医学物理课件

1,医学物理,副教授,贺长建,江汉大学卫生技术学院,2,XX,3,X,4,X,5,6,X+X+X,一只X形的手,一种X的射线,抓住,（极大）X的生命,拯救,7,第十七章X射线德国伟大的物理学家伦琴发现X射线至今已100多年，X射线在各方面得到了广泛的应用，现在X射线的应用已成为医学诊断和治疗疾病的重要医疗技术之一。本章主要学习X射线的产生、性质、应用及防护知识。,8,一个故事,第一节X射线的产生一、X射线的发现,9,X射线是德国物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。当时，他在暗室内用高压电流通过低压气体的克鲁克斯管作阴极射线的研究时，偶然发现克鲁克斯管附近的一块表面涂有铂氰化钡结晶的纸板上发生荧光。为何会有这种现象出现呢?,10,荧光是由高电压电流通过克鲁充斯管时产生的一种看不见的新射线所引起。这种新射线能穿透普通光线所不能穿透的纸板，并能作用于荧光屏而产生荧光。这种新射线还能透过木板，即使隔着一本厚书，射线也能透过而使荧光屏发光。对重金属如铜、铁、铅等则不易透过。,11,当伦琴将手放在管和荧光屏之间时，在荧屏上看到肌肉透亮，而骨骼则为黑影。他还发现这种新的射线具有摄影作用，可把手在照相底片上摄成照片。,伦琴于1896年1月23日在德国物理医学会上将他的发现正式公布于世，从而为放射诊断治疗奠定了基础。当时，由于不明了这种新射线的性质，所以伦琴把这种新射线命名为X射线，后来，科学界为纪念他，称之为伦琴射线。,12,13,照片来源于一种机器,照片来源于一种机器,14,二、X射线机X射线机的基本构造包括X射线管、变压器和控制器三部分,15,1、x射线管近代X射线管是热阴极真空管。有阳极和阴极两部分，阴极是钨制灯丝，阳极用重金属钨或铂制成，叫阳靶。当以低电压电流(612V)，通过阴极灯丝时，灯丝发热而产生电子群。阳极的钨(或铂)靶用以阻挡快速飞行的电子群，当在X射线管的两极加以直流高电压(40250kV)，阴极所产生的电子群在高电压的作用下，以高速向阳极飞行，撞击阳靶并突然受阻，动能急剧减少，辐射出X射线和产生大量的热能。由于钨或铂的原子序数和原子量高，具有高度放射X射线的性能，且可耐高温(达3400)。阳靶嵌在铜制阳极体上，铜散热性能良好，使热能够很快散失。,16,介绍两种管子1)结构2)原理3)性能上的区别,17,2、变压器变压器主要由一个铁心，一个初级线圈和个次级线圈所构成。当交流电向初级线圈输入时，则次级线圈输出的电压可按照两个线圈的比例升高或降低。在X射线机中，以升压变压器提供高压交流电，再经整流获得直流高压，加在X射线管两极并产生强大的电场。以降压变压器即灯丝变压器，获得低电压，供应阴极灯丝工作。加在阳极和阴极之间的直流高压叫做管电压；灯丝通电发射电子形成的电流叫做管电流。,18,3、控制器使用X射线机时，必须有一定的控制装置。控制器由电钮、电表、电阻和自耦变压器等构成，主要用以调节通过X射线管两极的电压和通过阴极灯丝的电流，分别控制X射线的强度和硬度。控制器内还装有调节曝光时间的计时器。,在X射线管、变压器和控制台之间以电缆相连，X射线机主要部件及线路见图171。,一幅原理图,19,20,三、X射线的产生接通电源后，经过降压变压器给X射线管灯丝加热，而产生大量自由电子并云集在阴极附近。当X射线管两极获得直流高压时，阴极与阳极间的电势差陡增，处于活跃状态的自由电子，在高电势差的作用下，受到强有力的吸引，电子群以高速由阴极飞向阳极，撞击阳靶，突然受到阻碍而急剧减速。此时发生了能量转换，其中约1的电子动能转化为光子向外辐射，这就是X射线，其余99的电子动能则转换为热能。前者由X射线管窗口发射，后者由散热设施散发。为了防止阴极在持续高温下工作而损坏，X射线机工作一段时间必须暂停，等它冷却后再继续工作。