第16章 X射線課件

第一節(jié)X射線的產(chǎn)生第二節(jié)X射線譜第三節(jié)X射線的基本性質(zhì)第四節(jié)物質(zhì)對X射線的衰減規(guī)律第五節(jié)X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用X射線第十六章X射線第16章-X射線wzj第一節(jié)X射線的產(chǎn)生一、X射線的的產(chǎn)生裝置1.

X射線產(chǎn)生方法受阻輻射產(chǎn)生X射線必須具備的兩個基本條件：（1）有高速運動的電子流；（2）有阻止電子運動的障礙物—陽極靶；受阻輻射同步輻射受激輻射第16章-X射線wzj2.X射線產(chǎn)生裝置原理圖：（1）X射線管；（2）整流電路；（3）低壓電源；（4）高壓直流電源；第16章-X射線wzjX射線管的結(jié)構(gòu)陰極：發(fā)射電子陽極靶：受高速電子轟擊輻射X射線管電壓：加速電子玻璃外殼：高真空度(<10－4Pa),使電子在運動過程中減少能量損耗,保護(hù)燈絲不被氧化.第16章-X射線wzjX射線管的陰極(cathode)

發(fā)射電子的電子源，聚焦電子后轟擊陽極

陰極燈絲--發(fā)射電子凹面陰極體(鉬):----聚焦電子(陰極體的低電位)----收集二次電子防止危害發(fā)生圓焦點型:線焦點型:第16章-X射線wzjX射線管的陽極(anode)陽極(靶)的功能是產(chǎn)生X射線

陽極固定式:鎢或鉬（原子序數(shù)高、耐高溫）.銅制襯底幫其散熱.適用管電流小、曝光時間長的便攜式X光機（牙科和骨科）.留有入射口和出射口（1-2mm鈹片,吸收軟X射線）及加鎢粉的銅罩.旋轉(zhuǎn)式:陽極及陽極體做成圓盤狀.電機帶動高速（2800~8500轉(zhuǎn)/分）旋轉(zhuǎn).避免局部過熱.大功率的X射線管配有專門的油循環(huán)散熱.加?xùn)艠O的X射線管可以產(chǎn)生脈沖X射線,降低熱量產(chǎn)生.第16章-X射線wzj管電壓(tubevoltage):陰陽兩極間所加的幾十千伏到幾百千伏的直流電壓；管電流(tubecurrent):陰極發(fā)射的熱電子在電場的作用下高速奔向陽極，形成管電流；高速電子與陽極靶物質(zhì)相互作用能量損失：碰撞損失(collision-loss):高速電子與外層電子的作用,從而產(chǎn)生熱能；輻射損失(radiation-loss):高速電子與內(nèi)層電子和原子核的作用,產(chǎn)生X射線輻射,約1%.第16章-X射線wzj實際焦點:燈絲發(fā)射的電子,經(jīng)聚焦加速后,投射在陽極靶上的面積.3.實際焦點和有效焦點（圖16-2(a),(b)）有效焦點:X射線管的實際焦點在垂直于X射線管軸線方向上投影的面積,即X射線照射到膠片上的有效面積.實際焦點的大小直接影響X射線管的散熱和影像的清晰度診斷用的X射線管采用小焦點,治療用的X射線管采用大焦點實際焦點=abbc有效焦點=abbcsin

靶角越小,有效焦點的面積越小.(15~19°)第16章-X射線wzj二、X射線的強度和硬度說明：(1)X射線的強度與陽極靶的原子序數(shù)有關(guān),原子序數(shù)越高,X射線的強度越大;(2)X射線管的熱陰極溫度增加,或者管電流增大,X射線的強度增加;(3)管電壓增加,X射線的強度增加.(4)X射線的總輻射能量單位:mA·s或1.X射線的強度(I)(intensity)--X射線的量單位時間內(nèi)通過與X射線方向單位垂直面積的輻射能量，單位:W·m

2，通常用管電流的毫安數(shù)(mA)來間接表示，稱為毫安率。即第16章-X射線wzj第16章-X射線wzj2.X射線的硬度(hardness)--X射線的質(zhì)

