X射線產(chǎn)生機制

1、學習要求：學習要求：掌握：掌握：1X射線的衰減規(guī)律；射線的衰減規(guī)律； 2X射線的醫(yī)學應用原理；射線的醫(yī)學應用原理；理解：理解：1X射線的特點及產(chǎn)生的微觀機制；射線的特點及產(chǎn)生的微觀機制； 2 描述描述X射線強弱的基本物理量的意義；射線強弱的基本物理量的意義；了解：了解：1X射線產(chǎn)生的條件；射線產(chǎn)生的條件； 2X射線在醫(yī)學上的應用。射線在醫(yī)學上的應用。 難點難點重點重點倫琴（倫琴（Wilhelm Conrad RontgerWilhelm Conrad Rontger），德國科學家。），德國科學家。18951895，發(fā)現(xiàn)了，發(fā)現(xiàn)了x-rays. x-rays. X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)倫琴夫人手骨

2、倫琴夫人手骨X 線照片線照片 (1895年年12月月22日日)1901年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎靶物質靶物質電子源電子源h 3h 2h 1高速運動的電子受障礙物阻止，由于它們相互作用產(chǎn)生高速運動的電子受障礙物阻止，由于它們相互作用產(chǎn)生X X射線。射線。軔致輻射（碰撞法）：用高速電子流轟擊軔致輻射（碰撞法）：用高速電子流轟擊陽極靶而獲得。陽極靶而獲得。一一 連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生（一）連續(xù)X射線譜1. X 射線的產(chǎn)生的條件射線的產(chǎn)生的條件1）高速運動的電子流）高速運動的電子流 ；2）適當?shù)恼系K物）適當?shù)恼系K物 靶靶 ( target )陽極陽極陰極陰極窗口窗口1）X 射線管射線管2

3、）低壓電源）低壓電源 3）高壓電源）高壓電源4）整流電路）整流電路 2. X射線的產(chǎn)生裝置射線的產(chǎn)生裝置( 高度真空的玻璃管高度真空的玻璃管)( 燈絲、電子射線，燈絲、電子射線，5 10 伏伏)( 加速電場，萬伏加速電場，萬伏)(將交流電變成直流電將交流電變成直流電)管電壓管電壓管電流管電流靶靶Qhmv221截止頻率：截止頻率：max221hmveUheUmax電子在行進中急劇減速而發(fā)出電子在行進中急劇減速而發(fā)出X X射線射線3. X射線的本質射線的本質Uehc 1minnm )(242. 1minKVU如果只有一部分動能變?yōu)楣庾拥哪芰浚喝绻挥幸徊糠謩幽茏優(yōu)楣庾拥哪芰浚簄m )(242. 1

4、KVU01X X射線的本質：波長極短，能量極高的電磁波。波長范圍射線的本質：波長極短，能量極高的電磁波。波長范圍大致為大致為0.001-10nm0.001-10nm，頻率范圍大致為，頻率范圍大致為3 310101616Hz-3Hz-310102020Hz Hz （二）標識（二）標識X X射線（輻射法）射線（輻射法）1. X線譜線譜 X X線譜線強度與波長的關系：線譜線強度與波長的關系： (X(X線譜示意圖線譜示意圖) ) 連續(xù)連續(xù)X X線譜線譜( (背景）背景）特征特征X X線譜線譜( (線狀）線狀） 在醫(yī)學應用中主在醫(yī)學應用中主要使用連續(xù)要使用連續(xù)X X線線, ,而在而在利用光譜研究物質結利

5、用光譜研究物質結構中使用特征構中使用特征X X線線. .X X線譜的組成：線譜的組成： 2. 2. 標識標識X X射線原理射線原理鉬靶鉬靶（三）X 射線的強度和硬度1. X射線的強度射線的強度 （Intensity of X Rays ） 單位時間內通過與射線方向垂直的單位面單位時間內通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量（積的輻射能量（W.m-2）。）。管電流管電流 光子數(shù)光子數(shù)N 強度強度I 管電壓管電壓 光子頻率光子頻率 強度強度I 管電壓一定時，常用管電流的毫安數(shù)（管電壓一定時，常用管電流的毫安數(shù)（mAmA）表）表示示X X射線強度，如射線強度，如50 mA50 mA ，100 mA1

6、00 mA等等。11221.nnnnnnIN hN hN hN h2. X 射線的硬度（Hardness of X Rays ） X射線的貫穿本領。射線的貫穿本領。 醫(yī)學上常用管電壓的千伏數(shù)（醫(yī)學上常用管電壓的千伏數(shù)（KVKV）來表）來表示示X X射線的硬度射線的硬度 ( (如如50KV,100KV50KV,100KV等等) .) .管電壓管電壓 電子速度電子速度v 光子頻率光子頻率 貫穿本領貫穿本領hmveU221指指X射線的貫穿本領，決定于射線的貫穿本領，決定于h ，與，與N無關無關3. X射線的分類（根據(jù)硬度）射線的分類（根據(jù)硬度）.名稱名稱管電壓（管電壓（KV）最最短波短波長長（nm）

