第十三章 X射线.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1901,年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴,(Wilhelm,Konrad,Rntgen,，,18451923),，,以表彰他在,1895,年发现了,X,射线。,X,射线迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、,检查伤病的有力工具，后来又发展到用于金属探伤，对工业技术也有一定的促进作用。,第十六章,X,射线,(,X-rays),第一节,X,射线的产生,一、,X,射线的产生装置,高速运动的电子流,适当的障碍物,金属靶。,1,、产生,X,射线的方法：,高速电子受阻辐射,同步辐射,受激辐射,基本条件：,2,X,射线产生装置,主要装置为：,1.X,射线 管,2.,低压交流电源,3.,高压直流电源,说明：,（一）,电子动能转变为,X,射线的能量不到,1%,，,99%,以上都转变为热能，使阳极温度,升高。因此,被,轰击区域应用熔点高的物质,钨来作；,根据功率的不同采用散热片、通风冷却、,阳极作成中空用水或油循环冷却；,铜,圆柱,钨板,电子束,大功率的,X,射线管，多采用旋转阳极,（二）理论和实验表明，靶,Z,越大，发生,X,射线的效率越高。,钨Z=74,旋转阳极,电子束,3,、实际焦点与有效焦点,实际焦点,：灯丝发射的电子，经聚焦加速后，投射到阳极靶上的积。,有效焦点：,实际焦点在垂直于,X,射线管轴线方向上投影的面积。,c,d,实际焦点愈大,X,射线管的散热愈好；有效焦点愈小，所成的像愈清晰。,a,b,电子束,长,灯丝形成的焦点叫,大,焦点，,治疗,用。,短,灯丝形成的焦点叫,小,焦点，,诊断,用。,二、,X,射线的强度和硬度,1,、,X,射线的强度,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。,用,I,表示。单位：,Wm,-2,I=,N,i,h,i,=N,1,h,1,+N,2,h,2,+,N,n,h,n,N,i,表示单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的光子数,I=,N,i,h,i,=N,1,h,1,+N,2,h,2,+,N,n,h,n,改变管电流,改变管电压,控制强度的方法,X,射线强度的表示：,管电流的,mA,数。,用管电流的毫安数（,mA,）,和辐射时间（,s,）,的乘积表示,X,射线的总辐射量，单位：,mAs,。,通常采用的方法是：,在管电压保持一定的条件下，通过,调节管电流来控制,X,射线的强度。,2,射线的硬度,定义：,指,X,射线的贯穿本领。,它只决定于,X,射线的能量,h,与光子数目无关。,提高,X,射线硬度的方法：增大管电压,表示：,管电压的千伏数（,kV,）,表,13-1 X,射线按硬度的分类,名称,极软,X,射线,软,X,射线,硬,X,射线,极硬,X,射线,管电压（,kV,）,520,20100,100250,250,以上,最短波长nm,）,0.250.062,0.0620.012,0.0120.005,0.005,以下,主要用途,软组织摄影,表皮治疗,透视和 摄影,较深组织治疗,深部组织治疗,根据用途把,X,射线按硬度分为极软、软、硬、极硬四类：,例：产生,X,射线的必要条件是：,A.,加热灯丝,B.,高速电子流与靶材料,C.,高压电源,D.,散热装置,B.,高速电子流与靶材料,例：在产生,X,射线时，提高,X,射线的效率,的方法是：,A.,利用轻的元素作靶材料,B.,利用原子序数高的物质作靶材料,C.,利用任意元素作靶材料,D.,加强散热装置,B.,利用原子序数高的物质作靶材料,例：用管电流的毫安数表示,x,射线的辐射强度是因为：,A.,管电流的毫安数就是打在靶上的高速电子数；,B.,管电流的毫安数就是,x,射线的总光子数,C.,管电流的毫安数就是,x,射线的实际辐射强度,D.x,射线的辐射强度与管电流成正比,D.x,射线的辐射强度与管电流成正比,例：,X,射线的贯穿本领决定于,A.X,射线的强度,;,B.X,射线的硬度；,C.,照射物质时间的长短；,D.,靶面积的大小。