医学成像技术课件-2x射线的产生

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1、医学成像X-射线产生喻罡副教授中南大学生物医学工程研究所目标一、理解韧致辐射与标识（特征）辐射的产生原理二、了解影响X射线发射谱的因素2电磁辐射E=hf=hc/λ波长能量c为光速h为普朗克常数电磁辐射光谱X射线是由高速电子撞击物质的原子所产生的一种波长较短的电磁波，且具有波粒二象性.波长范围在0.001nm-1nm或更长波长<0.1nm硬X射线波长>0.1nm软X射线原子结构原子结构：原子核(Z质子与N中子)Zorbitalelectrons原子序数（Z）确定原子的化学性质原子质量数A=Z+N

2、电子数=核内质子数（Z）原子质量数ntAZX原子序数nt能级结合能（BindingEnergy）钨（Z=74)一个电子的结合能等于使电子脱离原子所需的能量。结合能：与原子序数有关，随原子序数的增加而增加。注意：只有较高原子序数元素的K壳层电子所有的结合能是在临床诊断用的X-射线光子的相同能量范围内。K-shell:2个电子K-shell:69.5keVL-shell:8个电子L-shell:12keVM-shell:18个电子M-shell:3keVN-shell:32个电子N-shell:1keVO

3、-shell:50个电子O-shell:0.1keV电子辐射电子辐射的两个基本原理：•1.要使一个电子移至更高能级或脱离原子（电离），必须从某些能源获得能量。•2.如果一个电子移至更低的能级，电子必须释放出能量，通常出现某种形式的辐射。X射线产生机制1.电子源2.高速电子流3.产生X-射线的靶X-射线管X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束

4、轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时还将靶极设计成转动式的。X-射线管阳极:阳极是X射线管的正极,与电源中的正端连接.目前有两种类型阳极:固定阳极与旋转阳极.X射线管阳极的主要功能:(1)把电子的能量转换成X辐射(2)把转换过程中产生的热量散掉.转化效率:(1)阳极材料的原子序数(Z)(2)电子本身的能量阳极靶面:是阳极中受电子轰击的区域,在固定阳极X射线管中,靶为一镶嵌在铜阳极上的钨合金.而在旋转阳极X射线管中,整个旋转的圆盘都是靶.目前钨是作为靶的主要材料主要原因是

5、:(1)钨原子序数较大，可以产生高效率的射线。(2)钨的热传导性好，是一种有效的散热金属(3)钨材料具有很高的熔点(3410℃)。X-射线管X射线靶的特征元素元素符号原子序数K特征X射线熔点钨W7459.0keV3410OC钼MO4217.4keV2600OC铑Rh4519.7keV3200OC某些用于乳房射线管,其阳极使用钼制成.它产生的标X射线光子所具有的能量很适合这种特殊应用.X-射线管阴极:是射线管的负极，主要由灯丝和聚焦罩两部分组成。灯丝通常采用高熔点的钨丝材料绕制而成。阴极的主要作用是从电路中发射电

6、子，并且把它们会聚成预先设计好的电子束聚焦在阳极靶面上。X-射线管X-射线的焦点:实际焦点与有效焦点对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点。实际焦点---灯丝辐射的热电子在靶面上的轰击面积。有效焦点---实际焦点在X线投照方向上的投影。角度实际焦点电子束宽度有效焦点胶片X-射线管‘角度实际焦点实际焦点电子束宽度电子束宽度增加实际焦点大小有效焦点胶片胶片角度越小----分辨率越好X-射线管设实际焦点宽为a，长为b，则投影后宽度不变，长度为bsin，即有效焦点＝实际焦点＊sin表示阳极靶面与

7、Ｘ线投照方向的夹角。一般固定阳极Ｘ线管的靶角为15～20度减小有效焦点面积可通过减小靶角来实现，但靶角太小，由于Ｘ线辐射强度分布的变化，投照方向的Ｘ线量将大大减少。焦点大小对影像清晰度的影响X-Ray焦点---有效焦点愈小,影像清晰度越高，图像锐利度越好。X射线产生机制当高速电子束轰击金属靶时会产生两种不同的X射线。一种韧致辐射(连续X射线)，另一种是标识辐射(特征X射线)。它们的性质不同、产生的机理不同，用途也不同。1.韧致辐射：是高速电子与靶原子核发生相互作用的结果,其释放的能谱是连续的.2.标识辐射：

8、是高速电子与内层电子相互作用,产生标识辐射.也叫特征辐射,特征辐射的谱是线状的.韧致辐射高速电子打到靶上，电子经过原子核附近,受到原子核吸引力的作用发生偏折减速,在这个碰撞过程中电子所损失的能量便以一个X射线光子的形式放出.X射线光子的最大能量由管电压的最大值决定。其中99%的能量转化为热能,只有1%的转化为X射线光子.韧致辐射的产生韧致辐射白辐射(whiteradiation)