应当注意射线工作者应当注意防护的原因。防护的原因。5.贯穿本领贯穿本领 高频对实物的贯穿本领大于低频波动。对不同高频对实物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。物质的贯穿能力的差别可以进行透视、摄影和防护。三三.X射线的强度和硬度射线的强度和硬度 强度强度 X 射线的强度射线的强度是指单位时间内通过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，与射线方向垂直的单位面积的幅射能量，单位：单位：W m-2医学中用管电流的毫安数表示医学中用管电流的毫安数表示 X 射线的强度射线的强度管电流管电流大大X光子多光子多单位面积的射线能量大单位面积的射线能量大 强度高强度高 常用调节射线管灯丝电流，改变管常用调节射线管灯丝电流，改变管电流，以达到控制电流，以达到控制X 射线强度的目的。射线强度的目的。改变强度方法改变强度方法 硬度硬度医学中用管电压的千伏数表示医学中用管电压的千伏数表示 X 射线的硬度射线的硬度管电压高管电压高电子动能大电子动能大X光子的能量大光子的能量大不易吸收不易吸收贯穿本领大贯穿本领大硬硬 X 射线的硬度：射线的硬度：是指是指X射线对物质的贯射线对物质的贯穿本领，它决定于穿本领，它决定于X射线的波长（即能量射线的波长（即能量hv），），单位：单位：kv改变硬度方法改变硬度方法通过调节管电压来控制通过调节管电压来控制X 射线的硬度射线的硬度三三.X射线的强度和硬度射线的强度和硬度 Kv 5 名名 称称 管电压管电压 主要用途主要用途 极软极软X射线射线200.250.062软组织摄影，软组织摄影，表皮治疗表皮治疗 软软X射线射线20 1000.0620.012透视和摄影透视和摄影硬硬X射线射线100 250 0.0120.005软深组织治疗软深组织治疗250以上以上0.005 以下以下深部组织治疗深部组织治疗极硬极硬X射线射线 最短波长（最短波长（nm)nm)第二节 X射线谱一一.连续连续X X射线谱射线谱二二.线状线状X X射线谱射线谱 X 射线管发射的射线管发射的X 射线不是单色的，它包含射线不是单色的，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，叫做排列开来的图谱，叫做 X射线谱射线谱。X射线谱示意图射线谱示意图X射线谱射线谱上部：谱线强度上部：谱线强度与波长关系。与波长关系。下部：照在胶片下部：照在胶片上的射线谱。上的射线谱。X X射线谱包含两部分：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，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，为包含各种不同波长的射线，为连续谱连续谱；另一部分是曲线上凸出的尖峰，有较大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，为见光中的明线光谱，为标识谱标识谱。X射线谱射线谱连续连续X X射线谱射线谱 产生机制：连续产生机制：连续X X X X 射线的发生是轫致辐射过程。射线的发生是轫致辐射过程。射线的发生是轫致辐射过程。射线的发生是轫致辐射过程。轫致辐射：高速电子流撞击在阳极靶上，电子轫致辐射：高速电子流撞击在阳极靶上，电子轫致辐射：高速电子流撞击在阳极靶上，电子轫致辐射：高速电子流撞击在阳极靶上，电子 在原子核强电场作用下，速度和方向都发生急剧变化，在原子核强电场作用下，速度和方向都发生急剧变化，在原子核强电场作用下，速度和方向都发生急剧变化，在原子核强电场作用下，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一部分动能转化为光子的能量一部分动能转化为光子的能量一部分动能转化为光子的能量h hv v 而而而而辐射出去。辐射出去。辐射出去。辐射出去。由于各个电子损失的动能不同，从而形成具有由于各个电子损失的动能不同，从而形成具有各种频率的各种频率的连续连续X射线。射线。（2）连续谱特性连续谱特性连续连续X射线谱射线谱 X射射线强度自零起随线强度自零起随 波长的增加而迅速增大，波长的增加而迅速增大，达到最大值后缓慢下降。