X射线实用教案

1、第一节 X 射线(shxin)的产生一、X射线的产生(chnshng)装置高速(o s)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：第1页/共62页第一页，共63页。2、X射线产生(chnshng)装置主要装置(zhungzh)为：射线 管2.低压交流电源3.高压直流电源第2页/共62页第二页，共63页。 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(shn o)。因此被轰击区域应用(yngyng)熔点高的物质钨来作；根据功率的不同(b tn)采用散热片、通风冷却、 阳极作成中空用水或油循环冷

2、却；铜圆柱钨板电子束第3页/共62页第三页，共63页。 大功率的X射线管，多采用旋转(xunzhun)阳极（二） 理论和实验表明(biomng)，靶Z越大，发生 X 射线的效率越高。钨Z=74旋转阳极电子束第4页/共62页第四页，共63页。3、实际(shj)焦点与有效焦点实际焦点：灯丝发射(fsh)的电子，经聚焦加速后，投射到阳极靶上的积。有效焦点：实际(shj)焦点在垂直于X 射线管轴线方向上投影的面积。cdcdabcdabsin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。ab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。第5页/共62页第五页，

3、共63页。二、 X射线的强度(qingd)和硬度1、 X射线的强度(qingd)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-2I=Nihi= N1h1+ N2h2+ NnhnNi表示单位时间通过与射线(shxin)方向垂直的单位面积的光子数第6页/共62页第六页，共63页。I=Nihi= N1h1+ N2h2+ Nnhn改变管电流改变管电压控制强度的方法第7页/共62页第七页，共63页。X射线强度(qingd)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(chngj)表示X射线的总辐射量， 单位：mAs。通常采用的方法是： 在管电

4、压保持一定的条件下，通过 调节管电流来控制(kngzh)X射线的强度。第8页/共62页第八页，共63页。2射线(shxin)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(nngling) h 与光子数目无关。提高X射线硬度的方法(fngf)：增大管电压表示：管电压的千伏数（kV）第9页/共62页第九页，共63页。 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）52020100100250250以上最短波长（nm）0.250.0620.0620.0120.0120.0050.005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

5、疗根据用途把X射线按硬度(yngd)分为极软、软、硬、极硬四类：第10页/共62页第十页，共63页。例：产生X射线的必要条件是： A.加热灯丝(dn s) B.高速电子流与靶材料 C.高压电源 D.散热装置B.高速(o s)电子流与靶材料第11页/共62页第十一页，共63页。例：在产生(chnshng)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(yunz xsh)高的物质作靶材料第12页/共62页第十二页，共63页。 例：用管电流(dinli)的毫安数表示x射线的辐射强度是因为：

6、A.管电流(dinli)的毫安数就是打在靶上的高速电子数；B.管电流(dinli)的毫安数就是x射线的总光子数C.管电流(dinli)的毫安数就是x射线的实际辐射强度射线的辐射强度与管电流(dinli)成正比射线(shxin)的辐射强度与管电流成正比第13页/共62页第十三页，共63页。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(chngdun)； D. 靶面积的大小。B. X射线的硬度(yngd)；第14页/共62页第十四页，共63页。例：调节x射线强度(qingd)的主要方法是： A. 调节灯丝电压； B. 调节管电压； C. 调节散热

7、装置； D. 调节辐射时间。A. 调节灯丝(dn s)电压第15页/共62页第十五页，共63页。第二节 X 射 线 谱( X-ray Spectrum) 将 X射线的强度按照波长(bchng)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(jio d)的离散谱 （线状构成的部分）X射线谱包含(bohn)两个部分:连续X射线谱:含有各种波长 ( 照片的背景部分)第16页/共62页第十六页，共63页。一连续(linx)射线谱 ( continuous X-ray Spectrum)1谱线的特点(tdin) （1）管电压(diny)一定时，谱线强度随波长变化，存在短波极限。相对强度50

8、kV40kV30kV20kV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第17页/共62页第十七页，共63页。产生(chnshng)连续射线谱的微观机制是由于韧致辐射（bremsstralung）2产生(chnshng)机制一个电子的动能全部转换为一个X 光子(gungz)的能量时：2max21mvh221mveU 第18页/共62页第十八页，共63页。mUU61983410242. 1106 . 11031063. 6m mi in neUhchvminmaxeUhcmin即)()(242. 1minnm