,21,X射线产生的条件：有高速运行的自由电子群；有接受高速运行的电子群轰击的障碍物(阳靶),22,第二节X射线的特性一、X射线的特性,X射线是波长很短的电磁波，波长范围约10-7m10-13m之间，它以光的速度沿直线传播能发生反射、折射等现象。在电磁波辐射谱中，居射线与紫外线之间，肉眼看不见。除上述一般物理性质外，X射线还具有以下几方面特性,23,(一)穿透本领强X射线波长很短，具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度物质，在穿透过程中会受到一定程度的吸收。X射线的穿透力与X射线管电压密切相关，管电压高，产生的X射线的波长短，穿透力强。反之，管电压愈低，产生的X射线波长越长，则穿透力越弱。X射线穿透力与物质相关,对低原子序数的元素构成的物质，如空气、水、纤维、肌肉穿透性强，对高原子序数的元素构成的物质，如铅、骨骼等穿透性弱。其穿透力还与被照物体的密度和厚度等因素有关。,24,(二)荧光效应X射线能激发荧光物质(如硫化锌、铂氰化钡及钨酸钙等)，产生肉眼可见的荧光。即X射线作用于荧光物质时，使波长短的X射线转换成波长较长的荧光，这种转换叫做荧光效应。这一特性是进行透视检查的基础。,25,(三)光化学作用涂有溴化银的胶片经X射线照射后，可以感光，产生潜影，经显、定影处理后，感光的银离子(Ag+)，被还原成金属银(Ag)，并沉淀于胶片的胶膜内。此金属银的微粒，在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银在定影及冲洗过程中，从X射线胶片上被洗掉，因而显出胶片片基的透明色。依金属银沉淀的多少，便产生了黑和白的影像。所以，光化学作用是X射线摄影的基础,26,(四)电离作用当X射线通过任何物质而被吸收时，都将产生电离作用，使组成物质的分子分解成为正负离子。X射线通过空气时，可使空气产生正负离子而成为导电体。因为空气的电离程度，即其所产生的正负离子量同空气所吸收的X射线量成正比，所以可以利用测量电离的程度来计算X射线的量。,27,(五)生物效应X射线射过机体而被吸收时，就同体内物质产生相互作用，使体液和细胞内引起一系列的化学变化，使机体和细胞产生生理和生物方面的改变。X射线对机体细胞组织的生物效应主要是损害作用，其损害的程度依吸收X射线量的多少而定。微量或少量的X射线可以对机体不产生明显的影响；过量的X射线则导致严重的不可恢复的损害，即具有破坏细胞的作用。X射线对机体的生物效应是用以作放射治疗的基本原理。同时根据X射线的生物效应，用X射线进行检查和治疗时，必须采取防护措施。,28,二、X射线的强度和硬度,(一)X射线的强度,29,在医学中，常用管电流和照射时间的乘积来反映X射线的量，它反映了X射线的强度，单位为毫安秒，代号mAs。管电流越大，则单位时间内轰击阳靶的电子数越多，产生X射线量越大；X射线照射时间越长，产生的X射线量越大。因此，在管电压一定时，单位时间内X射线的量就是管电流的毫安数，叫做X射线的强度。管电流的大小可以从串联在电路中的毫安表中直接读出，因此，用管电流表示X射线的强度，既可方便测出，又便于使用调节。,30,(二)X射线的硬度,31,每个X射线光子的能量，叫做X谢线的硬度，又叫X射线的质。它主要与管电压有关，管电压越高，电子速度越大，X射线的能量越大，则穿透力越强，X射线就越硬，表明X射线质越高。因此，可间接用管电压的千伏数来表示X射线的硬度。既可方便测出，又便于使用调节。管电压千伏数越大，X射线质越高，硬度越大；管电压千伏数越小，X射线质越低，硬度越小。,32,表17lX射线硬度分类名称管电压(kV)最短波长(10-10m)用途极软X射线5202.50.62软组织摄影表皮治疗软X射线201000.620.12透视和摄影硬X射线1002500.120.05较深组织治疗极硬X射线250以上0.05以下深部组