医学物理学 X射线学习资料

1901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴(WilhelmKonradRÖntgen，1845—1923)，以表彰他在1895年发现了X射线(x-ray)。

1912年劳厄用晶体衍射的方法证明了X射线是一种比紫外光波长更短的电磁波。1914年获诺贝尔物理学奖第一节X射线的产生一、X射线的产生装置①高速运动的电子流②适当的障碍物—金属靶。1、产生的条件：X

射线2、X射线产生装置X射线产生的主要装置为：1.X射线管2.低压电源、高压电源靶材料的选择①被轰击区域应用熔点高的物质来作②Z愈大，发射X射线的效率愈高钨（Z=74）和它的合金是最好的靶材料。3、实际焦点与有效焦点实际焦点(actualfocalspot)：电子流在靶面上的撞击面积面积。有效焦点(effectivefocalspot)：实际焦点的投影的面积。θ焦点愈小，所成的像愈清晰。长灯丝形成的焦点叫大焦点，治疗用。短灯丝形成的焦点叫小焦点，诊断用。abcd为了降低阳极靶面的温度，大功率的X射线管多采用旋转阳极。二、X射线的强度和硬度1、X射线的强度X射线的强度(intensityofX-ray)：指单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量。用I表示。单位：W•m-2。I=∑Nihυi=N1hυ1+N2hυ2+……NnhυnNi表示单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的光子数①增加管电流②增大管电压增加强度的方法：I=∑Nihυi=N1hυ1+N2hυ2+……Nnhυn故常用管电流的mA数表示X射线的强度。

用管电流的毫安数（mA）和辐射时间（s）的乘积表示X射线的总辐射量，单位：mA·s。通常采用的方法是：在管电压保持一定的条件下，通过调节管电流来控制X射线的强度。2．Ｘ射线的硬度X射线的硬度(hardnessofx-ray)：指X射线的贯穿本领。它只决定于X射线的能量hυ，与光子数目无关。提高X射线硬度的方法：增大管电压医学上常用管电压的千伏数（Kv）表示X射线的硬度。

表13-1X射线按硬度的分类名称极软X射线软X射线硬X射线极硬X射线管电压

（kV）5~2020~100100~250250以上最短波长（nm）0.25~0.0620.062~0.0120.012~0.0050.005以下主要用途软组织摄影,表皮治疗透视和摄影较深组织治疗深部组织治疗根据用途把X射线按硬度分为极软、软、硬、极硬四类：第二节X射线谱将X射线的强度按照波长的顺序排列开来的图谱,称为X射线谱(x-rayspectra)。②标识X射线谱(characteristicx-rayspectrum)：强度较低大的离散谱（线状构成的部分）X射线谱包含两个部分:①连续X射线谱(continuousx-rayspectrum):含有各种波长(照片的背景部分)KLγLβLα一．连续Ｘ射线谱1．谱线的特点（1）管电压不同，X射线谱不同。

相对强度50kV40kV30kV20kV管电压较低时（低于50KV），只发射连续Ｘ射线谱。（2）管电压增大，短波极限λmin向短波方向移动。强度为零的波长称为短波极限λmin产生连续Ｘ射线谱的微观机制是由于韧致辐射（bremsstrahlung）hυmax=mv

2/22．产生机制一个电子的动能全部转换为一个X光子的能量时：eU=mv

2/2即hc/λmin=eU二．标识X射线谱①当管电压升高到70kV以上，钨的连续谱在0.02nm附近叠加了四条谱线称为标识X射线谱。1．谱线的特点②管电压减小（增大），同一种靶的标识X射线谱的位置不变。KLγLβLα0.02nm对于不同元素制成的靶，具有不同的线状X射线谱，可作为这些元素的标识，所以称“标识X射线谱”。利用微区分析技术鉴定元素成分。2、产生机制：内层电子受激的结果。MαLβLαKβKγKαKMLN若K层出现空位形成的X射线即称为K线系L层出现空位即形成L线系λK系L系M系3、标识谱特性标识X射线谱是原子内层电子跃迁所发出的。X射线的硬度I=∑Nihυ常用mA数表示强度提高X射线硬度的方法X射线谱连续Ｘ射线谱韧致辐射标识X射线谱原子内层出现空位X射线产生条件是：①高速运动的电子流，②适当的障碍物—靶装置X射线管;低、高压电源第一、二节小结例：用管电流的毫安数表示x射线的辐射强度是因为：A.管电流的毫安数就是打在靶上的高速电子数；B.管电流的毫安数就是x射线的总光子数C.管电流的毫安数就是x射线的实际辐射强度D.x射线的辐射强度与管电流成正比D.x射线的辐射强度与管电流成正比例：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.照射物质时间的长短；D.靶面积的大小。B.X射线的硬度；例：连续x射线的产生是由于：A.韧致辐射；B.靶原子外层电子跃迁辐射；C.靶原子内层电子跃迁辐射；D.以上说法均不对。A.韧致辐射例：连续x射线谱中的最短波长与什么因素有关？

A.与管电流有关；

B.与靶材料有关；

C.与靶面积大小有关；

D.只与管电压有关。D.只与管电压有关。例：调节x射线强度的主要方法是：

A.调节灯丝电压；

B.调节管电压；

C.调节散热装置；

D.调节辐射时间。A.调节灯丝电压例：x射线机在固定电压下产生的连续x射线谱，具有下列哪一个特征？

A.单一波长；

B.范围从λ=0到λ→∞的波长；

C.最小波长；

D.最小频率。C.最小波长例：若某X射线管的管电压为200KV，则连续谱的短波极限为

A.6.2ǺB.0.062ǺC.12.4ǺD.6.2×10-5ÅB.0.062Ǻ例：管电压为100KV的X射线光子的最大能量和最短波长分别为Emaxλmin,则

A.Emax=100KeV,λmin=0.124ǺB.

