X射线产生机制

1、1会计学X射线产生机制射线产生机制 2X射线在医学上的应用。射线在医学上的应用。难点重点伦琴（Wilhelm Conrad Rontger），德国科学家。1895，发现了x-rays. X射线的发现伦琴夫人手骨X 线照片 (1895年12月22日)1901年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖靶物质电子源h 3h 2h 1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。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 )阳极阳极阴极阴极窗口窗口源源4）整流电）整流电

2、路路2. X射线的产生装置( 高度真空的玻璃管)( 灯丝、电子射线，5 10 伏)( 加速电场，万伏)(将交流电变成直流电)管电压管电流靶Qhmv221截止频率：截止频率：max221hmveUheUmax电子在行进中急剧减速而发出X射线3. X射线的本质Uehc 1minnm )(242. 1minKVU如果只有一部分动能变为光子的能量：如果只有一部分动能变为光子的能量：nm )(242. 1KVU01X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） X线谱线强度与波长的关系： (X(X线谱

3、示意图线谱示意图) ) 连续连续X X线谱线谱( (背景）背景）特征特征X X线谱线谱( (线状）线状） 在医学应用中主在医学应用中主要使用要使用连续连续X X线线, ,而在而在利用光谱研究物质结利用光谱研究物质结构中使用特征构中使用特征X X线线. .X X线谱的组成：线谱的组成： 2. 标识X射线原理钼靶钼靶（三）X 射线的强度和硬度1. X射线的强度 （Intensity of X Rays ） 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）。管电流管电流 光子数光子数N 强度强度I 管电压管电压 光子频率光子频率 强度强度I 管电压一定时，常用管电流的毫安数（管电压一定

4、时，常用管电流的毫安数（mAmA）表）表示示X X射线强度，如射线强度，如50 mA50 mA ，100 mA100 mA等等。11221.nnnnnnIN hN hN hN h2. X 射线的硬度（Hardness of X Rays ） 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) .管电压管电压 电子速度电子速度v 光子频率光子频率 贯穿本领贯穿本领hmveU221指指X射线的贯穿本领，决定于射线的贯穿本领，决定于h ，与，与N无关无关3. X射线的分类（根据硬度）射线的分类（根据硬度）.名称名称管电压（管电压（KV）最最短波短波长

5、长（nm）主要用途主要用途（目前多用于诊断，（目前多用于诊断，不用于治疗）不用于治疗）极软极软X射线射线5200.250.062软组织摄影、表皮软组织摄影、表皮治疗治疗软软X射线射线201000.0620.012透视和摄影透视和摄影硬硬X射线射线1002500.0120.005较深组织治疗较深组织治疗极硬极硬X射线射线250以上以上0.005以下以下深组织治疗深组织治疗二. 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( biologic effec

6、t)；5. 电离( ionization) 作用；（Radiography of X-ray）一、介质对 X 射线的衰减规律 成像成像要素要素X射线经物质后减弱的原因：吸收和散射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（The attenuations laws of single wave length X-ray）xeII0II-dI IdxdII 衰减为一半时对应衰减为一半时对应的物质厚度为半价层的物质厚度为半价层693. 02ln21X ， ，衰减量，衰减量，透过量，透过量。 Z， ，衰减量，衰减量，透过量，透过量。 ， ，衰减量，衰减量，透过量，透过量。K：大致是

7、一个常数；：大致是一个常数； ：吸收物质密度；：吸收物质密度； ：通常：通常34；对水、空气、人体组织，；对水、空气、人体组织，3.5。3ZK线性衰减系数线性衰减系数）（1m质量衰减系数：mmxxeIeII0)(0 xxm3KZmZ愈大，愈大， m就大就大 短，短， m小，贯穿本领强。小，贯穿本领强。m质量衰减系数：质量厚度：）（2mkg)(12kgm某些物质的衰减系数某些物质的衰减系数(m2.kg-1)空气空气水水肌肉肌肉骨骨碘碘等效等效Z能量能量(MeV )7.67.47.412.71310.0100.4820.4990.5092.04.010.0200.06910.0710.0730.2

8、680.53KZm易透性组织易透性组织中等透性组织中等透性组织不易透性组织不易透性组织低低组织组织中中组织组织高高组织组织气体气体脂肪组织脂肪组织结缔组织结缔组织肌肉组织肌肉组织软骨软骨血液血液骨骼骨骼4. 人体组织器官按照衰减系数的大小分为三类人体组织器官按照衰减系数的大小分为三类.THINkING 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。xeII0 ),(xZII 一定3ZK1 1、X X射线应具有一定的穿透力射线应具有一定的穿透力2 2、被穿透的组织必须存在衰减系、被穿透的组织必须存在衰减系数和厚度的差异数和厚度的差异3 3、显像、显像二二. X

