X射线基本原理课件.ppt

1 X射线发现与发展 人类研究微观世界的“三大发现” X射线的发现 1895年伦琴 1901年诺贝尔物理奖 放射性的发现 1896年贝克勒尔（铀） 1898年居里夫妇 （钋、镭） 1903年诺贝尔物理奖 电子的发现 1897年汤姆生 1906年诺贝尔物理奖 X射线发现与发展 1895年11月8日,德国物理学家W.C.Rontgen在其实验室作CRT实验时发现 X射线,也称伦琴射线 1901年,伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。 发现X射线后三个月,协助首例外科手术,20min拍摄1张头颅片 之后X射线应用迅速发展,广泛用于物质结构分析、工业探伤、科研等领域 在临床上的应用, X射线摄影/透视,X射线CT 剂量控制与图象质量 诊断X射线的技术发展一直致力于用尽量低的剂量获得清晰影像： 提高X射线产生的效率 X射线管、高压发生控制 提高X射线的质量 高压发生控制、滤过、限束器、滤线栅 提高X射线影像信息的获取能力 床面板、增感屏、闪烁屏、数字化探测器 提高X射线系统影像 焦点、SID/SOD、准直、参数的组合、后处理 发展对比 放射性来自？ X射线来自？ 电子/光子？ 2 X射线的产生和性质 X射线的本质和特性 X射线本质上是电磁波, 介于紫外线和伽玛射线之间,具备高能量和穿透力 波长短2X10-9~6X10-12m, 频率高3X1016~3X1020Hz 波粒二象性,传播时体现波动性,与物质作用时体现粒子性 物理特性 - 穿透性(原子序数高\密度大不易穿透,例如骨骼) - 荧光作用(荧光屏\增感屏\闪烁屏) - 电离作用(可用于测量X射线,导致机体损伤,用于机体治疗) - 热作用 化学效应 - 感光作用(摄影/工业探伤) - 着色作用(物质结晶体脱水变色) 生物效应(电离和激发) - 对增殖性强的细胞的抑制\损伤\坏死 - 放射治疗 - 对正常细胞的损伤,注意放射防护 X射线的产生 高速电子撞击物质突然受阻产生X射线 1、电子源(加热的灯丝) 2、靶面(电子撞击的物质) 3、高速电子流 高电压产生的强电场 真空度较高的空间 - 电子高速运动中不受气体分子阻挡 - 保护灯丝不致因氧化而烧毁 连续辐射又称轫致辐射 a) 高速电子遇原子核受阻后,能量损失, 损失的动能以光子形式放出。 b) 电子作用核场区的深度不一样,受阻程度不一样,能量损失不一样，释放出光子的能量不一样，由此形成连续的射线谱。 特征X线又称标识X线。 高速电子能大于原子内（K-）层电子的结合能时； a) 将K层电子击出，K层形成空穴； b) 外层电子跃迁回K层填补空穴，释放光子。 该跃迁以量子能级释放能量，量子能级仅取决于靶物质的原子序数，而与外加电压无关。 由此形成特征X线。 η=KZU 约99%都转变成热能 出射X射线不足阳极靶面产生X射线的10%,利用率很低 高原子序数的材料/高熔点的材料 恒定的高压 X射线/光子/电磁波？ 单色/单能X射线？ 连续X线与靶物质/管电压？ 特征X线与靶物质/管电压？ X射线机/X光机? 3 X射线与物质的作用及成像 光电效应(吸收效应) - X射线光子与原子内层电子作用,被原子吸收,内层电子摆脱原子成为自由电子的过程 - 发生几率与光子能量的3次方成反比 - 低kV摄影或采用造影剂时,光电效应居主,产生好的对比度,但组织吸收X射线多 康普顿效应(散射效应) - X射线光子与原子外层电子作用,改变频率和角度散射出去,外层电子摆脱原子成为自由电子的过程 - 高kV摄影时,康普顿效应居主, 组织吸收X射线少,但散射线多,既影响影像,又为防护提出了较高要求 真空状态的衰减规律： 射线强度的衰减与距离的平方成反比 窄束X线的衰减规律：I=I0e-ux 射线强度的衰减与物质的密度、厚度成指数衰减关系 宽束X线的衰减规律：I=BI0e-ux 主要考虑散射线的影响，在窄束衰减规律基础上引入修正因子 连续X线 - 随吸收物质厚度的增加,强度衰减,能谱变窄,向高能转移 - 采用滤过,改变射线能谱,吸收低能