7、主要用途主要用途（目前多用于診斷，（目前多用于診斷，不用于治療）不用于治療）極軟極軟X射線射線5200.250.062軟組織攝影、表皮軟組織攝影、表皮治療治療軟軟X射線射線201000.0620.012透視和攝影透視和攝影硬硬X射線射線1002500.0120.005較深組織治療較深組織治療極硬極硬X射線射線250以上以上0.005以下以下深組織治療深組織治療二. X 射線的基本性質1. 貫穿本領貫穿本領( penetrability ) ；2. 熒光熒光( fluorescence) 作用作用 ；3. 光化學光化學( photochemistry) 作用作用； 4. 生物效應生物效應( bi

8、ologic effect)；5. 電離電離( ionization) 作用；作用；（Radiography of X-ray）一、介質對一、介質對 X 射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律 成像成像要素要素X射線經(jīng)物質后減弱的原因：吸收和散射射線經(jīng)物質后減弱的原因：吸收和散射2. 單色X射線的衰減規(guī)律（The attenuations laws of single wave length X-ray）xeII0II-dI IdxdII 衰減為一半時對應衰減為一半時對應的物質厚度為半價層的物質厚度為半價層693. 02ln21X ， ，衰減量，衰減量，透過量，透過量。 Z， ，衰減量，衰減量，透過量，

9、透過量。 ， ，衰減量，衰減量，透過量，透過量。K：大致是一個常數(shù)；：大致是一個常數(shù)； ：吸收物質密度；：吸收物質密度； ：通常：通常34；對水、空氣、人體組織，；對水、空氣、人體組織，3.5。3ZK線性衰減系數(shù)線性衰減系數(shù)）（1m質量衰減系數(shù)：質量衰減系數(shù)：mmxxeIeII0)(0 xxm3KZmZ愈大，愈大， m就大就大 短，短， m小，貫穿本領強。小，貫穿本領強。m質量衰減系數(shù)：質量衰減系數(shù)：質量厚度：質量厚度：）（2mkg)(12kgm某些物質的衰減系數(shù)某些物質的衰減系數(shù)(m2.kg-1)空氣空氣水水肌肉肌肉骨骨碘碘等效等效Z能量能量(MeV )7.67.47.412.71310.0

10、100.4820.4990.5092.04.010.0200.06910.0710.0730.2680.53KZm易透性組織易透性組織中等透性組織中等透性組織不易透性組織不易透性組織低低組織組織中中組織組織高高組織組織氣體氣體脂肪組織脂肪組織結締組織結締組織肌肉組織肌肉組織軟骨軟骨血液血液骨骼骨骼4. 人體組織器官按照衰減系數(shù)的大小分為三類人體組織器官按照衰減系數(shù)的大小分為三類.THINkING 人體不同組織之間衰減系數(shù)和厚度的差別是產(chǎn)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，是生影像對比的基礎，是X線成像的基本條件。線成像的基本條件。xeII0 ),(xZII 一定一定3ZK

11、5. X射線影像形成的主要條件射線影像形成的主要條件1 1、X X射線應具有一定的穿透力射線應具有一定的穿透力2 2、被穿透的組織必須存在衰減系、被穿透的組織必須存在衰減系數(shù)和厚度的差異數(shù)和厚度的差異3 3、顯像、顯像二二. X 射線成像射線成像（Radiography of X-ray） xeII0X 線線 膠膠 片片白白熒熒 光光 屏屏黑黑灰灰透射透射X線線（氣管）（氣管）低低組織組織（肌肉）（肌肉）中中組織組織（骨）（骨）高高組織組織灰灰白白黑黑1. 普通普通 X 射線成像射線成像普通普通 X 射線透視射線透視普通普通 X 射線攝影（射線攝影（ X光片）光片）存貯保管難存貯保管難! !

12、取片查詢難取片查詢難! !后期處理難后期處理難! ! 遠程傳輸難遠程傳輸難! !普通普通 X 射線成像的缺點射線成像的缺點2. 數(shù)字化數(shù)字化 X 射線成像射線成像計算機計算機處理處理存貯器存貯器(D/A)轉換轉換顯顯示示打打印印檢檢 測測 器器(模擬信號模擬信號)數(shù)字化設備數(shù)字化設備(A/D轉換轉換) 8 10 10 9 2 0 2 8 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

13、 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0數(shù)字化數(shù)字化 X 射線成像優(yōu)點射線成像優(yōu)點存儲存儲顯示顯示/打印打印遠程傳輸遠程傳輸圖像處理圖像處理3ZK血管阻塞血管阻塞第三節(jié). X 射線造影及減影 (Angiography) 將造影劑注入人體內某腔室或管道，將造影劑注入人體內某腔室或管道，人為增加其與周圍組織的差異，從而人為增加其與周圍組織的差異，從而顯示其形態(tài)。顯示其形態(tài)。血管阻塞血管阻塞 動脈血管造影動脈血管造影3KZ某些物質的質量衰減系數(shù)某些物質的質量衰減系數(shù)(m2.kg-1)空氣空氣水水肌肉肌肉骨骨碘碘等效等效Z能量能量(MeV )7.67.47.412.71270.0100.4

