chap14 X—射线

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1、医用物理学X射线物理与电子信息教研室岳小萍3029112伟大的科学家W.K.RontgenRadiographofthehandofMrs.RontgentakenonDecember22nd,1895.(Bertha'shandwitharing)X射线内容：X射线的性质、X射线的产生、X射线谱、X射线的吸收规律、X射线在医学上的应用及X—CT基本原理§1.X射线的产生基本条件：1.有高速运动的电子流2.有适当的障碍物阻止电子运动一、装置1.X射线管2.高压电源几万—几十万伏高压3.低压电源5—10伏4.整流电路.理论和实践证明：当速度、数量相同的电子轰击阳靶时，产

2、生X光子的数量和光子能量与靶材料的Z2成正比。散热方法：散热片通风冷却旋转阳极实际焦点：电子流在靶上的实际撞击面积有效焦点：实际焦点在垂直X射线方向上的投影面积二、强度和硬度强度：单位时间，通过垂直X射线方向的单位面积上的辐射能W/㎡即：I光子数电子数管电流医学上，常用管电流的毫安数示X线的强度一定时间内，通过与射线垂直方向的单位面积的总能量：I=管电流的毫安数×辐射时间（mA·s)2.硬度：X射线的贯穿本领。由于管电压↗电子的EK↗光子的E↗吸收↘硬度↗医学上，常用管电压的千伏数示X线的硬度名称管电压（kV）最短波长(nm)主要用途极软X射线软X射线硬X射线极

3、硬X射线5～2020～100100～250250以上0.25～0.0620.062～0.0120.012～0.0050.005以上软组织摄影、表皮治疗透视和摄影较深组织治疗深部组织治疗§2.X射线谱按波长顺序，将X射线的强度排列开来的图谱获得：常用晶体衍射法。对软X射线需用精密光栅1.连续谱：含各种波长成分2.标识谱：强度较大一、连续X射线谱1.产生机制轫致辐射出现在管电压较低时由于每个电子的速度变化不同、与原子核的距离不同，因此，每个电子的能量损失不同、辐射出的光子能量不同，形成X-ray连续谱。靶原子电子hν（1）强度最大的波长λmax和强度最小的波长λmin均随

4、U↗而↘，向短波端移动2.连续谱特性（2）各管电压下，强度从长波开始，逐渐上升，达最大后，快速下降为零。相对强度λ（nm）20KV50KV30KV40KV（3）短波极限λmin与管电压U的关系设：管电压为U，电子电量为e，则电子动能为eU，即光子具有的最大能量应为即将h=6.626×10-34J·Se=1.60×10-19Cc=2.988×108m代入，并取kV为电压单位，nm为波长单位，可得：U↗→λmin↘二、标识X射线谱出现在管电压较高时1.产生机制高速电子与原子内层电子作用，将一部分能量传递给电子，使其从原子中脱出，内层空位由外层电子填充，并在跃迁过程中发出光

5、子，即辐射X射线靶原子内层电子的跃迁MKLNKαLβKβKγLαMα高速电子2.标识谱特性（1）各种元素的标识谱有相似的结构（3）按Z的顺序比较，Z↗各线系的λ↘（4）反映原子内层结构，对认识原子壳层结构很有帮助。（2）电子由不同能级到达同一壳层的空位时，发生的谱线组成一个线系。每个线系都有一最短波长边界。临床应用主要是X射线的连续谱，标识谱是多余的甚至是有害的，常将其滤去§3.X射线的基本性质一、电离作用使分子、原子电离——可诱发各种生物效应二、荧光作用使分子、原子处于激发态，回到基态时，发出荧光X射线透视的基础三、生物效应放疗的基础；防护的原因四、贯穿本领穿透能力

6、强。X射线透视和摄影的基础五、光化学作用使底片感光。医学上利用此进行X线摄影§4.物质对X射线的衰减规律一、单色X射线的衰减规律实验指出：对单色X射线，通过物质时的衰减服从指数规律：xIIO——朗伯定律I0IxxI0：入射光强x：物质厚度μ：线性吸收系数，示物质的吸收本领(cm-1)I：透射光强1.线性吸收系数μ，（1）与物质种类有关（2）与物质密度有关，ρ↗，能量损失↗，μ↗（3）与入射光波长有关，λ↗μ↗2.质量吸收系数代入朗伯定律得：式中xm=ρ·x——质量厚度（g·cm2)单位面积x示单位面积，厚度为x的吸收层质量(cm2/g)3.半价层X射线强度衰减一半时的

7、吸收体厚度(质量厚度）由取对数同理：xI0/2I0x1/2二、吸收系数与波长λ、原子序数Z的关系实验证明：医学常用低能X射线，各种元素的吸收系数近似等于：（1）对一定波长λ的X射线，Z↗→μm↗（2）对一定物质（Z一定），λ↗→μm↗硬度↘（3）对纯化合物，μm=分子所含各种原子的μmi之和骨骼：Ca3(PO4)2μm≈34846肌肉：H2Oμm2×13+1×83=514（a=3.5）X射线透视，显示骨骼的阴影X射线的硬化：单色X射线通过多层物质的衰减I0I2I1μ1μ2μ3I3x1x3x2滤线板CuAl§5X射线的医学应用一、治疗：临床上主要用于