医学物理学第十三章 X射线.ppt

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-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：,第十三章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：Wm-2。,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,增加管电流,增大管电压,增加强度的方法：,I=Nihi=N1h1+N2h2+Nnhn,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：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,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）,hmax=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.6.2B.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Emaxmin,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=0.124,一、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=I0eX,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：kgm2,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=KZ3,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、原子系数愈大的物质，吸收本领愈大,m=KZ3,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=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,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：两种物质的吸收系数之比为,