X射線產(chǎn)生機(jī)制

1、1會(huì)計(jì)學(xué)X射線產(chǎn)生機(jī)制射線產(chǎn)生機(jī)制 2X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。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(guó)科學(xué)家。1895，發(fā)現(xiàn)了x-rays. X射線的發(fā)現(xiàn)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(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)靶物質(zhì)電子源h 3h 2h 1高速運(yùn)動(dòng)的電子受障礙物阻止，由于它們相互作用產(chǎn)生X射線。軔致輻射（碰撞法）：用高速電子流轟擊陽(yáng)極靶而獲得。一 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(dòng)的電子流 ；2）適當(dāng)?shù)恼系K物 靶 ( target )陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極窗口窗口源源4）整流電）整流電

2、路路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(chǎng)，萬(wàn)伏)(將交流電變成直流電)管電壓管電流靶Qhmv221截止頻率：截止頻率：max221hmveUheUmax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)Uehc 1minnm )(242. 1minKVU如果只有一部分動(dòng)能變?yōu)楣庾拥哪芰浚喝绻挥幸徊糠謩?dòng)能變?yōu)楣庾拥哪芰浚簄m )(242. 1KVU01X射線的本質(zhì)：波長(zhǎng)極短，能量極高的電磁波。波長(zhǎng)范圍大致為0.001-10nm，頻率范圍大致為31016Hz-31020Hz （二）標(biāo)識(shí)X射線（輻射法） X線譜線強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系： (X(X線譜

3、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(xué)應(yīng)用中主在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中主要使用要使用連續(xù)連續(xù)X X線線, ,而在而在利用光譜研究物質(zhì)結(jié)利用光譜研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)中使用特征構(gòu)中使用特征X X線線. .X X線譜的組成：線譜的組成： 2. 標(biāo)識(shí)X射線原理鉬靶鉬靶（三）X 射線的強(qiáng)度和硬度1. X射線的強(qiáng)度 （Intensity of X Rays ） 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的輻射能量（W.m-2）。管電流管電流 光子數(shù)光子數(shù)N 強(qiáng)度強(qiáng)度I 管電壓管電壓 光子頻率光子頻率 強(qiáng)度強(qiáng)度I 管電壓一定時(shí)，常用管電流的毫安數(shù)（管電壓一定

4、時(shí)，常用管電流的毫安數(shù)（mAmA）表）表示示X X射線強(qiáng)度，如射線強(qiáng)度，如50 mA50 mA ，100 mA100 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(lǐng)。 醫(yī)學(xué)上常用管電壓的千伏數(shù)（KV）來(lái)表示X射線的硬度 (如50KV,100KV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(lǐng)貫穿本領(lǐng)hmveU221指指X射線的貫穿本領(lǐng)，決定于射線的貫穿本領(lǐng)，決定于h ，與，與N無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)3. X射線的分類(lèi)（根據(jù)硬度）射線的分類(lèi)（根據(jù)硬度）.名稱名稱管電壓（管電壓（KV）最最短波短波長(zhǎng)

5、長(zhǎng)（nm）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(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 effec

6、t)；5. 電離( ionization) 作用；（Radiography of X-ray）一、介質(zhì)對(duì) X 射線的衰減規(guī)律 成像成像要素要素X射線經(jīng)物質(zhì)后減弱的原因：吸收和散射射線經(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 attenuations laws of single wave length X-ray）xeII0II-dI IdxdII 衰減為一半時(shí)對(duì)應(yīng)衰減為一半時(shí)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)厚度為半價(jià)層的物質(zhì)厚度為半價(jià)層693. 02ln21X ， ，衰減量，衰減量，透過(guò)量，透過(guò)量。 Z， ，衰減量，衰減量，透過(guò)量，透過(guò)量。 ， ，衰減量，衰減量，透過(guò)量，透過(guò)量。K：大致是

7、一個(gè)常數(shù)；：大致是一個(gè)常數(shù)； ：吸收物質(zhì)密度；：吸收物質(zhì)密度； ：通常：通常34；對(duì)水、空氣、人體組織，；對(duì)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(zhì)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(lǐng)強(qiáng)。小，貫穿本領(lǐng)強(qiáng)。m質(zhì)量衰減系數(shù)：質(zhì)量厚度：）（2mkg)(12kgm某些物質(zhì)的衰減系數(shù)某些物質(zhì)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 )7.67.47.412.71310.0100.4820.4990.5092.04.010.0200.06910.0710.0730.2