指X射線的貫穿本領(lǐng),它只決定于X射線的波長(即單個光子的能量),與光子數(shù)量無關(guān).(1)與管電壓有關(guān):管電壓越高,產(chǎn)生X射線的波長越短,被物質(zhì)吸收越少,穿透本領(lǐng)越強.(2)表示方法:用管電壓的千伏值(kV)來衡量,稱千伏率.名稱管電壓(kV)最短波長(nm)主要用途極軟X射線5~200.25~0.062軟組織攝影軟X射線20~1000.062~0.012透視、攝影硬X射線100~2500.012~0.005較深組織治療極硬X射線>250<0.005深部組織治療第16章-X射線wzj第二節(jié)X射線譜X射線譜連續(xù)X射線標(biāo)識X射線第16章-X射線wzj一、連續(xù)X射線產(chǎn)生的物理過程當(dāng)X射線管中的高速電子撞擊陽極靶時,電子受到核電場的作用而急劇減速,受阻的電子一部分轉(zhuǎn)化為一個光子能量輻射出來圖16-0第16章-X射線wzj圖16-4鎢在較低管電壓的連續(xù)X射線譜第16章-X射線wzj波長與管電壓的關(guān)系(1)短波極限的定義(2)U升高時，各波長的X射線強度都隨之增高，強度最大的波長和短波極限都向短波方向移動。(3)短波極限的表達(dá)式第16章-X射線wzj二、標(biāo)識X射線產(chǎn)生的物理過程當(dāng)電壓增到70kV以上,則除有連續(xù)X射線外，在波長為0.02nm附近出現(xiàn)四個高峰圖16-5鎢靶在較高管電壓的標(biāo)識X射線譜標(biāo)識X射線波長僅取決于陽極靶物質(zhì)，與其他因素?zé)o關(guān),每一種元素標(biāo)識X射線的波長固定不變.第16章-X射線wzj圖16-6標(biāo)識X射線產(chǎn)生原理圖

標(biāo)識譜線產(chǎn)生的原因第16章-X射線wzj標(biāo)識譜線的波長

K系:K層出現(xiàn)空位,L、M或N層電子來補充，輻射出X光子;

L系:L層出現(xiàn)空位,M、N或O層電子來補充，輻射出X光子;離核越遠(yuǎn)的電子,能級差越小,所以:第16章-X射線wzj一、X射線的基本性質(zhì)1.概述：X射線在均勻的各項同向的介質(zhì)中,是直線傳播的電磁波,波長范圍0.005~10nm,也是一種能量較高的光子流，具有波粒二象性；第三節(jié)X射線的基本性質(zhì)X射線波動性:干涉、衍射、偏振等；X射線粒子性:同時X射線不帶電,不受外界電場或磁場的影響.第16章-X射線wzj2.電離作用:X射線能使物質(zhì)的原子或分子電離;

測量、治療和防護(hù).3.熒光作用:某些物質(zhì)被X射線照射時,能產(chǎn)生熒光;能夠發(fā)出熒光的物質(zhì)稱作熒光物質(zhì),如磷、鎢酸鈣、鉑氰化鋇、銀激活的硫化鋅等；

X射線透視,增感屏,閃爍體,熒光玻璃等.4.光化學(xué)作用(感光作用):X射線照射膠片后能使膠片的感光乳劑中的溴化銀變成感光的溴化銀,經(jīng)顯影劑的化學(xué)處理后還原成黑色的銀,構(gòu)成了X線影像.這樣在X線片上就顯示出黑白影像，達(dá)到診斷目的.5.穿透本領(lǐng):波長短,能量大,對物質(zhì)具有很強的穿透能力;透視、攝影和X-CT；第16章-X射線wzj電離效應(yīng)——X線治療的基礎(chǔ)X線防護(hù)的基礎(chǔ)熒光效應(yīng)——X線透視的基礎(chǔ)感光效應(yīng)——X線拍片的基礎(chǔ)穿透效應(yīng)——X線成像的基礎(chǔ)7.生物效應(yīng):人體組織X射線的敏感程度不同,其改變也不一樣,對特別敏感者尤其應(yīng)注意防護(hù).其次,在一定量的X射線作用下,可使某些組織遭到損害是不可逆的,X射線治療的基礎(chǔ).第16章-X射線wzjX射線衍射倫琴倫琴W.K.RontgenW.K.Rontgen(1845~1923)(1845~1923)1901年獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎

1895年，德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線管的過程中，發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強的射線。+高壓電源金屬靶電子束高能由于未知這種射線的實質(zhì)（或本性），將它稱為X射線。X射線二、X射線的衍射(Xraydiffraction)第16章-X射線wzj勞厄勞厄勞厄(1879~1960)(1879~1960)M.vonRaueM.vonRaue1914年獲諾貝爾物理學(xué)獎

X射線發(fā)現(xiàn)17年后，于1912年，德國物理學(xué)家勞厄找到了X射線具有波動本性的最有力的實驗證據(jù)：

發(fā)現(xiàn)并記錄了X射線通過晶體時發(fā)生的衍射現(xiàn)象。由此，X射線被證實是一種頻率很高（波長很短）的電磁波。在電磁波譜中，X射線的波長范圍約為0.005nm到10nm，相當(dāng)于可見光波長的10萬分之一到50分之一。

