第一次课 第一章 医用X线机 绪论第一节-2012

医用X线机系统医工学院冯晓命科学楼五楼短臂5-1-10fengxg@课程基本内容1、介绍X线产生原理2、详细讲述医用X线机系统的组成和结构、单元电路原理、X线电视系统、中高频X线机3、介绍近年来发展迅速的数字化X线设备及技术4、以部分常用机型为例，对医用X线机系统的结构特点、技术性能、电路原理、故障分析等进行系统详细的介绍（XG-500、KB-500、GST-221/200mA）课程基本要求1、掌握X线产生的基本理论和同物质的各种相互作用2、掌握X线机的基本结构和各种操作控制的过程3、熟悉X线机系统各基本单元电路的结构和工作原理4、掌握数字化X线技术的基本原理和方法5、了解X线检查的操作流程考核要求根据理论考试结合平时情况和实验综合评定成绩书面考试侧重基本原理、基本方法和处理实际资料能力的考察。题型以选择题、简答题和分析题为主考核类别：闭卷考试成绩组成：平时10％、实验20％、理论70％参考书目医用大型X线机系统王溶泉（人民军医出版社）医用X射线机原理与维修黎式棠（广西科学技术出版社）现代大型医用设备原理、结构、临床运用潘屏南等（中国医药科技出版社）医用DR、CR原理构造和维修王瑞玉（中国医药科技出版社）第一章X线基本原理第一节

X线产生原理及其基本特性主要内容1、X线产生的基本条件2、高速电子同物质相互作用的种类、对象、产物和特点3、连续X线特点：最短波长、中心波长、位移原则、强度4、标识X线的特点5、X线的发生效率6、X线的量和质7、X线透视、摄影和治疗的物理基础一、X线的发现和基本运用1、X线的发现 1895年11月8日，由德国物理学家伦琴在实验室研究阴极射线时发现。X线发现的过程阴极射线管实验：取一只嵌有两金属电极的密封玻璃管，从玻璃管内抽出空气，再在其两端电极加上几万伏的高压，管内气体将发生高压放电现象，产生电子流，此电子流即称为阴极射线。阴极射线并没有特别强的穿透力，连几厘米厚的空气都难以穿过。为遮住阴极射线管内高压放电时外泄的弧光，伦琴在阴极射线管外，套上一层黑色纸板，这样就不会看到来自阴极射线管内的高压放电弧光。实验在暗室中进行，当对阴极射线管通电时，偶然发现距阴极射线管两米远的荧光屏（镀有荧光物质氰亚铂酸钡）开始发出明亮的荧光；再做进一步的试验，用木板、衣服及厚约两千页的书替代黑色纸板，都遮挡不住两米外荧光的产生。断开阴极射线管的电流，荧光即消失。伦琴很快就意识到，当电流接通时，一定有某种不可见的物质自阴极射线管发出，激发荧光产生。伦琴判定：这是一种人眼看不见、但能穿透物体（纸板、木板等）的射线，这种射线能使另外一种物质发出荧光。因无法解释它的原理，不明它的性质，伦琴借用数学中代表未知数的“X”作为代号，称其为X射线。这就是X射线的发现与名称的由来。后人为纪念伦琴的这一伟大发现，又把它命名为伦琴射线。伦琴因发现Ｘ射线于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。经过实验研究，伦琴发现：（1）X射线除了能引起氰亚铂酸钡发出荧光外，还能引起许多其它化学制品发出荧光。（2）X射线能穿透许多可见光所不能穿透的物质；特别是能穿过人体肌肉，但却不能透过人体骨胳：当伦琴把手放在阴极射线管和荧光屏之间时，在荧光屏上能看到他的手骨影像。（3）X射线沿直线运行，与带电粒子不同，X射线不会因磁场的作用而发生偏移。2、X线的应用

(1)用于体内器官的“非创伤性”检查(2)用于皮肤病、肿瘤等的治疗

(3)在工业上主要用于工业探伤、物质结构分析等 (4)非接触式检查-安检（机场、车站、会场）3、X线开创临床诊断新时代（1）20世纪50~60年代：超声成像、γ闪烁成像（2）20世纪70~80年代：CT、MRI、SPECT、PET（3）20世纪90年代后：多排CT、PET-CT

放射诊断学/放射学(Radiology) 4、在治疗方面，开辟肿瘤治疗新途径

后装机、直线加速器、X刀、γ刀、中子刀、

精确放疗、三维适形调强放疗5、X线产生的基本条件a、有一个电子源（常用热阴极）b、有一个阳极靶（接受高速电子轰击）c、高速电子流（高压高真空）－－电子源+阳极靶+高速电子流二、高速电子同阳极靶面的相互作用1、能量角度：

碰撞损失辐射损失2、作用的物理过程：

电离激发弹性散射韧致辐射⑴电离原子的外层价电子或内层电子在高速电子的作用下完全脱离原子轨道，使原子变为离子。电离发生时，原子受到撞击，失去外层/内层电子，呈非稳激发态；入射高速电子克服电子结合能作功，原子获得额外能量成激发态离子。激发态离子俘获外层电子，回归稳态，释放出之前获得的能量。离子以电磁波形式释放所获能量：

内层电离所克服的结合能大，释放高频短波，为不可见X光（标识X线）；

外层电离所克服的结合能小，释放低频长波，为可见光/热能。⑵激发 高速电子（或二次电子）将原子的外层电子推入高能级的空轨道，使原子处于激发态。原子受撞击后，吸收能量呈非稳激发态，需从外层轨道吸收电子，跃迁回稳态，并将所吸收能量以电磁波形式释放，为低频长波，表现为可见光/热能。⑶弹性散射高速电子受原子核电场的作用而改变运动方向，但其保持能量不变。无碰撞，无能量转换。⑷韧致辐射高速电子在原子核电场的作用下，速度突然变小时，其一部份能量转变成电磁波发射出来。无碰撞，有能量转换。韧致辐射的特点1、核电场作用下的能量转换形式，不能用经典理论简单地解释。2、产生的X线是波长不等的连续光谱：a、脉动直流使高速电子初始动能不等；b、高速电子进入核电场前，所损失能量不相等；c、高速电子与核作用距离各异，作用程度不同；d、靶原子序数不同，核电场强度不同。+高速电子靶原子外层电子电离光学光谱标识X线连续X线分子热运动（99％）X线（1％）弹性散射激发电离内层电子电离韧致辐射三、X线的结构分析

电磁波谱中：

X线：0.01-100埃

医用X线：0.01-1埃治疗X线：0.01-0.1埃诊断X线：0.1-1埃

诊断用钨靶X线管：0.2埃左右X线谱示意图（一）连续X线钨靶的连续X线谱1、最短波长λminλmin≈12.42/V

波长（埃），管电压V（千伏）2、中心波长λm≈1.5λmin

λmin＜

λ体≤2λmin3、位移原则

随着管电压升高，强度最大值和最短波长均向短波方向移动。4、连续谱线的总强度I连≈KIZV2 总谱线的强度I≈I连≈KIZV2思考题实际应用中，为获得相同强度的X线，管电压升高多少相当于mAs增加一倍？算术公式：I≈KIZV2要求V↗140％V经验公式：V↗115％V

取决于胶片感光效果（二）标识X线