Emax=100KeV,λmin=1.24×10-4ǺC.Emax=100J,λmin=0.124ǺD.Emax=100J,λmin=1.24×10-4ǺEmax=eU,A.Emax=100KeV,λmin=0.124Ǻ一、X射线的一般性质①电离作用③荧光作用④光化学作用⑤生物效应②贯穿作用第三节X射线的基本性质二、X射线的衍射dθ12CBMA从晶体上下两层分子反射的X射线1、2间的光程差为：AM+BM=2AM=2dsin

叠加加强的条件是：2dsin

=kλ（k=1、2、…）此式称为布拉格定律1912年劳厄有晶体衍射方法证明X射线具有波动性。2dsinθ=kλ利用布拉格公式可以：①测量X射线的波长λ;②测量晶体的晶格常数d；有机体如细胞和蛋白质等的精细结构；③获取X射线谱。X射线摄谱仪原理改变θ可获取不同波长的加强干涉。θλ1λ2∑λX射线摄谱仪原理晶体第四节X射线的衰减规律一、单色X射线的衰减规律I=I0e－μXμ——称为物质的线性衰减系数，单位为：m-1

、cm-1I0Ix1、衰减规律I0μ小μ大Ixμ越大，强度减小得越快，物质对X射线吸收越强。Xm=ρx称为质量厚度，单位为：kg·m－2

μ与物质的密度ρ有关，但μ与ρ的比值对同一种物质来说是不变的，称为质量衰减系数，记作μm单位：m2kg-13、质量厚度(massthickness)2、质量衰减系数(massattenuationcoefficient)4、半价层半价层(halfvaluelayer)：X射线在物质中强度被衰减一半时对应的厚度（或质量厚度）称为物质的半价层。X射线的衰减规律又可写为：二、质量衰减系数与波长、原子序数的关系μm=KZαλ3K大致是一个常数α通常在3～4之间，与吸收物质和射线波长有关（一）对于低能（长波）软X射线，各元素的质量衰减系数近似地适合下式1、原子系数愈大的物质，吸收本领愈大μm=KZαλ3人体骨的主要成分Ca、P,原子系数较大，吸收强。肌肉的成分H、O、C原子系数较小，吸收弱。在做胃肠造影时需先服用钡盐（Z=56），由于吸收强，可以显示胃肠的阴影。用铅（Z=82）作防护X射线的材料。X射线的波长愈短，贯穿本领越高，即硬度越大。2、波长愈长的X射线，愈容易被吸收X3（硬）X2X1X铜X铝滤线板（锡板、铜板和铝板）是专门用于吸收长波的装置，从而使X射线的硬度提高，射线谱的范围较窄。X射线进入物体后愈来愈硬的现象称为X射线的硬化。（二）对于高能（短波）硬X射线，吸收系数与原子系数无关。若放射诊断采用波长太短的X射线，骨骼的阴影将不太明显。

表13-1X射线按硬度的分类名称极软X射线软X射线硬X射线极硬X射线管电压

（kV）5~2020~100100~250250以上最短波长（nm）0.25~0.0620.062~0.0120.012~0.0050.005以下主要用途软组织摄影,表皮治疗透视和摄影较深组织治疗深部组织治疗例：物质对波长较长的X射线的吸收系数与物质的原子序数的关系是A.原子序数愈大，吸收系数愈小B.原子序数愈大，吸收系数愈大C.

吸收系数与原子序数成正比D.吸收系数与原子序数成反比B.原子序数愈大，吸收系数愈大例：物质对波长较长的X射线的质量吸收系数与波长的关系是A.波长越长，吸收越小B.波长越短，吸收越小C.与波长无关D.与波长成正比B.波长越短，吸收越小

I2/I1=e-μx1/2

B.I2/I1=e-μx1C.I2/I1=2D.I2/I1=1/2例：一束强度为I0的单色平行X射线，通过厚度为x1的物体后，强度为I1,若使它通过厚度为x2=2x1的同类物体，强度为I2,则B.I2/I1=e-μx1例：强度为I0的x射线通过物质时，该物质对x射线的吸收强度I与物质厚度x及物质的衰减系数μ的关系为

A.I=μxI0B.I=I0e-μxC.I=I0eμxD.I=I0(1-e-μx)D.I=I0(1-e-μx)吸收强度I=入射强度I0－透射强度I0e-μx例：X射线通过5个半价层的物质后，强度减小为原来的

A.1/4B.1/5

C.1/16

D.1/32