最新医用物理学-18-X射线成像的物理基础课件PPT.ppt 71页

'医用物理学-18-X射线成像的物理基础 X射线成像X-rayimaging X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 X射线成像X-rayimaging X射线的产生装置：X射线管低压电源高压电源2、X射线产生X-rayproductionX射线是在高度真空的X射线管中产生的，是高速电子与阳极靶面相互作用的结果5~10V几十~几百kV 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阳极靶材料元素特性的标识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，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100～2500.012～0.005 X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(Braggcondition) 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)2-5钨的连续X每条连续谱线存在着最短波长，叫短波极限λmin。50kV40kV30kV20kV(Å)0.40.61.00.80.2相对强度钨的连续X射线谱5.1、连续X射线谱ContinuousX-rayspectra当管电压增大时，各波长强度都增大，且强度最大的波长和短波极限都向短波方向移动。 当管电压升高到一定值时，连续谱将迭加四条谱线，在曲线上出现了四个高峰。5.2、标识X射线characteristicX-ray钨的K系标识线0.0179nm0.0184nm0.0208nm0.0213nm200kV150kV100kV65kV(nm)0.040.030.020.01.0相对强度图10-2.4钨在较高管电压下的X的射线谱 当电压变化，连续谱发生变化，但这四条谱线在图中的位置始终不变。钨的K系标识线0.0179nm0.0184nm0.0208nm0.0213nm200kV150kV100kV65kV(nm)0.040.030.020.01.0相对强度图10-2.4钨在较高管电压下的X的射线谱 钨的K系标识线0.0179nm0.0184nm0.0208nm0.0213nm200kV150kV100kV65kV(nm)0.040.030.020.01.0相对强度大量实验表明，这些谱线的波长决定于阳极靶的材料，不同元素制成的靶具有不同的线状X射线谱，可以作为这些元素的标识，所以这些谱线叫标识X射线。 （1）任何元素的特征X射线的波长是固定不变的。（2）标识线只有在一定的管电压下才能出现。（3）标识线的最高频率与靶元素的原子序数的平方成正比。标识X射线的特点 二、X射线的基本性质ThebasicnatureoftheX-ray1、物理效应穿透作用：指X射线通过物质时不被吸收的本领。波长越短，穿透能力越强。在波长一定条件下，X射线的穿透性取决于被通过物质本身的结构和性质。所以X射线穿透物质后的强度变化，反映了物质内部密度差异，这正是X射线透视和摄影的物理基础。 电离作用：物质受X射线照射时，使核外电子脱离原子轨道，这种作用叫电离作用。电离作用是X射线损伤和治疗的基础。荧光作用：有些物质受X射线照射后，由于电离或激发使原子处于激发态，回到基态过程中发出荧光。热作用：物质吸收X射线最终绝大部分转变为热能，使物体温度升高。 2、化学效应感光作用：当X射线照射到胶片的溴化银上时，由于电离作用，使溴化银药膜起化学变化，出现银粒沉淀，即X射线的感光作用。X射线摄影就是利用这种X线化学感光作用，使组织影象出现在胶片上。着色作用：某些物质如铅玻璃、水晶等，经X射线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色。 3、生物效应X射线对生物细胞具有破坏、瓦解的作用，是放射治疗的基础，也是X射线工作者应注意防护的原因。它是由电离作用引起。 三、X射线的衰减X-rayattenuation单色平行X射线束通过物质时的衰减服从指数吸收规律，即：入射X线的强度透射X线的强度线性衰减系数物质厚度 使射线强度减弱为一半所需的物质厚度，称为半价厚度，又称为半价层,用x1/2表示：半价层与线性衰减系数成反比。线性衰减系数随光子的能量和物质的种类而异。如：对于50keV的X光子，铝的半价厚度为7mm,铅的半价厚度为0.1mm。可见铅对X射线的衰减本领很强，这就是通常用铅做防护材料的原因。 1、治疗方面的应用X射线主要用于癌症的治疗。它的机理是X对生物组织的破坏作用。在治疗过程中，照射量要恰当。