x射線產(chǎn)生機(jī)制

1、物理教研室,X 射線（X Ray）,第十章（教材第16章）,學(xué)習(xí)要求：,掌握：1．X射線的衰減規(guī)律； 2．X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用原理；理解：1．X射線的特點(diǎn)及產(chǎn)生的微觀機(jī)制； 2． 描述X射線強(qiáng)弱的基本物理量的意義；了解：1．X射線產(chǎn)生的條件； 2．X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。,,,,難點(diǎn),重點(diǎn),倫琴（Wilhelm Conrad Rontger），德國科學(xué)家。1895，發(fā)現(xiàn)了

2、x-rays...,,X射線的發(fā)現(xiàn),人類破天荒第一次無損傷看到人體內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)??！,倫琴夫人手骨X 線照片 (1895年12月22日),1901年諾貝爾物理學(xué)獎,第一節(jié) X 射線的產(chǎn)生及基本性質(zhì)The Produce and basic Character of X rays,,,,,電子源,高速運(yùn)動的電子受障礙物阻止，由于它們相互作用產(chǎn)生X射線。,X 射線的產(chǎn)生示意圖,軔致輻射（碰撞法）：用高速電子流轟擊陽極靶而獲得。,一

3、 連續(xù)X射線的產(chǎn)生,（一）連續(xù)X射線譜,1. X 射線的產(chǎn)生的條件,1）高速運(yùn)動的電子流 ；,2）適當(dāng)?shù)恼系K物 — 靶 ( target ),,,1）X 射線管2）低壓電源 3）高壓電源4）整流電路,2. X射線的產(chǎn)生裝置,( 高度真空的玻璃管),( 燈絲、電子射線，5 – 10 伏),( 加速電場，萬伏),(將交流電變成直流電),管電壓,管電流,靶,,,截止頻率：,電子在行進(jìn)中急劇減速而發(fā)出X射線,3. X射線的本質(zhì),如果只有

4、一部分動能變?yōu)楣庾拥哪芰浚?X射線的本質(zhì)：波長極短，能量極高的電磁波。波長范圍大致為0.001-10nm，頻率范圍大致為3×1016Hz-3×1020Hz,,（二）標(biāo)識X射線（輻射法）,1. X線譜,(X線譜示意圖),連續(xù)X線譜(背景）特征X線譜(線狀）,,在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中主要使用連續(xù)X線,而在利用光譜研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)中使用特征X線.,X線譜的組成：,2. 標(biāo)識X射線原理,鉬靶,（三）X 射線的強(qiáng)度和硬度,1. X射線的

5、強(qiáng)度 （Intensity of X Rays ）,單位時(shí)間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量（W.m-2）。,管電流↑ 光子數(shù)N ↑ 強(qiáng)度I ↑管電壓↑ 光子頻率υ↑ 強(qiáng)度I ↑,管電壓一定時(shí)，常用管電流的毫安數(shù)（mA）表示X射線強(qiáng)度，如50 mA ，100 mA等。,2. X 射線的硬度（Hardness of X Rays ）,X射線的貫穿本領(lǐng)。,醫(yī)學(xué)上常用管電壓的千伏數(shù)（KV）來表示X射線的硬

6、度 (如50KV,100KV等) .,管電壓↑ 電子速度v↑ 光子頻率↑ 貫穿本領(lǐng)↑,指X射線的貫穿本領(lǐng)，決定于h?，與N無關(guān),3. X射線的分類（根據(jù)硬度）.,二. X 射線的基本性質(zhì),1. 貫穿本領(lǐng)( penetrability ) ；2. 熒光( fluorescence) 作用 ；3. 光化學(xué)( photochemistry) 作用；,4. 生物效應(yīng)( biologic effect)；5. 電離( ionizati

7、on) 作用；,（Radiography of X-ray）,,,,第二節(jié) X射線的成像,一、介質(zhì)對 X 射線的衰減規(guī)律,(The attenuation of X-ray with matter),,介質(zhì),X 射線,,,吸收,1. 物理模型分析：,,X射線經(jīng)物質(zhì)后減弱的原因：吸收和散射,2. 單色X射線的衰減規(guī)律（The attenuation’s laws of single wave length X-ray）,衰減規(guī)律,,衰

8、減dI,I 衰減為一半時(shí)對應(yīng)的物質(zhì)厚度為半價(jià)層,3. 衰減系數(shù)? (attenuation coefficient ),?↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,Z↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,λ↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,K：大致是一個(gè)常數(shù)；?：吸收物質(zhì)密度；?：通常3~4；對水、空氣、人體組織，3.5。,線性衰減系數(shù),質(zhì)量衰減系數(shù)：,Z愈大， ?m就大,?短，?m小，貫穿本領(lǐng)強(qiáng)。,質(zhì)量衰減系數(shù)：,質(zhì)量厚度：,,,,4. 人體組

