第十三章X射线.pptx

第十三章第十三章X射线射线第一节第一节 X X 射线得产生射线得产生一、一、X X射线得产生装置射线得产生装置高速运动得电子流高速运动得电子流适当得障碍物适当得障碍物金属靶。金属靶。1 1、产生、产生X X射线得方法射线得方法:高速电子受阻辐射高速电子受阻辐射同步辐射同步辐射受激辐射受激辐射基本条件基本条件:2、X射线产生装置主要装置主要装置为为:1、X射射线线 管管2、低压低压交流电源交流电源3、高压高压直流电源直流电源 说明说明:(一一)电子动能转变为电子动能转变为X射线得能量不到射线得能量不到 1%,99%以上都转变为热能以上都转变为热能,使阳极温度使阳极温度 升高。因此升高。因此被轰击区域应用熔点高得物质被轰击区域应用熔点高得物质钨来作钨来作;根据功率得不同采用散热片、通风冷却、根据功率得不同采用散热片、通风冷却、阳极作成中空用水或油循环冷却阳极作成中空用水或油循环冷却;铜圆柱铜圆柱钨板钨板电子束电子束 大功率得大功率得X射线管射线管,多采用旋转阳极多采用旋转阳极(二二)理论和实验表明理论和实验表明,靶靶Z越大越大,发生发生 X 射线得效率越高。射线得效率越高。钨钨Z=74旋转阳极旋转阳极电子束电子束3、实际焦点与有效焦点、实际焦点与有效焦点实际焦点实际焦点:灯灯丝发射得电丝发射得电子子,经聚焦加经聚焦加速后速后,投射到投射到阳极靶上得阳极靶上得积。积。有效焦点有效焦点:实实际焦点在垂际焦点在垂直于直于X 射线射线管轴线方向管轴线方向上投影得面上投影得面积。积。cd实际焦点愈大实际焦点愈大X射线管得散热愈好射线管得散热愈好;有效焦有效焦点愈小点愈小,所成得像愈清晰。所成得像愈清晰。ab电子束电子束长灯丝形成得焦点叫大焦点长灯丝形成得焦点叫大焦点,治疗用。治疗用。短灯丝形成得焦点叫小焦点短灯丝形成得焦点叫小焦点,诊断用。诊断用。二、二、X射线得强度和硬度射线得强度和硬度1 1、X X射线得强度射线得强度定义：指单位时间通过与射线方向垂直定义：指单位时间通过与射线方向垂直 的单位面积的辐射能量。的单位面积的辐射能量。用用I I表示。单位：表示。单位：W Wm m-2-2I=NI=Ni ihhi i=N=N1 1hh1 1+N+N2 2hh2 2+N Nn nhhn nN Ni i表示单位时间通过与射线方向垂直表示单位时间通过与射线方向垂直得单位面积得光子数得单位面积得光子数I=NI=Ni ihhi i=N=N1 1hh1 1+N+N2 2hh2 2+N Nn nhhn n改变管电流改变管电流改变管电压改变管电压控制强度的方法控制强度的方法X X射线强度得表示射线强度得表示:管电流得管电流得mAmA数。数。用管电流得毫安数用管电流得毫安数(mA)和辐射时和辐射时间间(s)得乘积表示得乘积表示X射线得总辐射量射线得总辐射量,单单位位:mAs。通常采用得方法就是通常采用得方法就是:在管电压保持一定得条件下在管电压保持一定得条件下,通过通过 调节管电流来控制调节管电流来控制X X射线得强度。射线得强度。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点2、射线得硬度、射线得硬度定义定义:指指X射线得贯穿本领。射线得贯穿本领。她只决定于她只决定于X射线得能量射线得能量 hh 与光子数目无关。与光子数目无关。提高提高X射线硬度得方法射线硬度得方法:增大管电压增大管电压表示表示:管电压得千伏数管电压得千伏数(kV)表表13-1 X射线按硬度的分类射线按硬度的分类名称名称极软极软X射线射线软软X射线射线硬硬X射线射线极硬极硬X射线射线管电压管电压（kV）52020100100250250以上以上最短波长（最短波长（nm）0.250.0620.0620.0120.0120.0050.005以下以下主要用途主要用途软组织摄影软组织摄影,表皮治疗表皮治疗透视和透视和 