8、680.53KZm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(jié)締組織結(jié)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(lèi)人體組織器官按照衰減系數(shù)的大小分為三類(lèi).THINkING 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(duì)比的基礎(chǔ)，是X線成像的基本條件。xeII0 ),(xZII 一定3ZK1 1、X X射線應(yīng)具有一定的穿透力射線應(yīng)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

9、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）低組織（肌肉）（肌肉）中組織（骨）（骨）高組織灰灰白白黑黑1. 普通 X 射線成像普通 X 射線透視普通 X 射線攝影（ X光片）存貯保管難存貯保管難! ! 取片查詢難取片查詢難! !后期處理難后期處理難! ! 遠(yuǎn)程傳輸難遠(yuǎn)程傳輸難! !普通 X 射線成像的缺點(diǎn)2. 數(shù)字化數(shù)字化 X 射線成像射線成像計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)處理處理存貯器存貯器(D/A)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顯顯示示打打印印檢 測(cè) 器(模擬信號(hào))數(shù)字化設(shè)備(A/D轉(zhuǎn)換) 8 10 10 9 2 0 2 8

10、 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 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(diǎn)射線成像優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)存儲(chǔ)顯示顯示/打印打印遠(yuǎn)程傳輸遠(yuǎn)程傳輸圖像處理圖像處理3ZK血管阻塞血管阻塞 (Angiography) 將造影劑注入人體內(nèi)某腔室或管道，將造影劑注入人體內(nèi)某腔室或管道，人為增加其與周?chē)M織的差異，從而人為增加其與周?chē)M織的差異，從而顯示其

11、形態(tài)。顯示其形態(tài)。血管阻塞血管阻塞 動(dòng)脈血管造影動(dòng)脈血管造影3KZ某些物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)某些物質(zhì)的質(zhì)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 )7.67.47.412.71270.0100.4820.4990.5092.04.010.0200.0690.0710.0730.2680.5冠狀動(dòng)脈造影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 原像原像本底圖象本底圖象數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)1第一次照射第一次照射第二次照射第二

12、次照射X射線血管注入造影劑血管注入造影劑存儲(chǔ)信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)2用X射線兩次照射人體存儲(chǔ)信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)2 存儲(chǔ)信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)1= 清晰的血管圖像清晰的血管圖像數(shù)字減影血管造影（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(shí)間減影：血管內(nèi)造影劑濃度時(shí)間分布血管內(nèi)造影劑濃度時(shí)間分布時(shí)間減影技術(shù)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(lái)判斷病灶。 廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科、心臟內(nèi)科、腫瘤、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

13、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： 血管的深度信息沒(méi)有得到體現(xiàn)。信息不夠全面。血管的深度信息沒(méi)有得到體現(xiàn)。信息不夠全面。 存在所謂的遮擋效應(yīng)。存在所謂的遮擋效應(yīng)。 N1 N2 N3 Nn 123nxxxmxI 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(xué)家雷當(dāng)（Radon）1963年美國(guó)物理學(xué)家柯馬克（A.M.Cormack）374650121lnnIpxI31211 5122172221

14、42111 6221212222111 4321(1974)Hounsfield和Cormack共同獲得了1979年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。物物理理數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)工工程程信息信息技術(shù)技術(shù)+= CT一次掃描需45分鐘 30120秒 2.5秒 1秒 1/100 秒一次掃描斷層數(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(gè)腰椎橫突骨折多個(gè)腰椎橫突骨折普通普通X射線治療機(jī)射線治療機(jī)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 主要用于各器官、組織腫瘤的放射治療主要用于各器官、組織腫瘤的

15、放射治療第六節(jié)第六節(jié) 防防 護(hù)護(hù) X X射線對(duì)生物組織有破壞作用，過(guò)量照射會(huì)引起白血射線對(duì)生物組織有破壞作用，過(guò)量照射會(huì)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(hù)物品有常用的防護(hù)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(zhì)產(chǎn)生、性質(zhì)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(yè)：頁(yè)：16-5，16-6 ，16-8，16-9，16-10（6）極硬）極硬X射線的最短波長(zhǎng)的范圍為射線的最短波長(zhǎng)的范圍為（ ） A、大于、大于0.62；B、小于、小于0.12 C、小于、小于0.05 D、大于、大于0.05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(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)Qhmv221截止頻率：截止頻率：max221hmveUheUmax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) 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(duì)比的基礎(chǔ)，是X線成像