第一次課 第一章 醫(yī)用X線機(jī) 緒論第一節(jié)-2012

醫(yī)用X線機(jī)系統(tǒng)醫(yī)工學(xué)院馮曉命科學(xué)樓五樓短臂5-1-10fengxg@課程基本內(nèi)容1、介紹X線產(chǎn)生原理2、詳細(xì)講述醫(yī)用X線機(jī)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)、單元電路原理、X線電視系統(tǒng)、中高頻X線機(jī)3、介紹近年來(lái)發(fā)展迅速的數(shù)字化X線設(shè)備及技術(shù)4、以部分常用機(jī)型為例，對(duì)醫(yī)用X線機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)性能、電路原理、故障分析等進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的介紹（XG-500、KB-500、GST-221/200mA）課程基本要求1、掌握X線產(chǎn)生的基本理論和同物質(zhì)的各種相互作用2、掌握X線機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和各種操作控制的過(guò)程3、熟悉X線機(jī)系統(tǒng)各基本單元電路的結(jié)構(gòu)和工作原理4、掌握數(shù)字化X線技術(shù)的基本原理和方法5、了解X線檢查的操作流程考核要求根據(jù)理論考試結(jié)合平時(shí)情況和實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)定成績(jī)書面考試側(cè)重基本原理、基本方法和處理實(shí)際資料能力的考察。題型以選擇題、簡(jiǎn)答題和分析題為主考核類別：閉卷考試成績(jī)組成：平時(shí)10％、實(shí)驗(yàn)20％、理論70％參考書目醫(yī)用大型X線機(jī)系統(tǒng)王溶泉（人民軍醫(yī)出版社）醫(yī)用X射線機(jī)原理與維修黎式棠（廣西科學(xué)技術(shù)出版社）現(xiàn)代大型醫(yī)用設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)、臨床運(yùn)用潘屏南等（中國(guó)醫(yī)藥科技出版社）醫(yī)用DR、CR原理構(gòu)造和維修王瑞玉（中國(guó)醫(yī)藥科技出版社）第一章X線基本原理第一節(jié)

X線產(chǎn)生原理及其基本特性主要內(nèi)容1、X線產(chǎn)生的基本條件2、高速電子同物質(zhì)相互作用的種類、對(duì)象、產(chǎn)物和特點(diǎn)3、連續(xù)X線特點(diǎn)：最短波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)、位移原則、強(qiáng)度4、標(biāo)識(shí)X線的特點(diǎn)5、X線的發(fā)生效率6、X線的量和質(zhì)7、X線透視、攝影和治療的物理基礎(chǔ)一、X線的發(fā)現(xiàn)和基本運(yùn)用1、X線的發(fā)現(xiàn) 1895年11月8日，由德國(guó)物理學(xué)家倫琴在實(shí)驗(yàn)室研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)。X線發(fā)現(xiàn)的過(guò)程陰極射線管實(shí)驗(yàn)：取一只嵌有兩金屬電極的密封玻璃管，從玻璃管內(nèi)抽出空氣，再在其兩端電極加上幾萬(wàn)伏的高壓，管內(nèi)氣體將發(fā)生高壓放電現(xiàn)象，產(chǎn)生電子流，此電子流即稱為陰極射線。陰極射線并沒(méi)有特別強(qiáng)的穿透力，連幾厘米厚的空氣都難以穿過(guò)。為遮住陰極射線管內(nèi)高壓放電時(shí)外泄的弧光，倫琴在陰極射線管外，套上一層黑色紙板，這樣就不會(huì)看到來(lái)自陰極射線管內(nèi)的高壓放電弧光。實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行，當(dāng)對(duì)陰極射線管通電時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)距陰極射線管兩米遠(yuǎn)的熒光屏（鍍有熒光物質(zhì)氰亞鉑酸鋇）開始發(fā)出明亮的熒光；再做進(jìn)一步的試驗(yàn)，用木板、衣服及厚約兩千頁(yè)的書替代黑色紙板，都遮擋不住兩米外熒光的產(chǎn)生。斷開陰極射線管的電流，熒光即消失。倫琴很快就意識(shí)到，當(dāng)電流接通時(shí)，一定有某種不可見的物質(zhì)自陰極射線管發(fā)出，激發(fā)熒光產(chǎn)生。倫琴判定：這是一種人眼看不見、但能穿透物體（紙板、木板等）的射線，這種射線能使另外一種物質(zhì)發(fā)出熒光。因無(wú)法解釋它的原理，不明它的性質(zhì)，倫琴借用數(shù)學(xué)中代表未知數(shù)的“X”作為代號(hào)，稱其為X射線。這就是X射線的發(fā)現(xiàn)與名稱的由來(lái)。后人為紀(jì)念倫琴的這一偉大發(fā)現(xiàn)，又把它命名為倫琴射線。倫琴因發(fā)現(xiàn)Ｘ射線于1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，倫琴發(fā)現(xiàn)：（1）X射線除了能引起氰亞鉑酸鋇發(fā)出熒光外，還能引起許多其它化學(xué)制品發(fā)出熒光。（2）X射線能穿透許多可見光所不能穿透的物質(zhì)；特別是能穿過(guò)人體肌肉，但卻不能透過(guò)人體骨胳：當(dāng)倫琴把手放在陰極射線管和熒光屏之間時(shí)，在熒光屏上能看到他的手骨影像。（3）X射線沿直線運(yùn)行，與帶電粒子不同，X射線不會(huì)因磁場(chǎng)的作用而發(fā)生偏移。2、X線的應(yīng)用