摄影摄影较深组织治疗较深组织治疗深部组织治疗深部组织治疗根据用途把根据用途把X射线按硬度分为极软、软、射线按硬度分为极软、软、硬、极硬四类硬、极硬四类:例例:产生产生X射线得必要条件就是射线得必要条件就是:A、加热灯丝加热灯丝 B、高速电子流与靶材料高速电子流与靶材料 C、高压电源高压电源 D、散热装置散热装置B、高速电子流与靶材料高速电子流与靶材料例例:在产生在产生X射线时射线时,提高提高X射线得效率射线得效率 得方法就是得方法就是:A、利用轻得元素作靶材料利用轻得元素作靶材料 B、利用原子序数高得物质作靶材料利用原子序数高得物质作靶材料 C、利用任意元素作靶材料利用任意元素作靶材料 D、加强散热装置加强散热装置B、利用原子序数高得物质作靶材料利用原子序数高得物质作靶材料 例例:用管电流得毫安数表示用管电流得毫安数表示x射线得辐射强度射线得辐射强度就是因为就是因为:A、管电流得毫安数就就是打在靶上得高速电子管电流得毫安数就就是打在靶上得高速电子数数;B、管电流得毫安数就就是管电流得毫安数就就是x射线得总光子数射线得总光子数C、管电流得毫安数就就是管电流得毫安数就就是x射线得实际辐射强射线得实际辐射强度度D、x射线得辐射强度与管电流成正比射线得辐射强度与管电流成正比D、x射线得辐射强度与管电流成正射线得辐射强度与管电流成正比比例例:X射线得贯穿本领决定于射线得贯穿本领决定于 A、X射线得强度射线得强度;B、X射线得硬度射线得硬度;C、照射物质时间得长短照射物质时间得长短;D、靶面积得大小。靶面积得大小。B、X射线得硬度射线得硬度;例例:调节调节x射线强度得主要方法就是射线强度得主要方法就是:A、调节灯丝电压调节灯丝电压;B、调节管电压调节管电压;C、调节散热装置调节散热装置;D、调节辐射时间。调节辐射时间。A、调节灯丝电压调节灯丝电压第二节第二节 X 射射 线线 谱谱(X-ray Spectrum)将将 X射线得强射线得强度按照波长得顺序度按照波长得顺序排列开来得图谱排列开来得图谱,称为称为X射线谱。射线谱。标识标识X射线谱射线谱:强度较大得离散谱强度较大得离散谱 (线状构成得部分线状构成得部分)X射线谱包含两个部分射线谱包含两个部分:连续连续X射线谱射线谱:含有各种波长含有各种波长 (照片得背景部分照片得背景部分)一、连续射线谱一、连续射线谱 (continuous X-ray Spectrum)1、谱线得特点、谱线得特点 (1)管电压一定时管电压一定时,谱谱线强度随波长变化线强度随波长变化,存存在短波极限。在短波极限。相对强度相对强度50kV40kV30kV20kV管电压较低时管电压较低时(低于低于50KV),只出现连续射线只出现连续射线谱。谱。(2)管电压增大管电压增大,短短波极限波极限min向短波方向短波方向移动。向移动。强度为零得波长称为短波极限强度为零得波长称为短波极限min产生连续射线谱得微观机制就是由于韧致辐产生连续射线谱得微观机制就是由于韧致辐射射(bremsstralung)2、产生机制、产生机制一个电子得动能全一个电子得动能全部转换为一个部转换为一个X 光子得能量时光子得能量时:即即 例例:设设 X 射线管电压为射线管电压为100kV。问电子刚。问电子刚碰到靶时得速度多大？连续碰到靶时得速度多大？连续X 射线谱得最短波射线谱得最短波长和相应光子能量为多大？长和相应光子能量为多大？解解:二、标识二、标识X射线谱射线谱(characteristicX-ray Spectrum)只有达到一只有达到一 定得管电压定得管电压,标识标识 X 射线射线 谱才会出现谱才会出现;1、谱线得特点、谱线得特点谱线谱线 决定于决定于 靶材料靶材料,与管电压无关。与管电压无关。KLLL0、02nm对于不同元素制成得靶对于不同元素制成得靶,具有不同得线状具有不同得线状X射线谱射线谱,可作为这些元素得标识可作为这些元素得标识,所以称所以称“标识标识X射线谱射线谱”。利用微区分利用微区分析技术鉴定析技术鉴定元素成分。元素成分。