14、820.4990.5092.04.010.0200.0690.0710.0730.2680.5冠狀動脈造影冠狀動脈造影Subtraction 造影前圖像造影前圖像A造影劑充盈圖像造影劑充盈圖像B減影后的圖像減影后的圖像ABABAB造影前圖像造影前圖像造影劑充盈圖像造影劑充盈圖像減影后的圖像減影后的圖像X射線射線 原像原像本底圖象本底圖象數(shù)字信號數(shù)字信號存儲信號存儲信號1第一次照射第一次照射第二次照射第二次照射X射線射線血管注入造影劑血管注入造影劑存儲信號存儲信號2用用X射線兩次照射人體射線兩次照射人體存儲信號存儲信號2 存儲信號存儲信號1= 清晰的血管圖像清晰的血管圖像數(shù)字減影血管造影數(shù)字減影

15、血管造影（DSA， Digital Subtraction Angiography ）CC（t）21246810t（秒）（秒）本底本底減影圖像減影圖像圖像順序圖像順序510152025 3. DSA的基本方法的基本方法時間減影：血管內造影劑濃度時間分布血管內造影劑濃度時間分布時間減影技術時間減影技術 將不同時間拍攝的統(tǒng)一部位的影像相將不同時間拍攝的統(tǒng)一部位的影像相減，來判斷病灶。減，來判斷病灶。4. 血管造影介入治療系統(tǒng) 廣泛應用于神經(jīng)外科、心臟內科、腫瘤、廣泛應用于神經(jīng)外科、心臟內科、腫瘤、腹部臟器官、骨科、泌尿科、婦科的介入治療。腹部臟器官、骨科、泌尿科、婦科的介入治療。美中不足美中不足：

16、 血管的深度信息沒有得到體現(xiàn)。信息不夠全面。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。存在所謂的遮擋效應。 N1 N2 N3 Nn 1 12 23 3n nxxxm mxI I0 0I In nI Im-1m-1I Im mx 加數(shù)交換次序其和不變！加數(shù)交換次序其和不變！xeII 0 xxnnneII)(0 1n21eI如何獲得斷層圖像？如何獲得斷層圖像？1917年奧地利數(shù)學家雷當（年奧地利數(shù)學家雷當（Radon）1963年美國物理學家柯馬克（年美國物理學家柯馬克（A.M.Cormack）374650121lnnIpxI31211 512217222142111 6221

17、212222111 4321(1974)Hounsfield和和Cormack共同獲得了共同獲得了1979年的諾貝爾生理和醫(yī)學獎。年的諾貝爾生理和醫(yī)學獎。物物理理數(shù)數(shù)學學工工程程信息信息技術技術+= CT一次掃描需一次掃描需45分鐘分鐘 30120秒秒 2.5秒秒 1秒秒 1/100 秒秒一次掃描斷層數(shù)一次掃描斷層數(shù)1248163264 更更 快快 速速(1974)(2006) 更更 清清 晰晰二維圖像二維圖像 更更 直直 觀觀三維圖像三維圖像多個腰椎橫突骨折多個腰椎橫突骨折普通普通X射線治療機射線治療機主要用于治療皮膚腫瘤主要用于治療皮膚腫瘤第五節(jié) X 射線用于治療 X射線刀射線刀 主要用于

18、各器官、組織腫瘤的放射治療主要用于各器官、組織腫瘤的放射治療第六節(jié)第六節(jié) 防防 護護 X X射線對生物組織有破壞作用，過量照射會引起白血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。病、角化病及毛發(fā)脫落。 常用的防護物品有常用的防護物品有：鉛板、含鉛玻璃、含鉛膠皮裙和鉛板、含鉛玻璃、含鉛膠皮裙和手套以及混凝土等。手套以及混凝土等。產(chǎn)生、性質產(chǎn)生、性質衰減規(guī)律衰減規(guī)律X射線成像射線成像X射線射線普通普通X射線成像射線成像及其數(shù)字化及其數(shù)字化造影、減影造影、減影XCTxeII 0 3ZK3KZm教材第十七章教材第十七章 原子核與放射性原子核與放射性教材第教材第283頁：頁：16-5，16-6 ，16-8，16-9，16-10練習練習（1 ）標識）標識X射線的波長決定于（射線的波長決定于（ ）A、管電流的強弱、管電流的強弱 B、管電壓的高低、管電壓的高低C、陽極靶的材料、陽極靶的材料 D、陽極靶的面積、陽極靶的面積（ 2）連續(xù)）連續(xù)X射線的最短波長與什么因素有關（射線的最短波長與什么因素有關（ ） A、與管電流有關、與管電流有關 B、與散熱裝置有關、與散熱裝置有關 C、與管電壓有關、與管電壓有關 D、與靶材料有關、與靶材料有關練練 習習 （3）. 用管電流的毫安數(shù)表示用管電流的毫安數(shù)表示X射線的強度是射線的強