X射线产生机制.ppt

物理教研室,X射线（XRay）,第十章（教材第16章）,学习要求：,掌握：1X射线的衰减规律；2X射线的医学应用原理；理解：1X射线的特点及产生的微观机制；2描述X射线强弱的基本物理量的意义；了解：1X射线产生的条件；2X射线在医学上的应用。,难点,重点,伦琴（WilhelmConradRontger），德国科学家。1895，发现了x-rays.,X射线的发现,人类破天荒第一次无损伤看到人体内部的解剖结构！,伦琴夫人手骨X线照片(1895年12月22日),1901年诺贝尔物理学奖,第一节X射线的产生及基本性质TheProduceandbasicCharacterofXrays,电子源,高速运动的电子受障碍物阻止，由于它们相互作用产生X射线。,X射线的产生示意图,轫致辐射（碰撞法）：用高速电子流轰击阳极靶而获得。,一连续X射线的产生,（一）连续X射线谱,1.X射线的产生的条件,1）高速运动的电子流；,2）适当的障碍物靶(target),1）X射线管2）低压电源3）高压电源4）整流电路,2.X射线的产生装置,(高度真空的玻璃管),(灯丝、电子射线，510伏),(加速电场，万伏),(将交流电变成直流电),管电压,管电流,靶,截止频率：,电子在行进中急剧减速而发出X射线,3.X射线的本质,如果只有一部分动能变为光子的能量：,X射线的本质：波长极短，能量极高的电磁波。波长范围大致为0.001-10nm，频率范围大致为31016Hz-31020Hz,（二）标识X射线（辐射法）,1.X线谱,(X线谱示意图),连续X线谱(背景）特征X线谱(线状）,在医学应用中主要使用连续X线,而在利用光谱研究物质结构中使用特征X线.,X线谱的组成：,2.标识X射线原理,钼靶,（三）X射线的强度和硬度,1.X射线的强度（IntensityofXRays）,单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量（W.m-2）。,管电流光子数N强度I管电压光子频率强度I,管电压一定时，常用管电流的毫安数（mA）表示X射线强度，如50mA，100mA等。,2.X射线的硬度（HardnessofXRays）,X射线的贯穿本领。,医学上常用管电压的千伏数（KV）来表示X射线的硬度(如50KV,100KV等).,管电压电子速度v光子频率贯穿本领,指X射线的贯穿本领，决定于h，与N无关,3.X射线的分类（根据硬度）.,二.X射线的基本性质,1.贯穿本领(penetrability)；2.荧光(fluorescence)作用；3.光化学(photochemistry)作用；,4.生物效应(biologiceffect)；5.电离(ionization)作用；,（RadiographyofX-ray）,第二节X射线的成像,一、介质对X射线的衰减规律,(TheattenuationofX-raywithmatter),介质,X射线,吸收,1.物理模型分析：,X射线经物质后减弱的原因：吸收和散射,2.单色X射线的衰减规律（TheattenuationslawsofsinglewavelengthX-ray）,衰减规律,衰减dI,I衰减为一半时对应的物质厚度为半价层,3.衰减系数(attenuationcoefficient),，衰减量，透过量。,Z，衰减量，透过量。,，衰减量，透过量。,K：大致是一个常数；：吸收物质密度；：通常34；对水、空气、人体组织，3.5。,线性衰减系数,质量衰减系数：,Z愈大，m就大,短，m小，贯穿本领强。,质量衰减系数：,质量厚度：,4.人体组织器官按照衰减系数的大小分为三类.,THINkING,成像的物理基础：,根本原因在于差异！,人体不同组织之间衰减系数和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件。,一定,5.X射线影像形成的主要条件,1、X射线应具有一定的穿透力,2、被穿透的组织必须存在衰减系数和厚度的差异,3、显像,二.X射线成像（RadiographyofX-ray）,X线胶片,荧光屏,透射X线,1.普通X射线成像,普通X射线透视,普通X射线摄影（X光片）,存贮保管难!取片查询难!后期处理难!远程传输难!,普通X射线成像的缺点,2.数字化X射线成像,数字化X射线成像优点,存储,显示/打印,远程传输,图像处理,血管阻塞,第三节.X射线造影及减影,（TheAngiographyandDSAofX-ray）,1.造影(Angiography),将造影剂注入人体内某腔室或管道，人为增加其与周围组织的差异，从而显示其形态。,血管阻塞动脉血管造影,冠状动脉造影,2.减影(Subtraction),A,B,AB,造影前图像,造影剂充盈图像,减影后的图像,用X射线两次照射人体,存储信号2存储信号1,=清晰的血管图像,数字减影血管造影（DSA，DigitalSubtractionAngiography）,本底,3.DSA的基本方法时间减影：,血管内造影剂浓度时间分布,时间减影技术,将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。,4.血管造影介入治疗系统,广泛应用于神经外科、心脏内科、肿瘤、腹部脏器官、骨科、泌尿科、妇科的介入治疗。,美中不足：血管的深度信息没有得到体现。信息不够全面。存在所谓的遮挡效应。,加数交换次序其和不变！,X-raycomputertomography,如何获得断层图像？,第四节.X-CT的基本原理,(ThebasicprincipleofX-raycomputertomography),(1974),Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。,computer,一次扫描需45分钟30120秒2.5秒1秒1/100秒一次扫描断层数1248163264,更快速,(1974),(2006),更清晰,二维图像,更直观,三维图像,多个腰椎横突骨折,GE公司的宝石（500排）CT肺重建图像,普通X射线治疗机主要用于治疗皮肤肿瘤,第五节.X射线用于治疗,X射线刀主要用于各器官、组织肿瘤的放射治疗,第六节防护,X射线对生物组织有破坏作用，过量照射会引起白血病、角化病及毛发脱落。,常用的防护物品有：铅板、含铅玻璃、含铅胶皮裙和手套以及混凝土等。,产生、性质,衰减规律,X射线成像,X射线,普通X射线成像及其数字化,造影、减影,XCT,Summary,Preparation,教材第十七章原子核与放射性,homework,教材第283页：16-5，16-6，16-8，16-9，16-10,练习,（1）标识X射线的波长决定于（）A、管电流的强弱B、管电压的高低C、阳极靶的材料D、阳极靶的面积（2）连续X射线的最短波长与什么因素有关（）A、与管电流有关B、与散热装置有关C、与管电压有关D、与靶材料有关,练习,（3）.用管电流的毫安数表示X射线的强度是因为（）A、管电流的毫安数就是打在靶上的电子数B、管电流的毫安数就是X射线的光子数C、管电流的毫安数就X射线的辐射强度D、X射线的辐射强度与管电流成正比。,练习,（4）X射线管的管电压一般为（）A、几十伏到几百伏B、几百伏到几千伏C、几万伏到几十万伏D、几十万伏到几千万伏（5）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