2、产生机制、产生机制内层电子受激得结果内层电子受激得结果MLLKKKKMLN若若K层出现空位形层出现空位形成得成得X射线即称为射线即称为K线系线系L层出现空位即形层出现空位即形成成L线系线系K系系L系系M系系M层出现空位即形层出现空位即形成成M线系线系EL-EK=h KEM-EK=h K E自自-EK=hmax =h c/min 每一线系都有自己得最短波长边界每一线系都有自己得最短波长边界 靶元素原子序数愈高靶元素原子序数愈高,对应得线系对应得线系 (K、L线系线系)得波长愈短。得波长愈短。靶得标识谱决定于靶材料各层得能量差值。靶得标识谱决定于靶材料各层得能量差值。E自自-EK=hmax=h c/min 标识标识x射线就是内层电子受激得结果射线就是内层电子受激得结果 例例:连续连续x射线得产生就是由于射线得产生就是由于:A、韧致辐射韧致辐射;B、靶原子外层电子跃迁辐射靶原子外层电子跃迁辐射;C、靶原子内层电子跃迁辐射靶原子内层电子跃迁辐射;D、以上说法均不对。以上说法均不对。A、韧致辐射韧致辐射 例例:连续连续x射线谱中得最短波射线谱中得最短波长与什么因素有关？长与什么因素有关？A、与管电流有关与管电流有关;B、与靶材料有关与靶材料有关;C、与靶面积大小有关与靶面积大小有关;D、只与管电压有关。只与管电压有关。D、只与管电压有关。只与管电压有关。例例:x射线机在固定电压下产生得射线机在固定电压下产生得连续连续 x 射线谱射线谱,具有下列哪一个特征具有下列哪一个特征？A、单一波长单一波长;B、范围从范围从=0到到得波长得波长;C、最小波长最小波长;D、最小频率。最小频率。C、最小波长最小波长 例例:若某若某X射线管得管电压为射线管得管电压为200KV,则连续谱得短波极限为则连续谱得短波极限为 A、6、2 B、0、062 C、12、4 D、6、210-5B、0、062 例例:管电压为管电压为100KV得得X射线光子得最射线光子得最大能量和最短波长分别为大能量和最短波长分别为Emax、min,则则 A、Emax=100keV,min=0、124 B、Emax=100keV,min=1、2410-4 C、Emax=100J,min=0、124 D、Emax=100J,min=1、2410-4Emax=eU,A、Emax=100keV,min=0、124 例例:若已知若已知 X 射线管上得电压增加了射线管上得电压增加了一倍后一倍后,连续连续 X 射线谱得最短波长变化了射线谱得最短波长变化了0、5,试求该波长得最小值。试求该波长得最小值。解：解：例例:如果要得到最短波长为如果要得到最短波长为0、5得得X射线射线,至少要加多大得电压于至少要加多大得电压于X射线管？在此情况下射线管？在此情况下,电子运动到阳极有多大得动能？电子运动到阳极有多大得动能？一、一、X X射线得基本性质射线得基本性质电离作用电离作用荧光作用荧光作用光化学作用光化学作用生物效应生物效应贯穿作用贯穿作用第三节第三节 X X射线得基本性质射线得基本性质:0、00110nm得电磁波得电磁波第四节第四节 物质对物质对X X射线得衰减规律射线得衰减规律一、单色一、单色X X射线得衰减规律射线得衰减规律I=II=I0 0 e eXXxI0I吸收物质吸收物质1、宏观吸收规律、宏观吸收规律:物质得线性衰减系数物质得线性衰减系数,单单位位:m m-1-1 、cmcm-1-1越大越大,强度减小得越快强度减小得越快,物物质对质对X X射线吸收越强。射线吸收越强。II0大大x小小X Xm m=x=x称为质量厚度称为质量厚度,单位单位:kgkgm m-2-2,g,gcmcm2 2 。2、质量衰减系数、质量衰减系数:线性衰减系数线性衰减系数 吸收物质的密度吸收物质的密度质量衰减系数质量衰减系数m m用来比较不同物质对用来比较不同物质对x射射线得吸收本领。线得吸收本领。单位单位:m2kg-1,cmcm2 2 g g-1-13、质量厚度、质量厚度4 4、半价层、半价层(表示衰减快慢得量表示衰减快慢得量)半价层半价层:X X射线在物质中强度被衰减一半射线在物质中强度被衰减一半 时对应得物质厚度时对应得物质厚度,用用X X1/21/2表示。表示。