,B.X,射线的硬度；,例：调节,x,射线强度的主要方法是：,A.,调节灯丝电压；,B.,调节管电压；,C.,调节散热装置；,D.,调节辐射时间。,A.,调节灯丝电压,第二节,X,射 线 谱,(X-ray Spectrum),将,X,射线,的强度按照波长的顺序排列开来的图谱,称为,X,射线谱,。,标识,X,射线谱,:,强度较大的离散谱,（线状构成的部分）,X,射线谱包含两个部分,:,连续,X,射线谱,:,含有各种波长,(,照片的背景部分,),一连续射线谱,(,continuous,X-ray Spectrum),1,谱线的特点,（,1,）管电压一定时，谱线强度随波长变化，存在短波极限。,相对强度,50kV,40kV,30kV,20kV,管,电压较低时（低于,50KV,），,只出现,连续射线谱。,（,2,）,管电压增大，短波极限,min,向短波方向移动。,强度为零的波长称为短波极限,min,产生连续射线谱的微观机制是由于,韧致辐射（,bremsstralung,）,2,产生机制,一个电子的动能全部转换为一个,X,光子的能量时：,即,例：设,X,射线管电压为,100kV,。问电子刚,碰到靶时的速度多大？连续,X,射线谱的最短波,长和相应光子能量为多大？,解：,二标识,X,射线谱,(,characteristicX,-ray Spectrum),只有达到一,定的管电压，,标识,X,射线,谱才会出现；,1,谱线的特点,谱线,决定于,靶材料，,与管电压无关。,K,L,L,L,0.,02,nm,对于,不同元素,制成的靶，具有不同的线状,X,射线谱，可作为这些元素的,标识,，所以称“标识,X,射线谱”。,利用,微区分析,技术鉴定元素成分。,2,、产生机制,内层电子受激的结果,M,L,L,K,K,K,K,M,L,N,若,K,层出现空位形成的,X,射线即称为,K,线系,L,层出现空位即形成,L,线系,K,系,L,系,M,系,M,层出现空位即形成,M,线系,E,L,-E,K,=h,K,E,M,-E,K,=h,K,E,自,-E,K,=h,max,=h c/,min,每一线系都有自己的最短波长边界,靶元素原子序数愈高，对应的线系,（,K,、,L,线系）的波长愈短。,靶的标识谱决定于靶材料各层的能量差值。,E,自,-E,K,=h,max,=h c/,min,标识,x,射线是内层电子受激的结果,例：连续,x,射线的产生是由于：A.,韧致辐射；,B.,靶原子外层电子跃迁辐射；,C.,靶原子内层电子跃迁辐射；,D.,以上说法均不对。,A.,韧致辐射,例：连续,x,射线谱中的最短波长与什么因素有关？,A.,与管电流有关；,B.,与靶材料有关；,C.,与靶面积大小有关；,D.,只与管电压有关。,D.,只与管电压有关。,例：,x,射线机在固定电压下产生的连续,x,射线谱，具有下列哪一个特征？,A.,单一波长；,B.,范围从,=0,到,的波长；,C.,最小波长；,D.,最小频率。,C.,最小波长,例：若,某,X,射线管的管电压为,200KV,，,则连续谱的短波极限为,A.6.2,B.0.0,62,C.12.4 D.6.2105,B.0.0,62,例：管电压为,100KV,的,X,射线光子的最大能量和最短波长分别为,E,max,、,min,则,A.,E,max,=100keV,min,=0.124,B.,E,max,=100keV,min,=1.2410,-4,C.,E,max,=100J,min,=0.124,D.,E,max,=100J,min,=1.2410,-4,E,max,=,eU,A.,E,max,=100keV,min,=0.124,例：若已知,X,射线管上的电压增加了一倍后，连续,X,射线谱的最短波长变化了,0.5,，试求该波长的最小值。