第16章-X射線wzj勞厄斑勞厄的X射線衍射實驗原理圖

晶體中有規(guī)則排列的原子，可看作一個立體的光柵。原子的線度和間距大約為10

-10m數(shù)量級，根據(jù)前述可見光的光柵衍射基本原理推斷，只要入射X射線的波長與此數(shù)量級相當(dāng)或更小些，就可能獲得衍射現(xiàn)象。衍射斑紋（勞厄斑）+晶體X射線（硫化銅）記錄干板第16章-X射線wzj布喇格父子

1913年，英國物理學(xué)家布喇格父子提出X射線在晶體上衍射的一種簡明的理論解釋布喇格定律，又稱布喇格條件。1915年布喇格父子獲諾貝爾物理學(xué)獎，小布喇格當(dāng)年25歲，是歷屆諾貝爾獎最年輕的得主。亨布喇格W.H.Bragg(1862~1942)W.L.Bragg(1890~1971)勞布喇格第16章-X射線wzj三維空間點陣氯化鈉晶體氯離子鈉離子Cl＋Na晶體結(jié)構(gòu)中的三維空間點陣第16章-X射線wzj氯化鈉晶體氯離子鈉離子Cl＋Na晶體結(jié)構(gòu)中的三維空間點陣點陣的散射波晶體中的原子或離子X射線原子或離子中的電子在外場作用下做受迫振動。

晶體點陣中的每一陣點可看作一個新的波源，向外輻射與入射的X射線同頻率的電磁波，稱為散射波。第16章-X射線wzj散射波干涉X射線原子或離子中的電子在外場作用下做受迫振動。

晶體點陣中的每一陣點可看作一個新的波源，向外輻射與入射的X射線同頻率的電磁波，稱為散射波。X射線

晶體點陣的散射波可以相互干涉。面中點陣散射波干涉面間點陣散射波干涉包括和第16章-X射線wzj面間散射波干涉面間點陣散射波的干涉面1面2面3…作截面分析第16章-X射線wzj布喇格定律lX射線qqABCidl入射角掠射角求出相鄰晶面距離為d的兩反射光相長干涉條件sincos+dACCB2di2dq層間兩反射光的光程差面間點陣散射波的干涉sin2dqlk(),...21k,布喇格定律相長干涉得亮點的條件或布喇格方程第16章-X射線wzj公式應(yīng)用1d2d3d根據(jù)晶體中原子有規(guī)則的排列，沿不同的方向，可劃分出不同間距d的晶面。對任何一種方向的晶面，只要滿足布喇格公式，則在該晶面的反射方向上，將會發(fā)生散射光的相長干涉。sin2dqlk(),...21k,根據(jù)布喇格公式若已知晶體結(jié)構(gòu)，可通過測求入射X射線的波長及波譜.q若已入射X射線波長，可通過測求晶面間距及晶體結(jié)構(gòu).q第16章-X射線wzj衍射圖樣舉例NaCl單晶的X射線衍射斑點石英(SiO2)的X射線衍射斑點第16章-X射線wzjDNA的衍射圖DNA結(jié)構(gòu)圖DNA的X射線衍射圖J.D.Watson

F.H.C.Crick第16章-X射線wzj對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)作出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家有克里克(FrancisCrick)

、

沃森(JamesWatson)、威爾金斯(MauriceWilkins)和富蘭克林(RosalindFranklin)四位。由于Franklin過早的去世，1962年，諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎只授給了前面Crick

、Watson和Wilkins這三位。第16章-X射線wzj

低能粒子產(chǎn)生的X射線與物質(zhì)相互作用的主要形式為第四節(jié)物質(zhì)對X射線的衰減規(guī)律光電效應(yīng)(photoelectriceffect)康普頓散射(Comptonscattering)電子對效應(yīng)(electricpaireffect)第16章-X射線wzj一、單色X射線的衰減規(guī)律1.朗伯定律(Lambertlaw)2.線性衰減系數(shù)(linearattenuationcoefficient):

X射線穿過單位厚度的物質(zhì)薄層時,強度減弱的百分?jǐn)?shù),或單位厚度的作用概率.單位:cm1.第16章-X射線wzj3.質(zhì)量衰減系數(shù)(linearattenuationcoefficient):質(zhì)量厚度xm:物理意義：厚度為x的吸收體單位面積的質(zhì)量單位：kg/m2.公式：朗伯定律的又一表達(dá)形式:第16章-X射線wzj4.半價層(x1/2)和質(zhì)量半價層(xm1/2):

物質(zhì)對X射線強度吸收一半的厚度.第16章-X射線wzj4.衰減系數(shù)與波長、原子系數(shù)的關(guān)系

(1)以上的衰減系數(shù)、厚度等公式只適用于單色X射線。(2)各種物質(zhì)的衰減系數(shù)都與X射線的波長有關(guān).對于低能X射線,各元素的質(zhì)量衰減系數(shù)近似適合下式:(3)物質(zhì)的原子系數(shù)愈大，對X射線的吸收本領(lǐng)愈強.(4)X射線的波長愈長,愈容易被吸收。第16章-X射線wzj5.X射線的濾過和硬化固有濾過:

過濾窗附加濾過:

總強度減小,軟X射線被吸收較多,短波成分相對增加,平均硬度提高,波長范圍變窄,波長分布均勻化,強度分布均勻化,能量更有效,線質(zhì)變硬了.

