医用物理十二章

1、蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像1第十二章第十二章 X射线射线问题：问题：1 1、因发现或研究、因发现或研究X X射线取得成就而荣获诺贝尔射线取得成就而荣获诺贝尔物理学奖的人有多少？物理学奖的人有多少？因发现或研究因发现或研究X X射线取得成就而荣获射线取得成就而荣获诺贝尔物理诺贝尔物理学奖学奖的达的达8 8人之多，如伦琴、劳厄、布拉格（父人之多，如伦琴、劳厄、布拉格（父子）、康普顿、子）、康普顿、里卡尔多里卡尔多贾科尼贾科尼等。等。2 2、X X射线在医学上的应用有

2、哪些？射线在医学上的应用有哪些？蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像2学习本章后，我们应该：学习本章后，我们应该：1 1、掌握掌握X X射线强度和硬度的概念、射线强度和硬度的概念、掌握掌握X X射线谱射线谱及及X X射线产生的微观机制、射线产生的微观机制、掌握掌握X X射线的射线的衰减规衰减规律及应用律及应用.2 2 、理解、理解X X射线射线的基本性质、的基本性质、 X X射线的衍射射线的衍射. .3 3、了解、了解X X射线机的基本组成射线机的基本组成及及X射线在医学

3、上的射线在医学上的应用应用.二、授课重点：吸收规律二、授课重点：吸收规律三、授课时数：三、授课时数：3 3 5 5学时学时蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像3X X射线的发现射线的发现 1895年年11月月8日，日， 伦琴正在研究伦琴正在研究阴极射线阴极射线 ，他发现在离阴极射线管，他发现在离阴极射线管一米以外的荧光屏上发出了荧光，一米以外的荧光屏上发出了荧光，并且证明了这种荧光是由阴极射线并且证明了这种荧光是由阴极射线管所发出的一种看不见的射线所引管所发出的一种看不见

4、的射线所引起的，伦琴将其命名为起的，伦琴将其命名为X射线。射线。 且意外地在荧光屏上发现了自己手的骨骼轮廓。且意外地在荧光屏上发现了自己手的骨骼轮廓。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像4 12月月22日，伦琴用日，伦琴用X射线拍下射线拍下了伦琴夫人的手骨照片，了伦琴夫人的手骨照片， 这是世这是世界上第一张人类活体骨骼照片。界上第一张人类活体骨骼照片。摄于摄于1895年年12月月22日日 伦琴的发现轰动了欧美，美国伦琴的发现轰动了欧美，美国生活生活杂志于杂志于1896年发

5、表的一幅漫画，着实渲染了一番年发表的一幅漫画，着实渲染了一番X射线穿透一切射线穿透一切的威力的威力 。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像5 X射线发现以射线发现以后，很快就被后，很快就被应用于医学，应用于医学，成为现代医学成为现代医学诊断、治疗和诊断、治疗和研究的重要手研究的重要手段。段。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像6第一节 X射线的产生产

6、生条件是：产生条件是：有高速运动的电子流有高速运动的电子流有适当的障碍物有适当的障碍物金属靶（钨金属靶（钨或或钼），钼），阻止电子的运动，将电子动能转为阻止电子的运动，将电子动能转为X X射线的能量射线的能量. .一、一、X X射线产生的条件：射线产生的条件：就象子弹打在坦克上会发出声音和火花一样就象子弹打在坦克上会发出声音和火花一样. .蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像7二、二、X X射线产生装置射线产生装置X X射线产射线产生装置生装置主要为：主要为：1.X射线射

7、线管管2.低压电低压电源源3.高压电高压电源源蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像8二、X射线的强度和硬度管电压大管电压大电子动能大电子动能大产生产生X X光子的能量光子的能量hh大大管电流大管电流大产生产生X X光子的数目多光子的数目多蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像9 1、X射线的强度： 单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的单位时间内通过

