大學(xué)醫(yī)用物理X射線

第一節(jié)、X射線的產(chǎn)生及其性質(zhì)第二節(jié)、X射線譜第三節(jié)、X射線的衰減第十五章X射線第四節(jié)、X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用11本章要求：1、掌握X射線強(qiáng)度和硬度的概念、X射線及

X射線譜產(chǎn)生的微觀機(jī)制、短波極限，

X射線的衰減規(guī)律及應(yīng)用。2、理解X射線機(jī)的基本組成，X射線的性質(zhì)。3、了解X射線在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用。21德國(guó)的物理學(xué)家-倫琴（1845-1923）

31世界上第一張人類活體骨胳照片，倫琴夫人手的X射線照片。攝于1895年12月22日

陰極射線管

41倫琴的發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了歐美，美國(guó)《生活》雜志于1896年發(fā)表的這幅漫畫(huà)，著實(shí)渲染了一番X射線的穿透一切的威力。51一、X射線的產(chǎn)生X射線X射線管KA-+高壓電源高速運(yùn)動(dòng)的電子突然受阻時(shí)，會(huì)有一部分能量（<1%）轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線。X射線的產(chǎn)生及描述1、產(chǎn)生X射線的條件:(1)高速運(yùn)動(dòng)的電子流(2)適當(dāng)?shù)恼系K物——陽(yáng)極靶61X射線的產(chǎn)生及描述2、X射線產(chǎn)生的裝置（1）X射線管發(fā)射出X射線（2）高壓直流電源

產(chǎn)生幾萬(wàn)伏~幾十萬(wàn)伏直流電壓加到X射線管的陰陽(yáng)極之間。（3）低壓直流電源

加低電壓（5~10V）于陰極兩端，使之發(fā)熱發(fā)射電子。71二.X射線的性質(zhì)X射線是波長(zhǎng)為0.006

~12n

m的電磁波，具有電磁波的共性。但因波長(zhǎng)短，光子能量大，除具有電磁波的一系列性質(zhì)外，還有如下特性：

X射線的產(chǎn)生及描述1.熒光作用能量較大的光子，照射到某些物質(zhì)時(shí)，能使其原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光。臨床診斷用的熒光屏、熒光攝影都是利用這一性質(zhì)。2.感光作用（光化學(xué)作用）X射線能使一些物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。照相底片感光——拍攝X光片的原理813.電離作用高能量能使一些物質(zhì)的原子和分子電離。電離作用還可以誘發(fā)有機(jī)體的各種生物效應(yīng),合理利用可用于治療。X射線的性質(zhì)4.生物效應(yīng)其原發(fā)機(jī)制是X射線在生物體內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)和電離，使組織細(xì)胞受到損害、抑制，甚至壞死。是放射治療的基礎(chǔ)，也是X射線工作者應(yīng)當(dāng)注意防護(hù)的原因。5.貫穿本領(lǐng)高頻，對(duì)實(shí)物物質(zhì)的貫穿本領(lǐng)大于低頻波動(dòng)。對(duì)不同物質(zhì)的貫穿能力的差別可以進(jìn)行透視、攝影和防護(hù)。91三.X射線的強(qiáng)度和硬度強(qiáng)度

X射線的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的幅射能量，單位：W·m-2管電流大X光子多單位面積的射線能量大強(qiáng)度高

改變強(qiáng)度方法101三.X射線的強(qiáng)度和硬度硬度醫(yī)學(xué)中用管電壓的千伏數(shù)表示X射線的硬度管電壓高電子動(dòng)能大每個(gè)X光子的能量大不易吸收貫穿本領(lǐng)大—硬

X射線的硬度是指X射線對(duì)物質(zhì)的貫穿本領(lǐng)，它決定于X射線的波長(zhǎng)（即能量hv），單位：kv改變硬度方法通過(guò)調(diào)節(jié)管電壓來(lái)控制X射線的硬度111三.X射線的強(qiáng)度和硬度