管電壓低:鋁濾波板管電壓較高:銅鋁濾波板?線質(zhì)描述:半價層:等效能量\等效波長\等效電壓.第16章-X射線wzj5.X射線的濾過和硬化產(chǎn)生硬X射線:管電壓高.原子序數(shù)較大的材料做陽極靶.選用原子序數(shù)較大和較厚的濾波板.產(chǎn)生軟X射線:管電壓低.原子序數(shù)較小的材料做陽極靶(鉬靶).采用特殊結(jié)構(gòu)的軟X射線設(shè)備,即用鈹制成X射線管的輸出窗口.第16章-X射線wzjX射線的濾過和硬化第16章-X射線wzj一、X射線透視1.普通X射線透視:由于人體各組織、器官在密度、厚度等方面存在差異,對X射線的衰減各不相同,X射線的透射也不同,各部位透射的X射線與熒光屏相遇,在熒光屏上形成明暗不同的像點構(gòu)成影像.醫(yī)生根據(jù)解剖學(xué)病理學(xué)等知識,分析影像,可判斷該組織器官的形態(tài)和功能.

如果投照部位厚度一定,熒光屏上暗的地方則表示與之相對應(yīng)人體部位組織器官密度高,X射線吸收多;熒光屏上亮的地方則表示與之相對應(yīng)人體部位組織器官密度低,X射線吸收少.第五節(jié)X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第16章-X射線wzj2.熒光屏:熒光紙、鉛玻璃和薄膠合板組成.熒光紙鉛玻璃薄膠合板保護(hù)熒光紙防護(hù)X射線熒光物質(zhì)氰化鋇硫化鋅硫化鎘第16章-X射線wzj3.普通X射線透視優(yōu)缺點:優(yōu)點:方便、簡單、費用低廉等.缺點:(1)輻射劑量大;(2)不能留下客觀記錄;(3)兩次影像的轉(zhuǎn)換,可能導(dǎo)致較細(xì)微的解剖結(jié)構(gòu)影像變得模糊不清,甚至觀察不到.

X射線影像熒光屏的光影像熒光屏的光影像視網(wǎng)膜上的光影像第16章-X射線wzj二、X射線攝影1.普通X射線攝影:用膠片代替熒光屏，透過人體的X射線就作用在膠片上，由于各個組織器官的密度、厚度不同,對X射線的衰減不同，對膠片的感光程度也不同，于是形成X射線攝影.優(yōu)點:(1)由于膠片的感光度高，需要X射線劑量較少.(2)膠片感光顆粒小，更能反映更細(xì)微的病變.(3)膠片可以長時間保存，在日光燈下讀片.特點:(1)曝光的膠片需經(jīng)過暗室顯影、定影處理才能觀察.(2)膠片上影像的黑白與熒光屏的明暗剛好相反.第16章-X射線wzj物質(zhì)的原子序數(shù)越高,對X射線吸收本領(lǐng)越強。第16章-X射線wzj第16章-X射線wzj第16章-X射線wzj第16章-X射線wzj三、特殊X射線攝影1.軟X射線攝影2.高千伏X射線攝影3.體層攝影4.X射線造影和造影劑第16章-X射線wzj四、數(shù)字化X射線成像技術(shù)概述:傳統(tǒng)的X射線成像技術(shù)采用的是模擬技術(shù)，影像一旦產(chǎn)生，圖像質(zhì)量就很難進(jìn)一步改善；而數(shù)字化X射線成像技術(shù)形成的是數(shù)字圖像，它可以進(jìn)行量化、貯存、處理、顯示和傳輸。數(shù)字化X射線成像多種形式：

數(shù)字透視(digitalfluoroscopy,DF)數(shù)字熒光攝影(digitalfluorography,DF)數(shù)字X射線攝影(digitalradiography,DR)第16章-X射線wzj數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)示意圖X射線源數(shù)字化設(shè)備(A/D)轉(zhuǎn)換人體檢測器模擬信號數(shù)模(D/A)

轉(zhuǎn)換器計算機處理存貯器顯示攝影第16章-X射線wzjDSA的基本方法:時間\能量\混合減影時間減影過程1．造影劑進(jìn)入欲顯示的血管之前先拍攝一幀圖像作為蒙片或掩摸(mask).2．由于血管內(nèi)注射有機碘造影劑,有機碘濃度由低→高→低,間斷拍攝若干張(每秒2幀的幀頻)充