8、与射线方向垂直的单位面积的辐射能量称为辐射能量称为X X射线的强度射线的强度 用用I I表示，单位为：表示，单位为：W Wm m-2-2。 I=NI=Ni ihhi i = N = N1 1hh1 1+ N+ N2 2hh2 2+ + N Nn nhhn n N Ni i表示单位时间通过与射线方向垂直的单位面表示单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的光子数积的光子数. .使强度增加的方法：使强度增加的方法：增大管电流增大管电流 增大管电压增大管电压管电压一定时，管电压一定时，常用管电流常用管电流mAmA数表示数表示X X射线的强射线的强度。度。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作

9、业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像10X射线的总辐射量：射线的总辐射量： 管电流的毫安数（管电流的毫安数（mA）和辐射时间（）和辐射时间（s）的）的乘积表示乘积表示X射线的射线的总辐射量总辐射量 单位：单位：mAs。2 2射线的硬度射线的硬度 X射线的硬度是指射线的硬度是指X射线的贯穿本领射线的贯穿本领， 它取决于它取决于X射线的能量射线的能量hh管电压管电压电子动能电子动能X X光子能量光子能量hh X射线射线的硬度的硬度蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用

10、产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像11(2)、提高、提高X射线硬度的方法：射线硬度的方法： 提高提高X射线硬度的方法是：射线硬度的方法是：增大管电压增大管电压 医学上常用管电压的千伏数（医学上常用管电压的千伏数（kV）表示）表示X射线射线的硬度。的硬度。根据不同的用途把根据不同的用途把X射线分为极软、软、硬、极射线分为极软、软、硬、极硬四类：硬四类： 表表13-1 X射线按硬度的分类射线按硬度的分类名称名称极软极软X射线射线软软X射线射线硬硬X射线射线极硬极硬X射线射线管电压管电压kV kV 52020100100250250以上以上最短波长（最短波长（nm）0.

11、250.0620.0620.0120.0120.0050.005以下以下主要用途主要用途软组织摄影软组织摄影,表皮治疗表皮治疗透视和透视和 摄影摄影较深组织治疗较深组织治疗深部组织治疗深部组织治疗蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像12第二节第二节 X射线谱射线谱 X射线管发出射线管发出各种波长的各种波长的X射射线，线， 将其强度按照将其强度按照波长的顺序排波长的顺序排列开来的图谱列开来的图谱, 称为称为X射线谱。射线谱。X射线谱包含两个部分射线谱包含两个部分:连续连续X

12、射线谱或称连续谱射线谱或称连续谱 ( 照片的背景部分照片的背景部分)；标识标识X射线谱或称标识谱射线谱或称标识谱（线状部分）（线状部分）蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像13一连续射线谱一连续射线谱.连续连续射线射线谱产生谱产生的微观的微观机制是机制是轫致辐轫致辐射射蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像14轫致辐射轫致辐射 (bremsstralu

13、ng) 高速电子（或离子）流高速电子（或离子）流撞击阳极靶受到制动撞击阳极靶受到制动时时,电子在电子在原子核强电场作用下原子核强电场作用下，速度的量值和方向都发生急剧变化，一部分速度的量值和方向都发生急剧变化，一部分动动能转化为光子的能量能转化为光子的能量 hh辐射辐射出去，出去，此现象称为此现象称为轫致辐射轫致辐射 (bremsstralung)蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像152连续谱特性连续谱特性(2).每一曲线都有一个强度最大的波长；每一曲线都有一个强度最大

14、的波长；(1).管电压管电压减小，各减小，各波长对应波长对应的强度减的强度减小；小；蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像16(3). 有有短波极限短波极限相对强度为零的相对强度为零的X射线是连续射线是连续谱中波长最短的谱中波长最短的X射线射线,称为称为短短波极限波极限用用min 表示表示管电压增大，管电压增大，min减小减小(nm)(nm)U U1.2421.242eUeUhchc (kV)(kV)minminminhch maxmaxUe 相相对对强强度度短波极限短波极

