第16章 X射线课件

第一节X射线的产生第二节X射线谱第三节X射线的基本性质第四节物质对X射线的衰减规律第五节X射线的医学应用X射线第十六章X射线第16章-X射线wzj第一节X射线的产生一、X射线的的产生装置1.

X射线产生方法受阻辐射产生X射线必须具备的两个基本条件：（1）有高速运动的电子流；（2）有阻止电子运动的障碍物—阳极靶；受阻辐射同步辐射受激辐射第16章-X射线wzj2.X射线产生装置原理图：（1）X射线管；（2）整流电路；（3）低压电源；（4）高压直流电源；第16章-X射线wzjX射线管的结构阴极：发射电子阳极靶：受高速电子轰击辐射X射线管电压：加速电子玻璃外壳：高真空度(<10－4Pa),使电子在运动过程中减少能量损耗,保护灯丝不被氧化.第16章-X射线wzjX射线管的阴极(cathode)

发射电子的电子源，聚焦电子后轰击阳极

阴极灯丝--发射电子凹面阴极体(钼):----聚焦电子(阴极体的低电位)----收集二次电子防止危害发生圆焦点型:线焦点型:第16章-X射线wzjX射线管的阳极(anode)阳极(靶)的功能是产生X射线

阳极固定式:钨或钼（原子序数高、耐高温）.铜制衬底帮其散热.适用管电流小、曝光时间长的便携式X光机（牙科和骨科）.留有入射口和出射口（1-2mm铍片,吸收软X射线）及加钨粉的铜罩.旋转式:阳极及阳极体做成圆盘状.电机带动高速（2800~8500转/分）旋转.避免局部过热.大功率的X射线管配有专门的油循环散热.加栅极的X射线管可以产生脉冲X射线,降低热量产生.第16章-X射线wzj管电压(tubevoltage):阴阳两极间所加的几十千伏到几百千伏的直流电压；管电流(tubecurrent):阴极发射的热电子在电场的作用下高速奔向阳极，形成管电流；高速电子与阳极靶物质相互作用能量损失：碰撞损失(collision-loss):高速电子与外层电子的作用,从而产生热能；辐射损失(radiation-loss):高速电子与内层电子和原子核的作用,产生X射线辐射,约1%.第16章-X射线wzj实际焦点:灯丝发射的电子,经聚焦加速后,投射在阳极靶上的面积.3.实际焦点和有效焦点（图16-2(a),(b)）有效焦点:X射线管的实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上投影的面积,即X射线照射到胶片上的有效面积.实际焦点的大小直接影响X射线管的散热和影像的清晰度诊断用的X射线管采用小焦点,治疗用的X射线管采用大焦点实际焦点=abbc有效焦点=abbcsin

靶角越小,有效焦点的面积越小.(15~19°)第16章-X射线wzj二、X射线的强度和硬度说明：(1)X射线的强度与阳极靶的原子序数有关,原子序数越高,X射线的强度越大;(2)X射线管的热阴极温度增加,或者管电流增大,X射线的强度增加;(3)管电压增加,X射线的强度增加.(4)X射线的总辐射能量单位:mA·s或1.X射线的强度(I)(intensity)--X射线的量单位时间内通过与X射线方向单位垂直面积的辐射能量，单位:W·m

2，通常用管电流的毫安数(mA)来间接表示，称为毫安率。即第16章-X射线wzj第16章-X射线wzj2.X射线的硬度(hardness)--X射线的质

指X射线的贯穿本领,它只决定于X射线的波长(即单个光子的能量),与光子数量无关.(1)与管电压有关:管电压越高,产生X射线的波长越短,被物质吸收越少,穿透本领越强.(2)表示方法:用管电压的千伏值(kV)来衡量,称千伏率.名称管电压(kV)最短波长(nm)主要用途极软X射线5~200.25~0.062软组织摄影软X射线20~1000.062~0.012透视、摄影硬X射线100~2500.012~0.005较深组织治疗极硬X射线>250<0.005深部组织治疗第16章-X射线wzj第二节X射线谱X射线谱连续X射线标识X射线第16章-X射线wzj一、连续X射线产生的物理过程当X射线管中的高速电子撞击阳极靶时,电子受到核电场的作用而急剧减速,受阻的电子一部分转化为一个光子能量辐射出来图16-0第16章-X射线wzj图16-4钨在较低管电压的连续X射线谱第16章-X射线wzj波长与管电压的关系(1)短波极限的定义(2)U升高时，各波长的X射线强度都随之增高，强度最大的波长和短波极限都向短波方向移动。(3)短波极限的表达式第16章-X射线wzj二、标识X射线产生的物理过程当电压增到70kV以上,则除有连续X射线外，在波长为0.02nm附近出现四个高峰图16-5钨靶在较高管电压的标识X射线谱标识X射线波长仅取决于阳极靶物质，与其他因素无关,每一种元素标识X射线的波长固定不变.第16章-X射线wzj图16-6标识X射线产生原理图

标识谱线产生的原因第16章-X射线wzj标识谱线的波长

K系:K层出现空位,L、M或N层电子来补充，辐射出X光子;