9、kVU第19页/共62页第十九页，共63页。 例：设 X 射线管电压为100kV。问电子刚碰到靶时的速度(sd)多大？连续X 射线谱的最短波长和相应光子能量为多大？解：eUmV221)(1087. 1101 . 910100106 . 122831319smmeUV)(01242. 0100241. 1)()(242. 1minnmnmkVU)(100)(105keVeVeUE第20页/共62页第二十页，共63页。二标识(biozh)X射线谱( characteristicX-ray Spectrum) 只有达到(d do)一 定的管电压， 标识 X 射线 谱才会出现；1谱线的特点(tdin)

10、谱线 决定于 靶材料， 与管电压无关。KLLL0.02nm第21页/共62页第二十一页，共63页。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(biozh)，所以称“标识(biozh)X射线谱”。利用微区分析技术鉴定元素(yun s)成分。第22页/共62页第二十二页，共63页。2、产生(chnshng)机制内层(ni cn)电子受激的结果第23页/共62页第二十三页，共63页。MLLKKKKMLN若K层出现空位(kn wi)形成的X射线即称为K线系L层出现空位(kn wi)即形成L线系K系L系M系M层出现空位(kn wi)即形成M线系EL-EK = h KEM-EK =

11、 h K E自-EK = hmax =h c /min第24页/共62页第二十四页，共63页。 每一线(yxin)系都有自己的最短波长边界 靶元素原子序数愈高，对应(duyng)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=h c/min 标识x射线是内层电子(dinz)受激的结果第25页/共62页第二十五页，共63页。 例：连续x射线的产生(chnshng)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(fsh)第26页/共62页第二十六页，共63页。 例：连续x射线

12、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(min j)大小有关； D. 只与管电压有关。D. 只与管电压(diny)有关。第27页/共62页第二十七页，共63页。 例：x射线机在固定电压下产生的连续 x 射线谱，具有(jyu)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(bchng)第28页/共62页第二十八页，共63页。 例：若某X射线管的管电压为200KV，则连续谱的短波(dunb)极限为 62 C. 12.4 D. 6.210-5062. 0102 . 6)(242. 1

13、3minnmnmKVU62第29页/共62页第二十九页，共63页。 例：管电压(diny)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 B. Emax=100keV, min=1.2410-4 C. Emax=100J, min D. Emax=100J, min=1.2410-4Emax=eU , U242. 1minA. Emax=100keV, min第30页/共62页第三十页，共63页。 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(bchng)变化了，试求该波长(bchng)的最小值。)()

14、(242. 1nmKVUm解：mmmU212242. 1nmAm1 . 015 . 022第31页/共62页第三十一页，共63页。 例：如果要得到最短波长为的X射线，至少要加多大的电压于X射线管？在此情况下，电子(dinz)运动到阳极有多大的动能？)(84.241 . 05 . 0242. 1242. 1)()(242. 1minminkVUnmkVU1932106 . 11084.24)(84.2421KeVeUmV)(1097. 315J)(1097. 32115min2JhcmV第32页/共62页第三十二页，共63页。一、X射线的基本(jbn)性质电离作用荧光(ynggung)作用光化学

15、作用(zuyng)生物效应贯穿作用第三节 X射线的基本性质：10nm的电磁波第33页/共62页第三十三页，共63页。第四节 物质对X射线的衰减(shui jin)规律一、单色X射线的衰减(shui jin)规律I=I0 eXxI0I吸收物质1、宏观(hnggun)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。II0大x小第34页/共62页第三十四页，共63页。Xm=x称为质量厚度(hud)，单位：kgm-2,gcm2 。2、质量(zhling)衰减系数：m 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(xshu)

16、本领。mmmxxeIeII00单位: m2kg-1， cm2 g-13、质量厚度第35页/共62页第三十五页，共63页。4、半价层(表示衰减(shui jin)快慢的量)半价层：X射线在物质(wzh)中强度被衰减一半 时对应的物质(wzh)厚度，用X1/2表示。2 21 1x xx x2 21 1I II I0 0故X射线的衰减(shui jin)规律又可写为：2/1002xeIII693. 02ln2/1xmmmx693.02ln21同理21)21(0mmxxII 第36页/共62页第三十六页，共63页。二、质量衰减系数与波长(bchng)、原子序数的关系K大致(dzh)是一个常数通常(tn

