复旦大学精品课程《医学物理与实验》课件,x射线及医学应用之一课件复习精品资料

1、第二章 X射线及其医学应用第一节第一节 X射线基础射线基础 第二节第二节 X-CT基本原理基本原理 第三节第三节 X-CT图像重建方法图像重建方法 第四节第四节 X-CT扫描机扫描机第五节第五节 X射线治疗射线治疗威廉康拉德伦琴 1845年3月27日生于德国莱纳普。 3岁时全家迁居荷兰并入荷兰籍。 1865年迁居瑞士苏黎世，伦琴进入苏黎世联邦工业大学机械工程系，1868年毕业。1869年获苏黎世大学博士学位，并担任了物理学教授A孔脱的助手；1870年随同孔脱返回德国，1871年随他到维尔茨堡大学和1872年又随他到斯特拉斯堡大学工作。1894年任维尔茨堡大学校长，1900年任慕尼黑大学物理学教

2、授和物理研究所主任。1923年2月10日在慕尼黑逝世.伦琴与X射线 伦琴1895年11月8日，伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到,在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。经过几天废寝忘食的研究，他确定了荧光屏的发光是由于射线管中发出的某种射线所致。因为当时对于这种射线的本质和属性还了解得很少，所以他称它为X射线，表示未知的意思. 同年12月28日，维尔茨堡物理学医学学会会刊发表了他关于这一发现的第一篇报告。他对这种射线继续进行研究,先后于1896年和1897年又发表了新的论文。 1896年1月23日，伦琴在自己的研究所中作了第一次报告,报告结束时，用X射线拍摄了维尔茨堡大学著名解剖学教授克

3、利克尔一只手的照片 ，的克利克尔建议将这种射线命名为伦琴射线 。1901年诺贝尔奖第一次颁发，伦琴由于这一发现而获得了这一年的诺贝尔奖物理学奖。 普通X光机第一节 X射线基础一.X射线的一般性质 X射线的波长:0.10.001nm.电磁波 医用:0.250.005nm. 波长短,能量大. 在媒质中有反射.折射.干涉.衍射现象 二. X射线的特性 1.电离作用; 2.荧光作用; 3.光化学作用; 4.贯穿本领; 5.生物效应.三.X射线的产生装置 1.产生条件: (1)高速运动电子; (2)障碍物. 2.基本组成部分: X射线管: 灯丝. 阴极. 阳极. 靶物质(真空硬质玻璃管) 高压电源: 提

4、供单向高压来加速电子 升压变压器. 变阻器 . 低压电源: 提供灯丝电流 灯丝变压器 变阻器 整流电路: 桥式整流 其他: 定时器. 冷却系统(水冷,油冷,旋转阳极) 能量转换效率: 1% 管电压 管电流 四.X射线的强度和硬度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辐射能量单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量. I=N1hv1+N2hv2+N3hv3+Nnhvn 增加增加X射线强度射线强度-增大管电流增大管电流, 强度大小用强度大小用mA数表示数表示 辐射能量用辐射能量用mAs表示表示2.X射线的硬度 指指X射线的质射线的质,即穿透本领即穿透本领. 与波长有关与

5、波长有关,决定于单个决定于单个X光子能量大小光子能量大小. 增加增加X射线的硬度射线的硬度-调节管电压调节管电压. 硬度大小用硬度大小用KV数表示数表示 医学上X射线按硬度分类: 极软: 0.25-0.062nm 软组织摄影 软: 0.062-0.012nm 一般组织透视和摄影 硬: 0.012-0.005nm 较深组织治疗 极硬: 0.005nm以下 深部组织治疗 五 X射线产生的微观机制(一一).X射线谱射线谱 1 连续谱 (强度波长曲线) 特点: 管电流越大强度越大; 波长分布中有短波极限(与管电压有关) 管电流一定时, 管电压越大,强度也越大,短波极限向短波方向移动. 2 标识谱 在连

6、续谱上叠加有规律的尖峰. 不同物质,尖峰位置和分布不同, 并不随管电压变化.可依此区别物质.(二) 产生机制 1连续谱产生机制 韧致辐射 min=1.242/U(kv) (nm) 高速电子受原子核电场作用 2标识谱产生机制 高速电子与原子核外内层电子作用 ,把内层电子打出原子以外,较外层电子填充其空位时, 辐射一X光子. 此特性用于化学元素分析. 六. X射线的衰减规律 当X射线通过物质时有 -dI = I dx dx : 物质层厚 I : 入射前强度; dI : 被厚度为dx的物质吸收的强度; : 物质的线性吸收系数 解方程: I=I。Exp-x 半价层半价层: X射线强度衰减为原来一半时对

7、应的厚度. 与 波长的三次方成正比波长的三次方成正比,与原子序数与原子序数Z的的3.5次方成正比次方成正比.X射线被吸收的微观机制射线被吸收的微观机制: 光电效应光电效应, 康普顿效应康普顿效应, 电子对生成电子对生成. 第二节 X-CT 基本原理(一).X射线连续通过若干层不同物质时的衰减 设层厚相同均为X,则有: I=I。EXP-(i) X有: 1+2+-+n=(1/X)(lnI。/I) (二) X-CT 基本原理 体素:把沿人体某方向切成的薄片分成nn份, 每一份即一个体素. 像素: 成像平面按nn划分,每一份即一个像 素.投影值: 即lnI。/I的值(三)X-CT原理1.利用X射线对体层进行某个方向的平移扫描,利用探测器及电子学方法可得到n个投影值,从而列出含有n个未知