L系:L层出现空位,M、N或O层电子来补充，辐射出X光子;离核越远的电子,能级差越小,所以:第16章-X射线wzj一、X射线的基本性质1.概述：X射线在均匀的各项同向的介质中,是直线传播的电磁波,波长范围0.005~10nm,也是一种能量较高的光子流，具有波粒二象性；第三节X射线的基本性质X射线波动性:干涉、衍射、偏振等；X射线粒子性:同时X射线不带电,不受外界电场或磁场的影响.第16章-X射线wzj2.电离作用:X射线能使物质的原子或分子电离;

测量、治疗和防护.3.荧光作用:某些物质被X射线照射时,能产生荧光;能够发出荧光的物质称作荧光物质,如磷、钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌等；

X射线透视,增感屏,闪烁体,荧光玻璃等.4.光化学作用(感光作用):X射线照射胶片后能使胶片的感光乳剂中的溴化银变成感光的溴化银,经显影剂的化学处理后还原成黑色的银,构成了X线影像.这样在X线片上就显示出黑白影像，达到诊断目的.5.穿透本领:波长短,能量大,对物质具有很强的穿透能力;透视、摄影和X-CT；第16章-X射线wzj电离效应——X线治疗的基础X线防护的基础荧光效应——X线透视的基础感光效应——X线拍片的基础穿透效应——X线成像的基础7.生物效应:人体组织X射线的敏感程度不同,其改变也不一样,对特别敏感者尤其应注意防护.其次,在一定量的X射线作用下,可使某些组织遭到损害是不可逆的,X射线治疗的基础.第16章-X射线wzjX射线衍射伦琴伦琴W.K.RontgenW.K.Rontgen(1845~1923)(1845~1923)1901年获首届诺贝尔物理学奖

1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中，发现了一种穿透力很强的射线。+高压电源金属靶电子束高能由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为X射线。X射线二、X射线的衍射(Xraydiffraction)第16章-X射线wzj劳厄劳厄劳厄(1879~1960)(1879~1960)M.vonRaueM.vonRaue1914年获诺贝尔物理学奖

X射线发现17年后，于1912年，德国物理学家劳厄找到了X射线具有波动本性的最有力的实验证据：

发现并记录了X射线通过晶体时发生的衍射现象。由此，X射线被证实是一种频率很高（波长很短）的电磁波。在电磁波谱中，X射线的波长范围约为0.005nm到10nm，相当于可见光波长的10万分之一到50分之一。

第16章-X射线wzj劳厄斑劳厄的X射线衍射实验原理图

晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间距大约为10

-10m数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只要入射X射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。衍射斑纹（劳厄斑）+晶体X射线（硫化铜）记录干板第16章-X射线wzj布喇格父子

1913年，英国物理学家布喇格父子提出X射线在晶体上衍射的一种简明的理论解释布喇格定律，又称布喇格条件。1915年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布喇格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。亨布喇格W.H.Bragg(1862~1942)W.L.Bragg(1890~1971)劳布喇格第16章-X射线wzj三维空间点阵氯化钠晶体氯离子钠离子Cl＋Na晶体结构中的三维空间点阵第16章-X射线wzj氯化钠晶体氯离子钠离子Cl＋Na晶体结构中的三维空间点阵点阵的散射波晶体中的原子或离子X射线原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。

晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的X射线同频率的电磁波，称为散射波。第16章-X射线wzj散射波干涉X射线原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。

晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的X射线同频率的电磁波，称为散射波。X射线

晶体点阵的散射波可以相互干涉。面中点阵散射波干涉面间点阵散射波干涉包括和第16章-X射线wzj面间散射波干涉面间点阵散射波的干涉面1面2面3…作截面分析第16章-X射线wzj布喇格定律lX射线qqABCidl入射角掠射角求出相邻晶面距离为d的两反射光相长干涉条件sincos+dACCB2di2dq层间两反射光的光程差面间点阵散射波的干涉sin2dqlk(),...21k,布喇格定律相长干涉得亮点的条件或布喇格方程第16章-X射线wzj公式应用1d2d3d根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划分出不同间距d的晶面。对任何一种方向的晶面，只要满足布喇格公式，则在该晶面的反射方向上，将会发生散射光的相长干涉。sin2dqlk(),...21k,根据布喇格公式若已知晶体结构，可通过测求入射X射线的波长及波谱.q若已入射X射线波长，可通过测求晶面间距及晶体结构.q第16章-X射线wzj衍射图样举例NaCl单晶的X射线衍射斑点石英(SiO2)的X射线衍射斑点第16章-X射线wzjDNA的衍射图DNA结构图DNA的X射线衍射图J.D.Watson

F.H.C.Crick第16章-X射线wzj对DNA双螺旋结构的发现作出重大贡献的科学家有克里克(FrancisCrick)

、

沃森(JamesWatson)、威尔金斯(MauriceWilkins)和富兰克林(RosalindFranklin)四位。由于Franklin过早的去世，1962年，诺贝尔生理和医学奖只授给了前面Crick