15、限蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像17二标识二标识X射线谱射线谱 任何靶的标识任何靶的标识X射线谱皆是唯一的，可以作为射线谱皆是唯一的，可以作为此靶元素的此靶元素的标识标识(特征特征)，故称为故称为标识标识X X射线谱射线谱。钨钨(z=74)靶在管电压大于靶在管电压大于70kV时才出现时才出现标识标识X X射射线谱线谱，钼钼(z=42) 靶在管电压小于靶在管电压小于70kV即可出现。即可出现。标识谱线标识谱线蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线

16、谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像18管电压变化，同一种靶的标识谱线位置不变管电压变化，同一种靶的标识谱线位置不变蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像19标识谱产生微观机制标识谱产生微观机制蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像20 线系线系MLLKKKKMLNK层出现空位形成的层出现空

17、位形成的X射线谱称为射线谱称为K线系线系用用K、K、K Kmin表示，表示，对应的光子能量：对应的光子能量：EL-EK = h KEM-EK = h K E自自-EK = hmax =h c /minL线系线系用用L、L、LLmin表示，表示，蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像21.每一线系都有一个最短每一线系都有一个最短波长边界波长边界是自由电子补充空位时是自由电子补充空位时发出光子发出光子.靶元素原子序数愈高，对应线系靶元素原子序数愈高，对应线系的波长愈短，的波长愈

18、短，靶元素原子序数愈高各层的能量靶元素原子序数愈高各层的能量差值愈大差值愈大MLLKKKKMLNE自自-EK =h c /min自由电子自由电子蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像22第一、二节第一、二节 小小 结结X X射线的射线的硬硬度度强度强度X射线谱射线谱连续射线谱连续射线谱轫致辐射轫致辐射标识标识X射线谱射线谱原子内层能级出现空位原子内层能级出现空位X X射线产生射线产生高速运动的电子流高速运动的电子流 适当的障碍物适当的障碍物装置装置X射线管射线管 低、高压电

19、源低、高压电源(nm)(nm)U U1.2421.242 (kV)(kV)minmin 条件是：条件是：蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像23第三节 X射线的基本性质一、一、X X射线的特性射线的特性电离作用电离作用荧光作用荧光作用光化学作用光化学作用生物效应生物效应贯穿作用贯穿作用X X射线射线是波长很短（是波长很短（10nm)10nm)的电磁波，是能量的电磁波，是能量很大的很大的光子光子流，流，X射线除具有电磁波的性质外，射线除具有电磁波的性质外，还具有以下特性：还

20、具有以下特性：蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像24二、二、X射线的衍射射线的衍射1912年年劳厄劳厄 (,18791960)提出方案，提出方案，弗里德里希弗里德里希、尼平尼平进行进行实验，用晶体衍射法证明了实验，用晶体衍射法证明了X射线具有波动性，揭示了射线具有波动性，揭示了X射线的本质。射线的本质。叠加加强的条件是：叠加加强的条件是： 2dsin= k ( k=1、2、)此式称为此式称为布拉格定律布拉格定律，晶体对晶体对X射线的折射率为射线的折射率为1。布拉格父子布

21、拉格父子(W.H.Bragg,18621942；W.L.Bragg,18901971) 用用X射线晶体分光仪，测定了射线晶体分光仪，测定了X射线的衍射角，给出衍射线的衍射角，给出衍射公式，射公式， 12CBMAd蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像25X射线摄谱仪原理射线摄谱仪原理12X射线摄谱仪原理射线摄谱仪原理 晶体晶体改变改变值，可使不同波长的值，可使不同波长的X射线干涉加强。射线干涉加强。利用布拉格公式可以：利用布拉格公式可以： 测量测量X射线的波长射线的波长、

22、测量晶体的晶格常数测量晶体的晶格常数d、 获取获取X射线谱射线谱2dsin= k/蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像26第四节物质对第四节物质对X射线的衰减规律射线的衰减规律一、单色一、单色X X射线的衰减规律射线的衰减规律 I = II = I0 0 e eXX称为物质的称为物质的线性衰减系数线性衰减系数 单位为：单位为：cmcm-1-1， 与物质的密度与物质的密度有关，有关，水和冰的水和冰的值不同；值不同； I I0 0I Ix xX X射线强度在前进方向上减射线强