17、gchng)在34之间，与吸收物质和射线波长有关3kzm（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第37页/共62页第三十七页，共63页。1、一定，z愈大的物质(wzh)，吸收本领愈强。由上式可得出两个(lin )有用的结论：3kzm人体骨的主要(zhyo)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。第38页/共62页第三十八页，共63页。2、当z一定(ydng)时，波长愈长的X射线，愈容 易被吸收。3kzm 小，m 小，吸收少，贯

18、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(b tn)深度部位疾病的目的。第39页/共62页第三十九页，共63页。X3（硬）X2X1X铜X铝X射线的硬化(ynghu)：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(yngd)较高，射线谱的范围较窄。第40页/共62页第四十页，共63页。（二）对于高能(gonng)（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(gg)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

19、射线硬X射线极硬X射线管电压（kV）52020100100250250以上最短波长（nm）0.250.0620.0620.0120.0120.0050.005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第41页/共62页第四十一页，共63页。 例：一束强度为 I0 的单色平行X射线，通过厚度(hud)为x1的物体后，强度为I1,若使它通过厚度(hud)为x2=2x1的同类物体，强度为I2,则101xeII1202xeII I2/I1=e-x1/2 B. I2/I1=e-x1C. I2/I1=2 D. I2/I1=1/2111212xxxeeIIB. I2/I1=e-x1

20、第42页/共62页第四十二页，共63页。 例：强度为I0的x射线(shxin)通过物质时，该物质对x射线(shxin)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=xI0 B.I=I0e-x C. I=I0 ex D. I=I0(1- e-x)D. I=I0(1- e-x)吸收(xshu)强度I=入射强度I0透射强度I0e-x第43页/共62页第四十三页，共63页。693. 021xC.2:1 . A2:1 .B1:2.C1:2 .D 例：两种物质对x射线吸收的半价(bnji)层之比为 ，则它们的衰减系数之比为：2:1第44页/共62页第四十四页，共63页。 例：X射线通过5个半

21、价层的物质(wzh)后，强度减小为原来的 A. 1/4 B. 1/5 C. 1/16 D. 1/32 321)21(5oIID. 1/32第45页/共62页第四十五页，共63页。 例：某物质(wzh)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(wzh)的厚度应为 A. 3.465cm B. 3.46510-2cm2ln21xB. 3.46510-2cm第46页/共62页第四十六页，共63页。 例：某物质(wzh)对x射线的质量吸收系数为2/g,则它的质量半价层为： 2 B. 138.6 g/cm2 C. 13.8610-2 g/cm2

22、 D. 1.386 g/cm2 )/(86.1305. 0693. 0693. 0221cmgxmm2第47页/共62页第四十七页，共63页。普通(ptng)X射线摄影：XCT示意图：X射线重叠像X射线管检测器非重叠像XCT的基本原理第48页/共62页第四十八页，共63页。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(md)灶，密度(md)不均匀。第49页/共62页第四十九页，共63页。探测器平移扫描22211211,数字图象视频图像数据(shj)采集图像(t xin)重建图像(t xin)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

23、装置。XCT 的成像过程第50页/共62页第五十页，共63页。气管(qgun)、支气管(qgun)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(biomin)形态将胆囊壁部分切除，可显示(xinsh)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第51页/共62页第五十一页，共63页。横断面增强扫描见肿瘤实质(shzh)部分明显强化，囊性部分不强化MPR显示(xinsh)透明(tumng)技术显示切割技术显示容积显示小脑蚓部海绵状血管瘤第52页/共62页第五十二页，共63页。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

24、分支显示清楚。SSD 联合(linh) VR显示黄色为双侧肾脏，红色为主动脉系统第53页/共62页第五十三页，共63页。X射线的硬度(yngd)I=Nih 常用(chn yn)mA数表示强度(qingd)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(nm)(nm)U U1.2421.242eUeUhchc (kV)(kV)minmin第一、二节 小 结第54页/共62页第五十四页，共63页。第三、四节(s ji)小结电离作用(zuyng) 荧光作用(zuyng)光化学作用(zuyng)生物效应 贯穿作用(zuyng)X射线的特性(txng)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 = I0 eXI = I0 em Xm21210 xxIIm = K Z3 用什么物质作防护材料？ X射线如何硬化？第55页/共62页第五十五页，共63页。一、X射线的一般(ybn)性质电离作用荧光(ynggung)作用光化学作用(zuyng)生物效应贯穿作用第三节 X射线的基本性质：10nm的