,解：,例：如果要得到最短波长为,0.5,的,X,射线，,至少要加多大的电压于,X,射线管？在此情况下，,电子运动到阳极有多大的动能？,一、,X,射线的基本性质,电离作用,荧光作用,光化学作用,生物效应,贯穿作用,第三节,X,射线的基本性质,：,0.001,10nm,的电磁波,第四节 物质对,X,射线的衰减规律,一、单色,X,射线的衰减规律,I=I,0,e,X,x,I,0,I,吸收物质,1,、宏观吸收规律：,物质的,线性衰减系数,，单位：,m,-1,、,cm,-1,越大，强度减小得越快，物质对,X,射线吸收越强。,I,I,0,大,x,小,X,m,=x,称为,质量厚度,，单位：,kgm,-2,gcm,2,。,2,、质量衰减系数：,线性衰减系数,吸收物质的密度,质量衰减系数,m,用来比较不同物质对,x,射线的吸收本领,。,单位,:,m,2,kg,-1,，,cm,2,g,-1,3,、质量厚度,4,、半价层,(,表示衰减快慢的量,),半价层：,X,射线在物质中强度被衰减一半,时对应的物质厚度，用,X,1/2,表示。,故,X,射线的衰减,规律又可写为：,二、质量,衰减系数,与波长、原子序数的关系,K,大致是一个常数,通常在,3,4,之间，与吸收物质和射线波长有关,（一）对于,低能（长波）,软,X,射线，各元素,的质量衰减系数近似地适合下式,1,、,一定，,z,愈大的物质，吸收本领愈强。,由上式可得出两个有用的结论：,人体骨的主要成分,Ca,、,P,Z,较大，吸收强。肌肉的成分,H,、,O,、,C,原子系数较小，吸收弱。,在做,胃肠造影时需先服用钡盐,（,Z=56,），,由于吸收强，可以,显示胃肠的阴影。,用,铅（,Z=82,）,作防护,X,射线的材料。,2,、当,z,一定时，波长愈长的,X,射线，愈容,易被吸收。,小，,m,小，吸收少，贯穿的深度大,大，,m,大，吸收多，贯穿的深度小,因此，可通过改变波长来控制射线对人体,的贯穿深度，从而达到治疗不同深度部位疾病,的目的。,X,3,（,硬）,X,2,X,1,X,铜,X,铝,X,射线的硬化：,X,射线进入物体后愈来愈,硬的现象。,滤,线,板,（锡板、铜板和铝板）：是专门用于吸收长波的装置，从而使,X,射线的硬度较高，射线谱的范围较窄。,（二）对于,高能（短波）,硬,X,射线，吸收系数与原子系数无关。,若,放射诊断采用波长太短的,X,射线，骨骼的阴影将不太明显。,表,13-1 X,射线按硬度的分类,名称,极软,X,射线,软,X,射线,硬,X,射线,极硬,X,射线,管电压（,kV,）,520,20100,100250,250,以上,最短波长（,nm,）,0.250.062,0.0620.012,0.0120.005,0.005,以下,主要用途,软组织摄影,表皮治疗,透视和 摄影,较深组织治疗,深部组织治疗,例：一束强度为,I,0,的单色平行,X,射线，通过厚度为,x,1,的物体后，强度为,I,1,若使它通过厚度为,x,2,=2x,1,的同类物体，强度为,I,2,则,I,2,/I,1,=e,-,x1,/2,B.I,2,/I,1,=e,-,x1,C.I,2,/I,1,=2 D.I,2,/I,1,=1/2,B.I,2,/I,1,=e,-,x1,例：强度为,I,0,的,x,射线通过物质时，该物质对,x,射线的吸收强度,I,与物质厚度,x,及物质的衰减系数,的关系为,A.I=,xI,0,B.I=I,0,e,-x,C.I=I,0,e,x,D.I=I,0,(1-e,-x,),D.I=I,0,(1-e,-x,),吸收强度,I=,入射强度,I,0,透射强度,I,0,e,-,x,C.,例：两种物质对,x,射线吸收的半价层之比为 ，则它们的衰减系数之比为：,例：,X,射线通过,5,个半价层的物质后，强度减小为原来的,A.1/4 B.1/5,C.1/16 D.1/32,D.1/32,例：某物质对某种,x,射线的衰减系数为,20cm,-1,欲使透过的,x,射线的强度为原来入射的,x,射线的强度的,50%,，则该物质的厚度应为,A.3.465cm B.3.46510,-2,cm,C.13.86cm D.1.386cm,B.3.46510,-2,cm,例：某物质对,x,射线的质量吸收系数为,0.05cm,2,/g,则它的质量半价层为：,A.13.86g/cm,2,B.138.6 g/cm2,C.13.8610,-2,g/cm,2,D.1.386 g/cm,2,A.13.86g/cm,2,普通,X,射线摄影：,X,CT,示意图：,X,射线,重叠像,X,射线管,检测器,非重叠像,X,CT,的基本原理,手术证实的肝内胆管细胞癌病例。平扫示肝左叶外侧段一低密度灶，密度不均匀。,探测器,平移扫描,数字图象,视频图像,数据采集,图像重建,图像转换,X,CT,是以,测定人体对,X,射线的衰减系数,为基,础，用数学方法经计算机处理而重建断层图像的装置。,X,CT,的成像过程,气管、支气管树,外形显示良好，,但内部结构被遮,蔽。,显示胆囊的轮廓和表面形态,将,胆囊壁部分切除，可显示胆囊内多颗 小结石,透明法重建,清楚显示胆囊,内许多小结石,胆 囊 三 维 重 建,正常气道三维表面重建,横断面增强扫描,见肿瘤实质部分,明显强化，囊性,部分不强化,MPR,显示,透明技术显示,切割技术显示,容积显示,小脑蚓部海绵状血管瘤,正常主动脉的,MIP,显示,见主动脉显示光滑整齐，,边缘规则，其主要分支,显示清楚。,SSD,联合,VR,显示,黄色为双侧肾脏，,红色为主动脉系统,X,射线的,硬,度,I=,N,i,h,常用,mA,数表示,强度,提高,X,射线硬度的方法,X,射线谱,连续射线谱,韧致辐射,标识,X,射线谱,原子内层出现空位,X,射线产生,条件是：高速运动的电子流，,适当的障碍物,靶,装置,X,射线管,;,低、高压电源,第一、二节 小 结,第三、四节小结,电离作用,荧光作用,光化学作用,生物效应,贯穿作用,X,射线的特性,X,射线的衍射,布拉格定律：,2d sin=k,单色,X,射线的衰减规律,I=I,0,e,X,I=I,0,e,m,Xm,m,=K Z,3,用什么物质作防护材料？,X,射线如何硬化？,一、,X,射线的一般性质,电离作用,荧光作用,光化学作用,生物效应,贯穿作用,第三节,X,射线的基本性质,：,0.001,10nm,的电磁波,二、,X,射线的衍射,劳厄,x,射线衍射实验（,1912,年）,X,铝板,单晶片,照相底片,二、,X,射线的衍射,d,1,2,C,B,M,A,布喇格的,x,射线衍射方法（,1913,年）：,入射,x,射线,散射,x,射线,在,散射线中，只有按反射定律反射的射线强度最大。,d,1,2,C,B,M,A,从晶体上下两层分子反射的,X,射线,1,、,2,间的光程差为：,AM+BM=2AM=2dsin,叠加加强的,条件是：,2dsin,=k,布拉格定律,d,晶格常数,掠射角,k=1,2,3,利用布拉格公式,2dsin=k,可以：,测量,X,射线的波长,;,测量晶体的晶格常数,d;,获取,X,射线谱,X,射线摄谱仪原理,改变,可获取不同波长的加强干涉。,1,2,X,射线摄谱仪原理,晶体,例：,X,射线投射在,KCI,晶体上，二级布喇格反射角,为,30,，若,x,射线的波长为,1.57,晶格常数为：,A.3.14,B.314,C.31.4,D.3.14mm,A.3.14,（）,