第十三章 X射线VIP

.,1901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴(WilhelmKonradRntgen，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：,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；,.,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,.,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。,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。,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,I=Nihi=N1h1+N2h2+Nnhn,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,.,I=Nihi=N1h1+N2h2+Nnhn,.,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）,.,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-raySpectrum),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(continuousX-raySpectrum),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。,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-raySpectrum),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。,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,M层出现空位即形成M线系,EL-EK=hKEM-EK=hKE自-EK=hmax=hc/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-EK=hmax=hc/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.6.2B.0.062C.12.4D.6.210-5,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=0.124B.Emax=100keV,min=1.2410-4C.Emax=100J,min=0.124D.Emax=100J,min=1.2410-4,Emax=eU,A.Emax=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,：0.00110nm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=I0eX,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。,.,Xm=x称为质量厚度，单位：kgm-2,gcm2。,2、质量衰减系数：,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:m2kg-1，cm2g-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X1/2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34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。,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。,.,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,I2/I1=e-x1/2B.I2/I1=e-x1C.I2/I1=2D.I2/I1=1/2,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=I0exD.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,.,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.1/4B.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.3.46510-2cmC.13.86cmD.1.386cm,B.3.46510-2cm,.,例：某物质对x射线的质量吸收系数为0.05cm2/g,则它的质量半价层为：A.13.86g/cm2B.138.6g/cm2C.13.8610-2g/cm2D.1.386g/cm2,A.13.86g/cm2,.,普通X射线摄影：,XCT示意图：,XCT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。,.,数据采集,图像重建,图像转换,XCT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。,XCT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=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,.,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,单色X射线的衰减规律,I=I0eX,I=I0emXm,m=KZ3,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,：0.00110nm的电磁波,.,二、X射线的衍射,劳厄x射线衍射实验（1912年）,.,二、X射线的衍射,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。,