四、X射线在医学上的应用X-rayapplicationsinmedicine X射线用于肿瘤的放射治疗1896年1月发现X射线后仅几周，芝加哥电气技师EmilGrubbe（1875-1960）即利用X射线对一名55岁患乳腺癌的妇女进行了放射治疗 2、药物分析方面的应用X射线光衍射特性能用来分析物质成分结构。在中草药研究工作中有广泛的作用，可以用来分析中草药的有效成分的结构，寻求代用品，在保护自然生态环境方面，发挥了重大作用。 劳厄（Laue，1879-1960）1912年通过X射线在晶体中衍射的实验，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研究生物大分子结构 佩鲁兹（M.Perutz，1914-2002）和肯特鲁（C.Kendrew，1917-1997）1953年通过X射线衍射法完成了血红蛋白和肌红蛋白的结构分析1947年卡文迪许实验室建立了“生物系统的分子结构单元”（Unitfor“ResearchontheMolecularStructureofBiologicalSystems”），1962年扩大为“分子生物学实验室”M.PerutzC.Kendrew 威尔金斯（M.Wilkins，1916）和弗兰克林（R.Franklin，1920-1958）通过X射线衍射法研究DNA分子的结构M.WilkinsR.Franklin威尔金斯拍摄的DNA分子的X射线衍射照片照片显示DNA分子是单链结构的螺旋体 弗兰克林于1952年5月获得的一张清晰的DNA分子的X光衍射照片由此推算DNA分子呈螺旋状，而且认识到是双链同轴排列定量测定DNA螺旋体的直径为1.0nm，螺距为3.4nm J.WatsonF.Crick1953沃森（J.D.Watson，1928）和克里克（F.H.Crick，1916）在碱基互补配对原则的基础上，构建了DNA分子双螺旋结构模型 （1）透视和摄影：可利用体内各种不同组织对X射线衰减的不同，来检查身体内部的情况，在荧光屏上或照相底片上留下灰度不同的影象以供观察。前者称为荧光透视，后者称为X射线摄影。如果要检查的组织与其周围组织的线衰减系数相差较少时，可利用造影剂来提高对比度。3、诊断方面的应用 （2）电子计算机断层摄影（简称CT）：CT原理示意图 CT扫描示意图 X-CT成像原理 G.N.HounsfieldA.M.Cormack Marconi生产的MX8000多层螺旋CT扫描系统 由MarconiMX8000得到的肺动脉栓塞的X-CT扫描图像 CT扫描图像 CT扫描图像 X射线辐射防护的基本原则：距离防护：即增加距辐射源的距离。屏蔽防护：即对射线进行屏蔽。时间防护：缩短照射时间。五、X射线的辐射防护X-rayradiationprotection 医疗X射线的防护慎重使用放射诊断与治疗提高记录和显示系统的灵敏度提高X射线的透过系数尽量减少照射野面积采用新型材料，减少不必要的衰减减少透视时间远离照射野进行必要的屏蔽 （1）X射线的硬度是指它的贯穿本领，对于一定的吸收物质，X射线被吸收愈少，则贯穿量愈大。X射线的管电压愈高，轰击阳极的电子动能就愈大，发射光子的能量也愈大，愈不易被物质吸收，因此，在医学上通常用管电压来衡量X射线的硬度。管电压愈高，X射线愈硬。（2）在X射线透视或照相时，不是硬度越高越好。而是要根据被照射物质的物理特性和用X射线透视或照相的不同目的选择不同硬度的X射线。一、X射线的硬度为什么可用电压表示？在用X射线进行透视时，是否硬度越高越好？ 滤线板能使X线的软线部分被强烈吸收，可得到硬度高，谱线窄的X射线。当同时使用两种不同物质作的滤线板时，因为各种物质在吸收X射线时都会发出自己的标识X射线。所以，应把那种既可吸收前一种物质的标识X射线，而自身的标识X射线又很容易在空气中被吸收的物质作的滤线板放在X射线最后射出的一侧。二、当同时用两种不同的物质作为X射线的滤线板时，应按什么顺序放置？为什么？ 三、X射线被衰减时，经过几个半价层，强度减少到原来的1%？解：X射线被衰减后强度若强度减少到原来的1%，则而半价层与衰减系数的关系为 答：X射线是在高度真空的X射线管中产生的，是高速电子与阳极靶原子撞击的结果。X射线由两种成分组成：一种是高速电子与原子内层电子电离作用所产生的标明元素特性的标识X射线；另一种是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。四、简述X射线的产生。 中国公民健康素养---基本知识与技能释义伊宁县第二中学 中国公民健康素养66条·基本知识和理念(25条)·健康生活方式与行为（29条）·基本技能（12条） （一）、基本知识和理念(25条)1.健康不仅仅是没有疾病或虚弱，而是身体、心理和社会适应的完好状态。2.