X射线成像的物理基础

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1、X射线及其医学应用X-rayanditsmedicalapplicationsX射线成像X-rayimagingX射线及其医学应用X-rayanditsmedicalapplications一、X射线的基本原理二、X射线的基本性质三、X射线在医学上的应用四、X射线的辐射防护五、总结一、X射线的基本原理ThebasicprinciplesofX-ray1、X射线概述2、X射线产生3、X射线硬度和强度4、X射线谱5、X射线衰减6、X射线衍射1、X射线概述X-rayOverview1895年，伦琴发现当高速电子撞击某些固体时，会产生一种看不见的射线，它能透过许

2、多对可见光不透明的物质，对感光乳胶有感光作用，并能使许多物质产生荧光，伦琴称它为X射线（X-ray）。研究表明X射线是波长大约在10-3～1nm范围内的电磁波。伦琴及其拍摄的第一张X照片X射线管的结构X-raytubestructure高速电子与阳极靶面相互作用存在以下四个物理过程：电离、激发、弹性散射、韧致辐射。电离：原子的外层价电子或内层电子在高速电子作用下完全脱离了原子轨道，使原子变成离子，称为电离，包括外层电离和内层电离。二次电子入射电子出射电子A外层电离二次电子入射电子出射电子B内层电离标识X射线外层电离：最外层电子轨道的能级差较小，所以外层电

3、离的光谱一般是在紫外线、可见光和红外线的波长范围，不属于X线；内层电离：内层电子脱离轨道，使原子处于激发态，通过内层电子的能级跃迁而辐射标识X射线。光学光谱激发：高速电子撞击原子外层电子，由于作用较弱，不足以使其电离，仅将其推入高能级的空壳层，使原子处于激发态，这种作用叫激发。发射光学光谱，不产生X射线。弹性散射：高速电子受原子核电场的作用而改变运动方向，但是能量不变，称为弹性散射。这种作用没有光谱辐射，也没有能量损失。韧致辐射：高速电子在原子核电场作用下，速度突然变小时，它的一部分能量转变成电磁波发射出来，这种情况叫韧致辐射。韧致辐射所产生的X射线是一

4、束波长不等的连续光谱。出射电子入射电子韧致辐射示意图连续X线高速电子与阳极靶原子撞击的结果，产生两种类型的电磁辐射。一种是光学光谱，波长在可见光、红外线、紫外线附近；另一种是X射线。（1）内层电离产生的标明元素特性的标识X射线；（2）高速电子与核电场作用所形成的韧致辐射，这是一束连续X射线。X射线产生总结3、X射线硬度和强度X-rayhardnessandintensityX射线的硬度是指它的贯穿本领，决定于波长。波长愈短的X射线，光子的能量愈大，贯穿本领愈强，它的硬度就愈大，常用于深部治疗。X射线的硬度由管电压控制，管电压愈高，轰击阳极的电子动能就愈大

5、，发射光子的能量也愈大，X射线愈硬。因此，在医学上通常用管电压来衡量X射线的硬度。X射线按硬度分类名称管电压(kV)最短波长(nm)主要用途极软X射线软X射线硬X射线极硬X射线5～2020～100250以上0.25～0.0620.062～0.0120.005以下软组织摄影，表皮治疗透视和摄影较深组织治疗深部组织治疗100～2500.012～0.005X射线的强度是指单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量。通常是在一定的管电压下，用管电流的mA数来表示X射线的强度。有两种方法增加强度：增加管电流，增加管电压。X射线应用于医学中时，必须考虑剂量和选择

6、波长，以适合诊断和治疗的要求。所以X射线的硬度和强度是两个重要的物理量。4、X射线衍射X-raydiffraction晶体的微观结构（原子、分子或离子的排列）具有周期性，当X射线照到晶体上时，组成晶体的每一个原子都可看作一个子波源，向各个方向发出子波，在某些方向上的X射线会相加干涉，使得在一些特定的方向的光束加强。晶体可能产生衍射的方向决定于晶体微观结构的类型及其基本尺寸；而衍射强度决定于晶体中各组成原子的元素种类及其分布排列的坐标。晶体衍射方法是目前研究晶体结构最有力的方法——X射线结构分析劳厄（Laue，1879-1960）1912年通过X射线在晶体

7、中衍射的实验，同时证实了X射线的波动性质和晶体内部的周期结构1913年布拉格父子（W.H.Bragg，1862-1942andW.L.Bragg，1890-1971）通过X射线的衍射强度分布测定晶体的晶格结构W.H.BraggW.L.Bragg晶体的空间点阵可划分为一族平行且等间距的平面点阵，或者称晶面(crystalplane)。ddd布拉格条件(Baggcondition)X射线由连续X射线和标识X射线组成，医学应用的是连续X射线。5、X射线谱X-rayspectraKLLL0.21.081.281.47(Å)0.51.01.50相对强度X

8、射线谱示意图当X射线管在管电压较低时，它只发射连续X射线。不产生标识X射线Å)2