9、織器官按照衰減系數(shù)的大小分為三類.,THINkING,成像的物理基礎(chǔ)：,根本原因在于差異??！,人體不同組織之間衰減系數(shù)和厚度的差別是產(chǎn)生影像對比的基礎(chǔ)，是X線成像的基本條件。,一定,5. X射線影像形成的主要條件,1、X射線應(yīng)具有一定的穿透力,2、被穿透的組織必須存在衰減系數(shù)和厚度的差異,3、顯像,二. X 射線成像　（Radiography of X-ray）,,,,,X 線 膠 片,熒 光 屏,透射X線,1. 普通 X 射線成像,

10、普通 X 射線透視,普通 X 射線攝影（ X光片）,,存貯保管難! 取片查詢難!后期處理難! 遠(yuǎn)程傳輸難!,普通 X 射線成像的缺點(diǎn),2. 數(shù)字化 X 射線成像,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字化 X 射線成像優(yōu)點(diǎn),存儲,顯示/打印,遠(yuǎn)程傳輸,圖像處理,,,,,,血管阻塞,第三節(jié). X 射線造影及減影,（The Angiography and DSA of X-ray）,1. 造影 (Angiography),將

11、造影劑注入人體內(nèi)某腔室或管道，人為增加其與周圍組織的差異，從而顯示其形態(tài)。,血管阻塞 — 動脈血管造影,,,冠狀動脈造影,2. 減影 ( Subtraction ),A,B,A–B,造影前圖像,造影劑充盈圖像,減影后的圖像,,,,用X射線兩次照射人體,存儲信號2 － 存儲信號1,= 清晰的血管圖像,數(shù)字減影血管造影（DSA， Digital Subtraction Angiography ）,本底,3. DSA的基本方法時(shí)間減

12、影：,血管內(nèi)造影劑濃度時(shí)間分布,時(shí)間減影技術(shù),將不同時(shí)間拍攝的統(tǒng)一部位的影像相減，來判斷病灶。,4. 血管造影介入治療系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科、心臟內(nèi)科、腫瘤、腹部臟器官、骨科、泌尿科、婦科的介入治療。,,,美中不足： 血管的深度信息沒有得到體現(xiàn)。信息不夠全面。 存在所謂的遮擋效應(yīng)。,,,,加數(shù)交換次序其和不變！,,X-ray computer tomography,,,如何獲得斷層圖像？,第四節(jié). X-CT 的基本原理,(

13、The basic principle of X-ray computer　 tomography),,,,,,,,,,,,,(1974),Hounsfield和Cormack共同獲得了1979年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎。,computer,一次掃描需4～5分鐘 30～120秒 2.5秒 1秒 1/100 秒一次掃描斷層數(shù)1—2—4—8—16—32—64

14、………,更 快 速,(1974),(2006),更 清 晰,二維圖像,更 直 觀,三維圖像,多個(gè)腰椎橫突骨折,,GE公司的寶石（500排）CT肺重建圖像,普通X射線治療機(jī)主要用于治療皮膚腫瘤,,第五節(jié). X 射線用于治療,X射線刀 主要用于各器官、組織腫瘤的放射治療,第六節(jié) 防 護(hù),X射線對生物組織有破壞作用，過量照射會引起白血病、角化病及毛發(fā)脫落。,常用的防護(hù)物品有：鉛板、含鉛玻璃、含鉛膠皮裙和手套以及混凝土

15、等。,產(chǎn)生、性質(zhì),衰減規(guī)律,X射線成像,X射線,普通X射線成像及其數(shù)字化,造影、減影,X—CT,,,Summary,Preparation,教材第十七章 原子核與放射性,homework,教材第283頁：16-5，16-6 ，16-8，16-9，16-10,練習(xí),（1 ）標(biāo)識X射線的波長決定于（ ）A、管電流的強(qiáng)弱 B、管電壓的高低C、陽極靶的材料 D、陽極靶的面積（ 2）連續(xù)X射線的最短

16、波長與什么因素有關(guān)（ ） A、與管電流有關(guān) B、與散熱裝置有關(guān) C、與管電壓有關(guān) D、與靶材料有關(guān),練 習(xí),（3）. 用管電流的毫安數(shù)表示X射線的強(qiáng)度是 因?yàn)椋?） A、管電流的毫安數(shù)就是打在靶上的電子數(shù) B、管電流的毫安數(shù)就是X射線的光子數(shù) C、管電流的毫安數(shù)就X射線的輻射強(qiáng)度 D、X射線的輻射強(qiáng)度與管電流成

17、正比。,練 習(xí),（4） X射線管的管電壓一般為（ ）A、幾十伏到幾百伏 B、幾百伏到幾千伏 C、幾萬伏到幾十萬伏 D、幾十萬伏到幾千萬伏（5）X射線的貫穿本領(lǐng)決定于（ ） A、X射線的強(qiáng)度 B、X射線的硬度 C、照射物質(zhì)時(shí)間長短 D、靶材料面積大?。?）極硬X射線的最短波長的范圍為（ ） A、大