9、射线成像射线成像（Radiography of X-ray） xeII0X 线线 胶胶 片片白白荧荧 光光 屏屏黑黑灰灰透射透射X线线（气管）（气管）低组织（肌肉）（肌肉）中组织（骨）（骨）高组织灰灰白白黑黑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）存贮保管难存贮保管难! ! 取片查询难取片查询难! !后期处理难后期处理难! ! 远程传输难远程传输难! !普通 X 射线成像的缺点2. 数字化数字化 X 射线成像射线成像计算机计算机处理处理存贮器存贮器(D/A)转换转换显显示示打打印印检 测 器(模拟信号)数字化设备(A/D转换) 8 10 10 9 2 0 2 8

10、 8 10 6 1 3 8 4 8 1 0 1 0 0 9 10 5 10 4 4 5 6 0 10 10 3 9 8 5 6 7 5 10 9 1 8 9 4 0 1 6 10 10 2 9 10 2 0 0 2 7 4 1 3 4 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0数字化数字化 X 射线成像优点射线成像优点存储存储显示显示/打印打印远程传输远程传输图像处理图像处理3ZK血管阻塞血管阻塞 (Angiography) 将造影剂注入人体内某腔室或管道，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，从而人为增加其与周围组织的差异，从而显示其

11、形态。显示其形态。血管阻塞血管阻塞 动脉血管造影动脉血管造影3KZ某些物质的质量衰减系数某些物质的质量衰减系数(m2.kg-1)空气空气水水肌肉肌肉骨骨碘碘等效等效Z能量能量(MeV )7.67.47.412.71270.0100.4820.4990.5092.04.010.0200.0690.0710.0730.2680.5冠状动脉造影造影前图像造影前图像A造影剂充盈图像造影剂充盈图像B减影后的图像减影后的图像ABABAB造影前图像造影前图像造影剂充盈图像造影剂充盈图像减影后的图像减影后的图像X射线 原像原像本底图象本底图象数字信号数字信号存储信号存储信号1第一次照射第一次照射第二次照射第二

12、次照射X射线血管注入造影剂血管注入造影剂存储信号存储信号2用X射线两次照射人体存储信号存储信号2 存储信号存储信号1= 清晰的血管图像清晰的血管图像数字减影血管造影（DSA， Digital Subtraction Angiography ）CC（t）21246810t（秒）（秒）本底本底减影图像减影图像图像顺序图像顺序510152025 3. DSA的基本方法的基本方法时间减影：血管内造影剂浓度时间分布血管内造影剂浓度时间分布时间减影技术时间减影技术 将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。 广泛应用于神经外科、心脏内科、肿瘤、广泛应用于神经外科、心脏内科、肿瘤、腹部脏器官、骨科、泌

13、尿科、妇科的介入治疗。腹部脏器官、骨科、泌尿科、妇科的介入治疗。美中不足美中不足： 血管的深度信息没有得到体现。信息不够全面。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。存在所谓的遮挡效应。 N1 N2 N3 Nn 123nxxxmxI I0 0I In nI Im-1m-1I Im mx 加数交换次序其和不变！加数交换次序其和不变！xeII 0 xxnnneII)(0 1n21eI如何获得断层图像？如何获得断层图像？1917年奥地利数学家雷当（Radon）1963年美国物理学家柯马克（A.M.Cormack）374650121lnnIpxI31211 5122172221

14、42111 6221212222111 4321(1974)Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。物物理理数数学学工工程程信息信息技术技术+= CT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 更更 快快 速速(1974)(2006) 更更 清清 晰晰二维图像二维图像 更更 直直 观观三维图像三维图像多个腰椎横突骨折多个腰椎横突骨折普通普通X射线治疗机射线治疗机主要用于治疗皮肤肿瘤主要用于治疗皮肤肿瘤第五节 X 射线用于治疗 X射线刀射线刀 主要用于各器官、组织肿瘤的放射治疗主要用于各器官、组织肿瘤的

15、放射治疗第六节第六节 防防 护护 X X射线对生物组织有破坏作用，过量照射会引起白血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。病、角化病及毛发脱落。 常用的防护物品有常用的防护物品有：铅板、含铅玻璃、含铅胶皮裙和铅板、含铅玻璃、含铅胶皮裙和手套以及混凝土等。手套以及混凝土等。产生、性质产生、性质衰减规律衰减规律X射线成像射线成像X射线射线普通普通X射线成像射线成像及其数字化及其数字化造影、减影造影、减影XCTxeII 0 3ZK3KZm教材第十七章教材第十七章 原子核与放射性原子核与放射性教材第教材第283页：页：16-5，16-6 ，16-8，16-9，16-10（6）极硬）极硬X射线的最短波长的范围为射线的最短波长的范围为（ ） A、大于、大于0.62；B、小于、小于0.12 C、小于、小于0.05 D、大于、大于0.05伦琴夫人手骨X 线照片 (1895年12月22日)1901年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖Qhmv221截止频率：截止频率：max221hmveUheUmax电子在行进中急剧减速而发出X射线3. X射线的本质 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