(1)用于體內(nèi)器官的“非創(chuàng)傷性”檢查(2)用于皮膚病、腫瘤等的治療

(3)在工業(yè)上主要用于工業(yè)探傷、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等 (4)非接觸式檢查-安檢（機(jī)場(chǎng)、車站、會(huì)場(chǎng)）3、X線開創(chuàng)臨床診斷新時(shí)代（1）20世紀(jì)50~60年代：超聲成像、γ閃爍成像（2）20世紀(jì)70~80年代：CT、MRI、SPECT、PET（3）20世紀(jì)90年代后：多排CT、PET-CT

放射診斷學(xué)/放射學(xué)(Radiology) 4、在治療方面，開辟腫瘤治療新途徑

后裝機(jī)、直線加速器、X刀、γ刀、中子刀、

精確放療、三維適形調(diào)強(qiáng)放療5、X線產(chǎn)生的基本條件a、有一個(gè)電子源（常用熱陰極）b、有一個(gè)陽(yáng)極靶（接受高速電子轟擊）c、高速電子流（高壓高真空）－－電子源+陽(yáng)極靶+高速電子流二、高速電子同陽(yáng)極靶面的相互作用1、能量角度：

碰撞損失輻射損失2、作用的物理過(guò)程：

電離激發(fā)彈性散射韌致輻射⑴電離原子的外層價(jià)電子或內(nèi)層電子在高速電子的作用下完全脫離原子軌道，使原子變?yōu)殡x子。電離發(fā)生時(shí)，原子受到撞擊，失去外層/內(nèi)層電子，呈非穩(wěn)激發(fā)態(tài)；入射高速電子克服電子結(jié)合能作功，原子獲得額外能量成激發(fā)態(tài)離子。激發(fā)態(tài)離子俘獲外層電子，回歸穩(wěn)態(tài)，釋放出之前獲得的能量。離子以電磁波形式釋放所獲能量：

內(nèi)層電離所克服的結(jié)合能大，釋放高頻短波，為不可見X光（標(biāo)識(shí)X線）；

外層電離所克服的結(jié)合能小，釋放低頻長(zhǎng)波，為可見光/熱能。⑵激發(fā) 高速電子（或二次電子）將原子的外層電子推入高能級(jí)的空軌道，使原子處于激發(fā)態(tài)。原子受撞擊后，吸收能量呈非穩(wěn)激發(fā)態(tài)，需從外層軌道吸收電子，躍遷回穩(wěn)態(tài)，并將所吸收能量以電磁波形式釋放，為低頻長(zhǎng)波，表現(xiàn)為可見光/熱能。⑶彈性散射高速電子受原子核電場(chǎng)的作用而改變運(yùn)動(dòng)方向，但其保持能量不變。無(wú)碰撞，無(wú)能量轉(zhuǎn)換。⑷韌致輻射高速電子在原子核電場(chǎng)的作用下，速度突然變小時(shí)，其一部份能量轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射出來(lái)。無(wú)碰撞，有能量轉(zhuǎn)換。韌致輻射的特點(diǎn)1、核電場(chǎng)作用下的能量轉(zhuǎn)換形式，不能用經(jīng)典理論簡(jiǎn)單地解釋。2、產(chǎn)生的X線是波長(zhǎng)不等的連續(xù)光譜：a、脈動(dòng)直流使高速電子初始動(dòng)能不等；b、高速電子進(jìn)入核電場(chǎng)前，所損失能量不相等；c、高速電子與核作用距離各異，作用程度不同；d、靶原子序數(shù)不同，核電場(chǎng)強(qiáng)度不同。+高速電子靶原子外層電子電離光學(xué)光譜標(biāo)識(shí)X線連續(xù)X線分子熱運(yùn)動(dòng)（99％）X線（1％）彈性散射激發(fā)電離內(nèi)層電子電離韌致輻射三、X線的結(jié)構(gòu)分析

電磁波譜中：

X線：0.01-100埃

醫(yī)用X線：0.01-1埃治療X線：0.01-0.1埃診斷X線：0.1-1埃

診斷用鎢靶X線管：0.2埃左右X線譜示意圖（一）連續(xù)X線鎢靶的連續(xù)X線譜1、最短波長(zhǎng)λminλmin≈12.42/V

波長(zhǎng)（埃），管電壓V（千伏）2、中心波長(zhǎng)λm≈1.5λmin

λmin＜

λ體≤2λmin3、位移原則

隨著管電壓升高，強(qiáng)度最大值和最短波長(zhǎng)均向短波方向移動(dòng)。4、連續(xù)譜線的總強(qiáng)度I連≈KIZV2 總譜線的強(qiáng)度I≈I連≈KIZV2思考題實(shí)際應(yīng)用中，為獲得相同強(qiáng)度的X線，管電壓升高多少相當(dāng)于mAs增加一倍？算術(shù)公式：I≈KIZV2要求V↗140％V經(jīng)驗(yàn)公式：V↗115％V

取決于膠片感光效果（二）標(biāo)識(shí)X線