、Watson和Wilkins这三位。第16章-X射线wzj

低能粒子产生的X射线与物质相互作用的主要形式为第四节物质对X射线的衰减规律光电效应(photoelectriceffect)康普顿散射(Comptonscattering)电子对效应(electricpaireffect)第16章-X射线wzj一、单色X射线的衰减规律1.朗伯定律(Lambertlaw)2.线性衰减系数(linearattenuationcoefficient):

X射线穿过单位厚度的物质薄层时,强度减弱的百分数,或单位厚度的作用概率.单位:cm1.第16章-X射线wzj3.质量衰减系数(linearattenuationcoefficient):质量厚度xm:物理意义：厚度为x的吸收体单位面积的质量单位：kg/m2.公式：朗伯定律的又一表达形式:第16章-X射线wzj4.半价层(x1/2)和质量半价层(xm1/2):

物质对X射线强度吸收一半的厚度.第16章-X射线wzj4.衰减系数与波长、原子系数的关系

(1)以上的衰减系数、厚度等公式只适用于单色X射线。(2)各种物质的衰减系数都与X射线的波长有关.对于低能X射线,各元素的质量衰减系数近似适合下式:(3)物质的原子系数愈大，对X射线的吸收本领愈强.(4)X射线的波长愈长,愈容易被吸收。第16章-X射线wzj5.X射线的滤过和硬化固有滤过:

过滤窗附加滤过:

总强度减小,软X射线被吸收较多,短波成分相对增加,平均硬度提高,波长范围变窄,波长分布均匀化,强度分布均匀化,能量更有效,线质变硬了.

管电压低:铝滤波板管电压较高:铜铝滤波板?线质描述:半价层:等效能量\等效波长\等效电压.第16章-X射线wzj5.X射线的滤过和硬化产生硬X射线:管电压高.原子序数较大的材料做阳极靶.选用原子序数较大和较厚的滤波板.产生软X射线:管电压低.原子序数较小的材料做阳极靶(钼靶).采用特殊结构的软X射线设备,即用铍制成X射线管的输出窗口.第16章-X射线wzjX射线的滤过和硬化第16章-X射线wzj一、X射线透视1.普通X射线透视:由于人体各组织、器官在密度、厚度等方面存在差异,对X射线的衰减各不相同,X射线的透射也不同,各部位透射的X射线与荧光屏相遇,在荧光屏上形成明暗不同的像点构成影像.医生根据解剖学病理学等知识,分析影像,可判断该组织器官的形态和功能.

如果投照部位厚度一定,荧光屏上暗的地方则表示与之相对应人体部位组织器官密度高,X射线吸收多;荧光屏上亮的地方则表示与之相对应人体部位组织器官密度低,X射线吸收少.第五节X射线的医学应用第16章-X射线wzj2.荧光屏:荧光纸、铅玻璃和薄胶合板组成.荧光纸铅玻璃薄胶合板保护荧光纸防护X射线荧光物质氰化钡硫化锌硫化镉第16章-X射线wzj3.普通X射线透视优缺点:优点:方便、简单、费用低廉等.缺点:(1)辐射剂量大;(2)不能留下客观记录;(3)两次影像的转换,可能导致较细微的解剖结构影像变得模糊不清,甚至观察不到.

X射线影像荧光屏的光影像荧光屏的光影像视网膜上的光影像第16章-X射线wzj二、X射线摄影1.普通X射线摄影:用胶片代替荧光屏，透过人体的X射线就作用在胶片上，由于各个组织器官的密度、厚度不同,对X射线的衰减不同，对胶片的感光程度也不同，于是形成X射线摄影.优点:(1)由于胶片的感光度高，需要X射线剂量较少.(2)胶片感光颗粒小，更能反映更细微的病变.(3)胶片可以长时间保存，在日光灯下读片.特点:(1)曝光的胶片需经过暗室显影、定影处理才能观察.(2)胶片上影像的黑白与荧光屏的明暗刚好相反.第16章-X射线wzj物质的原子序数越高,对X射线吸收本领越强。第16章-X射线wzj第16章-X射线wzj第16章-X射线wzj第16章-X射线wzj三、特殊X射线摄影1.软X射线摄影2.高千伏X射线摄影3.体层摄影4.X射线造影和造影剂第16章-X射线wzj四、数字化X射线成像技术概述:传统的X射线成像技术采用的是模拟技术，影像一旦产生，图像质量就很难进一步改善；而数字化X射线成像技术形成的是数字图像，它可以进行量化、贮存、处理、显示和传输。数字化X射线成像多种形式：

数字透视(digitalfluoroscopy,DF)数字荧光摄影(digitalfluorography,DF)数字X射线摄影(digitalradiography,DR)第16章-X射线wzj数字化X射线成像系统示意图X射线源数字化设备(A/D)转换人体检测器模拟信号数模(D/A)

转换器计算机处理存贮器显示摄影第16章-X射线wzjDSA的基本方法:时间\能量\混合减影时间减影过程1．造影剂进入欲显示的血管之前先拍摄一帧图像作为蒙片或掩摸(mask).2．由于血管内注射有机碘造影剂,有机碘浓度由低→高→低,间断拍摄若干张(每秒2帧的帧频)充