故故X X射线得衰减射线得衰减规律又可写为规律又可写为:二、质量二、质量衰减系数衰减系数与波长、原子序数得关系与波长、原子序数得关系K K大致就是一个常大致就是一个常数数通常在通常在3 34 4之间之间,与吸收与吸收物质和射线波长有关物质和射线波长有关(一一)对于低能对于低能(长波长波)软软X射线射线,各元素各元素 得质量衰减系数近似地适合下式得质量衰减系数近似地适合下式1、一定一定,z愈大得物质愈大得物质,吸收本领愈强。吸收本领愈强。由上式可得出两个有用得结论由上式可得出两个有用得结论:人体骨得主要成分人体骨得主要成分Ca、P,Z较大较大,吸收强。肌肉得成分吸收强。肌肉得成分H、O、C原原子系数较小子系数较小,吸收弱。吸收弱。在做胃肠造影时需先服用钡盐在做胃肠造影时需先服用钡盐(Z=56),由于吸收强由于吸收强,可以可以显示胃肠得阴影。显示胃肠得阴影。用铅用铅(Z=82)作防护作防护X射线得材料。射线得材料。2、当、当z一定时一定时,波长愈长得波长愈长得X射线射线,愈容愈容 易被吸收。易被吸收。小，小，m 小，吸收少，贯穿的深度大小，吸收少，贯穿的深度大 大，大，m 大，吸收多，贯穿的深度小大，吸收多，贯穿的深度小 因此因此,可通过改变波长来控制射线对人体可通过改变波长来控制射线对人体得贯穿深度得贯穿深度,从而达到治疗不同深度部位疾病从而达到治疗不同深度部位疾病得目得。得目得。X X3 3（硬）（硬）X X2 2X X1 1X X铜铜X X铝铝X X射线得硬化射线得硬化:X射线进入物体后愈来愈射线进入物体后愈来愈 硬得现象。硬得现象。滤线板滤线板(锡板、铜板和铝板锡板、铜板和铝板):就是专门用于就是专门用于吸收长波得装置吸收长波得装置,从而使从而使X射线得硬度较高射线得硬度较高,射射线谱得范围较窄。线谱得范围较窄。(二二)对于高能对于高能(短波短波)硬硬X射线射线,吸收系数吸收系数与原子系数无关。与原子系数无关。若放射诊断采用波长若放射诊断采用波长太短得太短得X射线射线,骨骼骨骼得阴影将不太明显。得阴影将不太明显。表表13-1 X射线按硬度的分类射线按硬度的分类名称名称极软极软X射线射线软软X射线射线硬硬X射线射线极硬极硬X射线射线管电压管电压（kV）52020100100250250以上以上最短波长（最短波长（nm）0.250.0620.0620.0120.0120.0050.005以下以下主要用途主要用途软组织摄影软组织摄影,表皮治疗表皮治疗透视和透视和 摄影摄影较深组织治疗较深组织治疗深部组织治疗深部组织治疗 例例:一束强度为一束强度为 I0 得单色平行得单色平行X射线射线,通通过厚度为过厚度为x1得物体后得物体后,强度为强度为I1,若使她通过厚若使她通过厚度为度为x2=2x1得同类物体得同类物体,强度为强度为I2,则则A.I2/I1=e-x1/2 B、I2/I1=e-x1C、I2/I1=2 D、I2/I1=1/2B、I2/I1=e-x1 例例:强度为强度为I0得得x射线通过物质时射线通过物质时,该物该物质对质对x射线得吸收强度射线得吸收强度I与物质厚度与物质厚度x及物质及物质得衰减系数得衰减系数得关系为得关系为 A、I=xI0 B、I=I0e-x C、I=I0 ex D、I=I0(1-e-x)D、I=I0(1-e-x)吸收强度吸收强度I=入射强度入射强度I0透射强度透射强度I0e-xC、例例:两种物质对两种物质对x射线吸收得半价层之比为射线吸收得半价层之比为 ,则她们得衰减系数之比为则她们得衰减系数之比为:例例:X射线通过射线通过5个半价层得物质后个半价层得物质后,强度减小为原来得强度减小为原来得 A、1/4 B、1/5 C、1/16 D、1/32 D、1/32 例例:某物质对某种某物质对某种x射线得衰减系数为射线得衰减系数为20cm-1,欲使透过得欲使透过得x射线得强度为原来入射线得强度为原来入射得射得x射线得强度得射线得强度得50%,则该物质得厚度则该物质得厚度应为应为 A、3、465cm B、3、46510-2cm C、13、86cm D、1、386cmB、3、46510-2cm 例例:某物质对某物质对x射线得质量吸收系数射线得质量吸收系数为为0、05cm2/g,则她得质量半价层为则她得质量半价层为:A、13、86g/cm2 B、138、6 g/cm2 C、13、8610-2 g/cm2 D、1、386 g/cm2 A、13、86g/cm2普通普通X射线摄影射线摄影:XCT示意图示意图:X射射线线重重叠叠像像X射线管射线管检测器检测器非非重重叠叠像像XCT得基本原理得基本原理手术证实得肝内胆管细胞癌病例。