Kv

5名稱管電壓

主要用途極軟X射線~200.25~0.062軟組織攝影，表皮治療

軟X射線~201000.062~0.012透視和攝影硬X射線~1002500.012~0.005軟深組織治療250以上0.005以下深部組織治療極硬X射線

最短波長(zhǎng)（nm)121二.線狀X射線譜一.連續(xù)X射線譜第二節(jié)X射線譜131X射線管發(fā)射的X射線不是單色的，它包含多種的波長(zhǎng)成份。按照它們波長(zhǎng)的順序?qū)⑵鋸?qiáng)度排列開(kāi)來(lái)的圖譜，叫做X射線譜。X射線譜示意圖X射線譜X射線譜包含兩部分：曲線下面斜線部分對(duì)應(yīng)于照片上的背景，包含各種不同波長(zhǎng)的射線，為連續(xù)譜；另一部分是曲線上凸出的尖峰，有較大的強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)照片上的明線譜線，相當(dāng)于可見(jiàn)光中的明線光譜，為標(biāo)識(shí)譜。上部：譜線強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系。下部：照在膠片上的射線譜。141X射線譜包括兩部分：X射線譜（1）連續(xù)X射線任何X射線管都會(huì)產(chǎn)生；（2）線狀X射線表示靶材料原子的特征。1、連續(xù)X射線譜（1）產(chǎn)生機(jī)制：連續(xù)X射線的發(fā)生是軔致輻射過(guò)程。軔致輻射：當(dāng)高速電子流撞擊在陽(yáng)極靶上，電子在原子核的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，速度和方向都發(fā)生急劇變化，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為光子的能量hv而輻射出去。由于各個(gè)電子損失的動(dòng)能不同，從而形成具有各種頻率的連續(xù)X射線。151（2）連續(xù)譜特性連續(xù)X射線譜②X射線強(qiáng)度自零起隨波長(zhǎng)的增加而迅速增大，達(dá)到最大值后緩慢下降。③當(dāng)管電壓升高時(shí)，各種波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度均隨之增大，強(qiáng)度極大值向短波方向移動(dòng)。20K30K40K50K

相對(duì)強(qiáng)度表明相應(yīng)波長(zhǎng)變短①X射線管在管電壓較低時(shí)只出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。161

相對(duì)強(qiáng)度20K30K40K50K

強(qiáng)度為零的相應(yīng)波長(zhǎng)是連續(xù)譜中最短波長(zhǎng)，稱為短波極限。連續(xù)X射線譜特性連續(xù)X射線譜管電壓為U，光子具有的最大能量為hvman，連續(xù)X射線譜的短波極限與管電壓成反比，與實(shí)驗(yàn)一致。1712、線狀X射線譜（標(biāo)識(shí)X射線譜）譜線的波長(zhǎng)位置僅決定于陽(yáng)極靶的材料，不同元素制成的靶具有不同的線狀X射線譜。X射線譜（1）產(chǎn)生機(jī)制：管電壓高于某限度值時(shí)，除軔致輻射外還有特征輻射，即高速電子進(jìn)入靶內(nèi)，與原子的內(nèi)層電子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用使其脫出，出現(xiàn)電子躍遷，所發(fā)射的是線狀X射線。（2）線狀譜特性181對(duì)鎢靶X射線管，當(dāng)管電壓升到70kV以上時(shí)才能激發(fā)標(biāo)識(shí)X射線。

相對(duì)強(qiáng)度100K150K200K65K

醫(yī)用X射線管發(fā)出的主要是連續(xù)X射線，線狀射線所占比例很少，它的存在對(duì)臨床應(yīng)用是多余的。

標(biāo)識(shí)X射線的研究，對(duì)于認(rèn)識(shí)原子的殼層結(jié)構(gòu)和化學(xué)元素的分析非常有用，近年發(fā)展的微區(qū)分析技術(shù)，是根據(jù)樣品發(fā)出的標(biāo)識(shí)X射線來(lái)鑒定各微區(qū)中的元素成分，該技術(shù)已開(kāi)始在醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)用。線狀譜特性191三.半價(jià)層一.衰減現(xiàn)象二.衰減規(guī)律第三節(jié)X射線的衰減201一.衰減現(xiàn)象二.衰減規(guī)律當(dāng)X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，X光子與物質(zhì)中的原子發(fā)生相互作用，光子一部分被吸收，一部分被散射，X射線在原方向上的強(qiáng)度逐漸減弱。線性吸收系數(shù)

質(zhì)量吸收系數(shù)

m描述物質(zhì)吸收X射線的本領(lǐng)的物理量，與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與物質(zhì)的密度有關(guān)。質(zhì)量厚度X射線的衰減211(1)原子序數(shù)高，吸收本領(lǐng)大