医学物理学X射线教学课件及练习.ppt

1901年 首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴 WilhelmKonradR ntgen 1845 1923 以表彰他在1895年发现了X射线 x ray 1912年劳厄用晶体衍射的方法证明了X射线是一种比紫外光波长更短的电磁波 1914年获诺贝尔物理学奖 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 产生的条件 X射线 2 X射线产生装置 X射线产生的主要装置为 1 X射线管2 低压电源 高压电源 靶材料的选择 被轰击区域应用熔点高的物质来作 Z愈大 发射X射线的效率愈高 钨 Z 74 和它的合金是最好的靶材料 3 实际焦点与有效焦点 实际焦点 actualfocalspot 电子流在靶面上的撞击面积面积 有效焦点 effectivefocalspot 实际焦点的投影的面积 焦点愈小 所成的像愈清晰 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 为了降低阳极靶面的温度 大功率的X射线管多采用旋转阳极 二 X射线的强度和硬度 1 X射线的强度 X射线的强度 intensityofX ray 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 W m 2 I Nih i N1h 1 N2h 2 Nnh n Ni表示单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的光子数 增加管电流 增大管电压 增加强度的方法 I Nih i N1h 1 N2h 2 Nnh n 故常用管电流的mA数表示X射线的强度 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 mA s 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 X射线的硬度 hardnessofx ray 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 医学上常用管电压的千伏数 Kv 表示X射线的硬度 根据用途把X射线按硬度分为极软 软 硬 极硬四类 第二节X射线谱 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 x rayspectra 标识X射线谱 characteristicx rayspectrum 强度较低大的离散谱 线状构成的部分 X射线谱包含两个部分 连续X射线谱 continuousx rayspectrum 含有各种波长 照片的背景部分 一 连续 射线谱 1 谱线的特点 1 管电压不同 X射线谱不同 相对强度 50kV 40kV 30kV 20kV 管电压较低时 低于50KV 只发射连续 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 bremsstrahlung h max mv2 2 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 eU mv2 2 即 hc min eU 二 标识X射线谱 当管电压升高到70kV以上 钨的连续谱在0 02nm附近叠加了四条谱线称为标识X射线谱 1 谱线的特点 管电压减小 增大 同一种靶的标识X射线谱的位置不变 0 02nm 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 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 3 标识谱特性 标识X射线谱是原子内层电子跃迁所发出的 X射线的 硬度 I Nih 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 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 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 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 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 0 062 C 12 4 D 6 2 10 5 B 0 062 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Emax min 则A Emax 100KeV min 0 124 B Emax 100KeV min 1 24 10 4 C Emax 100J min 0 124 D Emax 100J min 1 24 10 4 Emax eU A Emax 100KeV min 0 124 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 二 X射线的衍射 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 k 1 2 此式称为布拉格定律 1912年劳厄有晶体衍射方法证明X射线具有波动性 2dsin k 利用布拉格公式可以 测量X射线的波长 测量晶体的晶格常数d 有机体如细胞和蛋白质等的精细结构 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 第四节X射线的衰减规律 一 单色X射线的衰减规律 I I0e X 称为物质的线性衰减系数 单位为 m 1 cm 1 1 衰减规律 越大 强度减小得越快 物质对X射线吸收越强 Xm x称为质量厚度 单位为 kg m 2 与物质的密度 有关 但 与 的比值对同一种物质来说是不变的 称为质量衰减系数 记作 m 单位 m2kg 1 3 质量厚度 massthickness 2 质量衰减系数 massattenuationcoefficient 4 半价层 半价层 halfvaluelayer X射线在物质中强度被衰减一半时对应的厚度 或质量厚度 称为物质的半价层 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 m KZ 3 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 原子系数愈大的物质 吸收本领愈大 m KZ 3 人体骨的主要成分Ca P 原子系数较大 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 X射线的波长愈短 贯穿本领越高 即硬度越大 2 波长愈长的X射线 愈容易被吸收 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射线的硬度提高 射线谱的范围较窄 X射线进入物体后愈来愈硬的现象称为X射线的硬化 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 例 物质对波长较长的X射线的吸收系数与物质的原子序数的关系是 A 原子序数愈大 吸收系数愈小 B 原子序数愈大 吸收系数愈大 C 吸收系数与原子序数成正比 D 吸收系数与原子序数成反比 B 原子序数愈大 吸收系数愈大 例 物质对波长较长的X射线的质量吸收系数与波长的关系是 A 波长越长 吸收越小 B 波长越短 吸收越小 C 与波长无关 D 与波长成正比 B 波长越短 吸收越小 I2 I1 e x1 2B I2 I1 e x1C I2 I1 2D I2 I1 1 2 例 一束强度为I0的单色平行X射线 通过厚度为x1的物体后 强度为I1 若使它通过厚度为x2 2x1的同类物体 强度为I2 则 B I2 I1 e x1 例 强度为I0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 xI0B I I0e xC I I0e xD I I0 1 e x D I I0 1 e x 吸收强度I 入射强度I0 透射强度I0e x 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 4B 1 5C 1 16D 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 465cmB 3 465 10 2cmC 13 86cmD 1 386cm B 3 465 10 2cm 例 两种物质的吸收系数之比为 1 则