平扫示肝左手术证实得肝内胆管细胞癌病例。平扫示肝左叶外侧段一低密度灶叶外侧段一低密度灶,密度不均匀。密度不均匀。探测器探测器平平移移扫扫描描数字图象数字图象视频图像数据采集数据采集图像重建图像重建图像转换图像转换 XCT 就是以测定人体对就是以测定人体对X射线得衰减系数射线得衰减系数 为基为基础础,用数学方法经计算机处理而重建断层图像得装置。用数学方法经计算机处理而重建断层图像得装置。XCT 得成像过程得成像过程气管、支气管树气管、支气管树外形显示良好外形显示良好,但内部结构被遮但内部结构被遮蔽。蔽。显示胆囊得轮显示胆囊得轮廓和表面形态廓和表面形态将胆囊壁部分切将胆囊壁部分切除除,可显示胆囊内可显示胆囊内多颗多颗 小结石小结石 透明法重建、透明法重建、清楚显示胆囊清楚显示胆囊内许多小结石内许多小结石胆胆 囊囊 三三 维维 重重 建建正常气道三维表面重建正常气道三维表面重建横断面增强扫描、横断面增强扫描、见肿瘤实质部分见肿瘤实质部分明显强化明显强化,囊性囊性部分不强化部分不强化MPR显示显示透明技术显示透明技术显示切割技术显示切割技术显示容积显示容积显示小脑蚓部海绵状血管瘤小脑蚓部海绵状血管瘤正常主动脉的正常主动脉的MIP显示显示见主动脉显示光滑整齐，见主动脉显示光滑整齐，边缘规则，其主要分支边缘规则，其主要分支显示清楚。显示清楚。SSD 联合联合 VR显示、显示、黄色为双侧肾脏黄色为双侧肾脏,红色为主动脉系统红色为主动脉系统X X射线得射线得硬硬度度I=I=N Ni ih h 常用常用mAmA数表示数表示强度强度提高提高X射线硬度得方法射线硬度得方法X射线谱射线谱连续射线谱连续射线谱韧致辐射韧致辐射标识标识X射线谱射线谱原子内层出现空位原子内层出现空位X X射线产生射线产生条件就是条件就是:高速运动得电子流高速运动得电子流,适当得障碍物适当得障碍物靶靶装置装置X射线管射线管;低、高压电源低、高压电源第一、二节第一、二节 小小 结结第三、四节小结第三、四节小结电离作用电离作用 荧光作用荧光作用光化学作用光化学作用生物效应生物效应 贯穿作用贯穿作用X X射线得特性射线得特性X X射线的衍射射线的衍射 布拉格定律：布拉格定律：2d sin=k单色单色X X射线射线得衰减规律得衰减规律I=II=I0 0 e eXXI=II=I0 0 e em Xmm Xmm m=K Z=K Z3 3 用什么物质作防护材料？用什么物质作防护材料？X X射线如何硬化？射线如何硬化？一、一、X X射线得一般性质射线得一般性质电离作用电离作用荧光作用荧光作用光化学作用光化学作用生物效应生物效应贯穿作用贯穿作用第三节第三节 X X射线得基本性质射线得基本性质:0、00110nm得电磁波得电磁波二、二、X X射线得衍射射线得衍射劳厄劳厄x射线衍射实验射线衍射实验(1912年年)X铝板铝板单晶片单晶片照相底片照相底片二、二、X X射线得衍射射线得衍射d12CBMA布喇格得布喇格得x射线衍射方法射线衍射方法(1913年年):入射入射x射线射线散射散射x射线射线在散射线中在散射线中,只有只有按反射定律反射得按反射定律反射得射线强度最大。射线强度最大。d12CBMA 从晶体上下两层分从晶体上下两层分子反射得子反射得X X射线射线1 1、2 2间得光程差为间得光程差为:AM+BM=2AM=2dsin 叠加加强得叠加加强得条件就是条件就是:2dsin=k布拉格定律布拉格定律d 晶格常数晶格常数 掠射角掠射角k=1,2,3,