十三、 X 射线

1. 山东大学精品课程 十三、X射线 医学物理学

2. 1895年伦琴发现了 X 射线，劳厄用晶体衍射实验，证明 X 射线是一种波长较短的电磁波。 • X 射线的发现，对物质微观结构理论的深入研究和技术上的应用都有重大意义。 • X 射线在医学诊疗中也有着广泛的应用，它与近代科技相结合，更成为现代医学不可缺少的工具。 医学物理学

3. 一、X 射线的基本性质： 1.电离作用—— 气体分子在 X 射线照射下，将电离成离子对，而成为导电体。 对有机体可诱发各种生物效应;电离作用可用于测量 X 射线强度; 治疗某些疾病（癌细胞电离后，代谢功能差）。 2. 荧光作用—— X 射线照射某些物质，能使其发出荧光（如：ZnSO4、铂氰化钡、钨酸钙、磷等物质）;用它们涂在纸板上就构成荧光屏。 医学物理学

4. 3.光化作用—— X 射线可使物质发生光化反应，（如照相底版感光，记录 X 射线谱强度）。 4. 贯穿本领—— 物质对 X 射线的吸收与 X 射线波长有关，也决定于物质的原子序数或密度。人体密度不同（或 Z 不同），X 强度有空间强弱分布，用于透视照相。 5.生物效应—— X 射线在生物体内产生电离和激发，破坏或改变生物功能。故有治疗作用或损坏作用，也正是要对 X 射线进行防护的原因。 医学物理学

5. 医学物理学

6. X 射线 冷却液 电子 K A A-阳极（靶） K-阴极 K由钨丝制成,当钨丝通 电加热时产生热电子。热 电子受 A、K 之间电场的 作用高速撞击阳极 A，发 射出X射线 。 真空管 X射线管示意图 二、X射线的发射和发射谱 (X-ray emission and emission spectrum) X射线中有两类辐射，轫 致辐射(连续谱)和标识辐射（线状谱）。 轫致辐射 高速电子受到靶的制动使运动速度变化 而发射的电磁波。 医学物理学

7. 1、连续谱机制： 轫致辐射 —— 高速电子撞击钨靶重原子时，该电子损失动能、并偏转，同时一部分动能转化为一个 X 光子的能量辐出去。 医学物理学

8. Kβ Kα 相对强度 或 50 kV 10 40 kV 6 35 kV 2 30 kV 20 kV 0.02 0.06 0.10 波长／nm 电子被高压加速所获得的动能为 K = eU U是阳极与阴极之间的电势差。 轫致辐射的X射线中包含各种波长成分，即连续谱。短波长(短波极限) 0 与电子全部动能转变为光子能量相对应，即 0 是与0 相对应的轫致辐射频率。 右图表示在不同加速电压下钨靶 发出的X射线连续谱(实线)。 医学物理学

9. 短波极限 随管电压增加而向短波方向移动。 蓝移 短波极限与阳靶的物质种类无关 医学物理学

10. Kβ Kα 相对强度 50 kV 10 40 kV 6 35 kV 2 30 kV 20 kV 0.02 0.06 0.10 波长／nm 2、线状谱机制： 当加速电压超过某临界值时，X射线中，还包含线状谱，即标识辐射。 标识x射线谱的波长取决于阳靶的材料，可以作为识别这种元素的标记。 图中点线画出了在35 kV加速电压下 ，钼靶发出的两条标识谱线K和 K叠加在连续谱上的情形。 医学物理学

11. 标识谱：内层电子获能后，向外逃逸，产生空穴；外层电子向该空穴跃迁时，发出线状 X 射线谱。 医学物理学

12. n O 5 4 N 3 M 2 L 1 K L M K K L M K K L 实验表明，大多数元素的标识谱都包含两个线系， 即K线系和L线系，原子序数大的元素会出现更多的 线系，它们是M线系和N线系。如图所示。 对K谱线的频率，莫塞莱 （H.G.J.Moseley）总结出经 验公式 式中R是里德伯常量，Z是原子序 数。这一规律称为莫塞莱定律。 莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法。 医学物理学