23、度在前进方向上减弱的现象称为弱的现象称为X X射线的衰减射线的衰减蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像27质量衰减系数质量衰减系数与与的比值对同一种物质来说是不变的比值对同一种物质来说是不变的，此比值的，此比值称为质量衰减系数，记为称为质量衰减系数，记为m m则单色则单色X X射线的衰减规律射线的衰减规律：I=II=I0 0 e em m X Xm m X Xm m =x =x 称为质量厚度称为质量厚度X Xm m等于单位面积、厚度为等于单位面积、厚度为x x的吸收层的质

24、量的吸收层的质量X Xm m常用单位为：常用单位为：g gcmcm2 2 , ,而而m m单位为单位为cmcm2 2 g g-1-1。m m蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像280 0. .6 69 93 3l ln n2 2x x2 21 12 21 1x xx x2 21 1I II I0 0X X射线的衰减规律又可写为：射线的衰减规律又可写为：半价层半价层：X X射线在物质中强度被减小一半时对应射线在物质中强度被减小一半时对应的厚度称为物质的的厚度称为物质的半价层

25、，半价层，用用X X1/21/2表示表示: :I=II=I0 0/2= I/2= I0 0 e e-X-X1/21/2问题：问题： X X射线经过几个半价层强度减为原来的射线经过几个半价层强度减为原来的1/81/8？ 1/161/16？蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像29二、二、质量质量衰减系数衰减系数对医学上常用的低能对医学上常用的低能X X射线（射线（软软X射线射线），金属的），金属的质量质量衰减系数近似地符合下式：衰减系数近似地符合下式： m m = K Z =

26、 K Z3 3K K大概是一个常数，大概是一个常数，通常在通常在3 34 4之间，与吸收之间，与吸收物质和射线的波长有关。物质和射线的波长有关。由上式可以得出两个有用的结论：由上式可以得出两个有用的结论：蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像301 1、 X X射线的防护材料射线的防护材料X X射线的防护材料射线的防护材料用用原子序数大的物质原子序数大的物质如如 铅铅（Z=82Z=82）铅板、铅围裙、铅手套等。铅板、铅围裙、铅手套等。因为因为Z Z越大，越大，m m越大，物

27、质对越大，物质对X X射线的吸收越快。射线的吸收越快。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像312 2、X X射线的硬化射线的硬化 X X射线进入物质后长波成分易被吸收，短射线进入物质后长波成分易被吸收，短波能通过物体，故波能通过物体，故X X射线从物体出来后硬度射线从物体出来后硬度变大，变大，我们把我们把X X射线穿过物体后硬度变大的现象称射线穿过物体后硬度变大的现象称为为X X射线的硬化射线的硬化。蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第1

28、2章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像32X X射线的硬化的方法射线的硬化的方法 滤线板滤线板滤线板滤线板（锡板、铜板和铝板）是专门用于吸收（锡板、铜板和铝板）是专门用于吸收长波长波X X射线的装置，射线的装置，X X射线穿过射线穿过滤线板滤线板后硬度变后硬度变高、射线的频率范围变窄。高、射线的频率范围变窄。I I1 1I I2 2铜铜X X铜铜I I3 3（硬）（硬）铝铝X X铝铝蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制作杰制作衰减衰减作业作业X射射线谱线谱第第12章章X射射线线应用应用产生产生性质性质前前页页后后页页返返回回结束结束音乐录音乐录像像33第五节第五节 、X射线的应用射线的应用一、诊断一、诊断1 1、透射、透射2 2、摄影、摄影3 3、X XCTCT二、治疗二、治疗1 1、X-X-刀刀2 2、放射治疗、放射治疗蚌埠医学院蚌埠医学院魏魏杰制