达到最大值后缓慢下降。当管电压升高时，各种当管电压升高时，各种 波长的谱线强度均随之波长的谱线强度均随之 增大，强度极大值向短增大，强度极大值向短 波方向移动。波方向移动。20K30K40K50K 相相对对强强度度表明相应波长变短表明相应波长变短 X射射线管在管电压较低线管在管电压较低 时只时只出现连续出现连续X射射线谱。线谱。短波极限：短波极限：强度为零的相应强度为零的相应波长是连续谱中最短波长波长是连续谱中最短波长连续连续X射线谱特性射线谱特性连续连续X射线谱射线谱 管电压为管电压为U，光子具有的最大能量为光子具有的最大能量为hvmax连续连续X 射线谱的短波极限与管电压成反比，与实验一致。射线谱的短波极限与管电压成反比，与实验一致。第三节 X射线的衰减一一.衰减现象衰减现象二二.衰减规律衰减规律三三.半价层半价层一一.衰减现象衰减现象二二.衰减规律衰减规律 当当X射线通过物质时，射线通过物质时，X光子与物质中的原子发生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，相互作用，光子一部分被吸收，一部分被散射，X射射线在原方向上的强度逐渐减弱。线在原方向上的强度逐渐减弱。线性吸收系数线性吸收系数 质量吸收系数质量吸收系数 m描述物质吸收描述物质吸收X射线的本领的物理射线的本领的物理量，与物质的性质、密度有关，量，与物质的性质、密度有关，质量厚度质量厚度X射线的衰减射线的衰减(1)(1)原子序数高，吸收本领大原子序数高，吸收本领大骨髂：磷酸钙骨髂：磷酸钙钡餐：硫酸钡钡餐：硫酸钡防护板：铅防护板：铅(2)波长长，则容易被吸收波长长，则容易被吸收波长短，则贯穿本领大，硬度大。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。浅部治疗管电压低；深部治疗，管电压高。实验证明实验证明:原子序数原子序数X射线的衰减射线的衰减三三.半价层半价层 使使X射线强度衰减一半的物质厚度（或质量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。厚度），称为这种物质的半价层。X射线的衰减射线的衰减例题例题 1：若要吸收若要吸收99%的的X射线射线,物质的厚度要达到物质的厚度要达到 多少个半价层多少个半价层?解解:例题例题 2：铝对波长为：铝对波长为 0.710-10 m 的的X射线的质量吸收射线的质量吸收 系数为系数为 0.5 m2.kg-1，对于对于 =2.7 103kg.m-3 的铝半价层为多少的铝半价层为多少?解解:第四节 X射线在医学上的应用 治疗治疗 诊断诊断一一.治疗治疗放射治疗放射治疗癌症癌症医学上的应用医学上的应用治疗机制：治疗机制：X射线通过人体组织能产生电离作用、射线通过人体组织能产生电离作用、康普顿散康普顿散 射及生成电子对，由此可诱射及生成电子对，由此可诱 发一系列生物效应。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，用胞的特征，用X射线照射可抑制它的生长或使它坏死。射线照射可抑制它的生长或使它坏死。各种细胞对各种细胞对X射线的敏感性不一样，因此放射治疗方案射线的敏感性不一样，因此放射治疗方案的设计尤其重要。的设计尤其重要。物理师物理师放射治疗方案的设计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及时测定和调节治疗设备的射线量二二.诊断诊断1 1、X X射线透视术射线透视术 X-ray fluoroscopyX-ray fluoroscopy2 2、X X射线照相术射线照相术 X-ray X-ray roentgenographyroentgenography医学上的应用医学上的应用X射线常规透视、摄影、射线常规透视、摄影、X-CT二二.诊断诊断医学上的应用医学上的应用X X射线荧光像射线荧光像X X射线胶片射线胶片X-CT 原理原理 把人体一截面划分为许多小微元，将把人体一截面划分为许多小微元，将X射线作横断层扫射线作横断层扫描，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。解剖结构图像。医学上的应用医学上的应用