13. 三、强度和硬度 1、强度—— 单位时间内垂直通过单位面积的辐射能，X 光强度正比于高速电子流的数目。 强度 表示x射线的量,它与单位时间内打在靶上的电子数成正比,电子数越多,转变为光子也就越多.保持一定的管电压,通过调节管电流来控制x射线的强度. 医学物理学

14. 贯穿本领决定于X 射线的波长，X光子的频率越高，X光子能量越大,贯穿本领越大,X射线越硬. 2、硬度——X射线贯穿物质的能力。 当管电压增加时,X光子的能量也增加了,X 射线的硬度增加了. 可通过调节管电压来控制X射线的硬度。 医学物理学

15. 3、滤波： 长波 X 射线易被物质吸收，短波 X 射线可透过，故 X 射线在贯穿过程中，越来越硬（ X 射线的硬化）。 常用铜、铝过滤长波 X 射线，使 X 射线频率区变窄。 铝可吸收铜的标识 X 射线谱，故用铜板前、铝板后方法去滤除 X 射线的长波段射线。 医学物理学

16. 四、X 射线的吸收 1.吸收—— X 线通过某物质后其强度的减弱过程。 实验表明，单能X射线通过物质时的吸收规律与可见光相同，也服从指数衰减规律： 医学物理学

17. μ与Z、λ近似地适合下式： k是比例常数 结论： 1）长波X射线比短波X射线更容易被吸收。在浅表治疗时，应使用低能X射线，在深部治疗时，则使用高能X射线。 2）原子序数越高的物质，吸收本领越大。骨的成分Ca、P的原子序数比肌肉主要成分H、O、C的原子序数高，因而骨的吸收系数比肌肉组织大得多。透视时，会出现骨骼的明显阴影。患者吞服钡盐也是因钡的原子序数高，吸收本领大，可显示出胃肠的阴影。铅的原子序数很高，被广泛用做X射线的防护材料。 医学物理学

18. 临床上常用质量吸收系数μm和质量厚度dm，以消除密度的影响。临床上常用质量吸收系数μm和质量厚度dm，以消除密度的影响。 于是X射线的吸收规律可写为 医学物理学

19. 五、半价层： 1、定义 —— 射线强度衰减一半所经过的物质厚度， 医学物理学

20. 半价层与线性或质量吸收系数成反比。利用换底公式可得半价层与线性或质量吸收系数成反比。利用换底公式可得 X射线通过一个半价层厚度后强度减为入射强度的1/2，通过二个半价层强度减为1/4，通过N个半价层强度减为1/2N。 由于在物质中X射线的长波成分比短波成分衰减得快，当连续X射线通过金属铝、铜做成滤过板后，长波成分被强烈吸收，这样得到的X射线不但硬度高，而且射线谱的范围变窄，可以适应医疗上的不同需要。 医学物理学

21. 六、X射线的医学应用 1.治疗应用 肿瘤的X射线治疗是放射治疗的重要组成部分，X射线的激发与电离作用是X射线治疗肿瘤的物理基础。足够的能量沉积在细胞内时，就会破坏它们的再生能力，从而达到治疗肿瘤的目的。 2.诊断 1.透视和摄影 数字X射线摄影技术可提供更高的影像对比度，更合理地降低病人的受线量，更有效地组织影像检查流程。 2. 造影检查 钡餐显示胃肠 、有机碘显示动脉影像、数字减影血管造影 医学物理学

22. 3.软X射线的应用 乳腺摄影，具有对比度高和清晰度好等特点，为乳腺的良性病变和乳腺癌的早期诊断提供了良好的手段。 4.计算机断层成像技术 CT具有非常高的密度分辨率，可准确测量各组织的X射线衰减系数 ，并通过各种计算进行定量分析。 医学物理学

23. 普通X射线摄影，结构互相重叠，不能观察到内部的细节。而断层摄影的二维断层图像，不存在结构影像重叠问题，同时利用图像三维重建技术，还可显示人体的三维结构。 医学物理学