每个人都有维护自身和他人健康的责任，健康的生活方式能够维护和促进自身健康。3.环境与健康息息相关，保护环境，促进健康。4.无偿献血，助人利己。5.每个人都应当关爱、帮助、不歧视病残人员。6.定期进行健康体检。 7.成年人的正常血压为收缩压≥90mmHg且＜140mmHg，舒张压≥60mmHg且＜90mmHg；腋下体温36℃～37℃；平静呼吸16～20次/分；心率60～100次/分。8.接种疫苗是预防一些传染病最有效、最经济的措施，儿童出生后应当按照免疫程序接种疫苗。9.在流感流行季节前接种流感疫苗可减少患流感的机会或减轻患流感后的症状。10.艾滋病、乙肝和丙肝通过血液、性接触和母婴三种途径传播，日常生活和工作接触不会传播。 11.肺结核主要通过病人咳嗽、打喷嚏、大声说话等产生的飞沫传播；出现咳嗽、咳痰2周以上，或痰中带血，应当及时检查是否得了肺结核。12.坚持规范治疗，大部分肺结核病人能够治愈，并能有效预防耐药结核的产生。13.在血吸虫病流行区，应当尽量避免接触疫水；接触疫水后，应当及时进行检查或接受预防性治疗。14.家养犬、猫应当接种兽用狂犬病疫苗；人被犬、猫抓伤、咬伤后，应当立即冲洗伤口，并尽快注射抗狂犬病免疫球蛋白（或血清）和人用狂犬病疫苗。15.蚊子、苍蝇、老鼠、蟑螂等会传播疾病。 16.发现病死禽畜要报告，不加工、不食用病死禽畜，不食用野生动物。17.关注血压变化，控制高血压危险因素，高血压患者要学会自我健康管理。18.关注血糖变化，控制糖尿病危险因素，糖尿病患者应当加强自我健康管理。19.积极参加癌症筛查，及早发现癌症和癌前病变。20.每个人都可能出现抑郁和焦虑情绪，正确认识抑郁症和焦虑症。 21.关爱老年人，预防老年人跌倒，识别老年期痴呆。22.选择安全、高效的避孕措施，减少人工流产，关爱妇女生殖健康。23.保健食品不是药品，正确选用保健食品。24.劳动者要了解工作岗位和工作环境中存在的危害因素，遵守操作规程，注意个人防护，避免职业伤害。25.从事有毒有害工种的劳动者享有职业保护的权利。 （二）、健康生活方式与行为（29条）26.健康生活方式主要包括合理膳食、适量运动、戒烟限酒、心理平衡四个方面。27.保持正常体重，避免超重与肥胖。28.膳食应当以谷类为主，多吃蔬菜、水果和薯类，注意荤素、粗细搭配。29.提倡每天食用奶类、豆类及其制品。30.膳食要清淡，要少油、少盐、少糖，食用合格碘盐。 31.讲究饮水卫生，每天适量饮水。32.生、熟食品要分开存放和加工，生吃蔬菜水果要洗净，不吃变质、超过保质期的食品。33.成年人每日应当进行6～10千步当量的身体活动，动则有益，贵在坚持。34.吸烟和二手烟暴露会导致癌症、心血管疾病、呼吸系统疾病等多种疾病。35.“低焦油卷烟”、“中草药卷烟”不能降低吸烟带来的危害。 36.任何年龄戒烟均可获益，戒烟越早越好，戒烟门诊可提供专业戒烟服务。37.少饮酒，不酗酒。38.遵医嘱使用镇静催眠药和镇痛药等成瘾性药物，预防药物依赖。39.拒绝毒品。40.劳逸结合，每天保证7～8小时睡眠。 41.重视和维护心理健康，遇到心理问题时应当主动寻求帮助。42.勤洗手、常洗澡、早晚刷牙、饭后漱口，不共用毛巾和洗漱用品。43.根据天气变化和空气质量，适时开窗通风，保持室内空气流通。44.不在公共场所吸烟、吐痰，咳嗽、打喷嚏时遮掩口鼻。45.农村使用卫生厕所，管理好人畜粪便。 46.科学就医，及时就诊，遵医嘱治疗，理性对待诊疗结果。47.合理用药，能口服不肌注，能肌注不输液，在医生指导下使用抗生素。48.戴头盔、系安全带，不超速、不酒驾、不疲劳驾驶，减少道路交通伤害。49.加强看护和教育，避免儿童接近危险水域，预防溺水。50.冬季取暖注意通风，谨防煤气中毒。 51.主动接受婚前和孕前保健，孕期应当至少接受5次产前检查并住院分娩。52.孩子出生后应当尽早开始母乳喂养，满6个月时合理添加辅食。53.通过亲子交流、玩耍促进儿童早期发展，发现心理行为发育问题要尽早干预。54.青少年处于身心发展的关键时期，要培养健康的行为生活方式，预防近视、超重与肥胖，避免网络成瘾和过早性行为。 （三）、基本技能（12条）55.关注健康信息，能够获取、理解、甄别、应用健康信息。56.能看懂食品、药品、保健品的标签和说明书。57.会识别常见的危险标识，如高压、易燃、易爆、剧毒、放射性、生物安全等，远离危险物。58.会测量脉搏和腋下体温。59.会正确使用安全套，减少感染艾滋病、性病的危险，防止意外怀孕。60.妥善存放和正确使用农药等有毒物品，谨防儿童接触。 61.寻求紧急医疗救助时拨打120，寻求健康咨询服务时拨打12320。62.发生创伤出血量较多时，应当立即止血、包扎；对怀疑骨折的伤员不要轻易搬动。63.遇到呼吸、心跳骤停的伤病员，会进行心肺复苏。64.抢救触电者时，要首先切断电源，不要直接接触触电者。65.发生火灾时，用湿毛巾捂住口鼻、低姿逃生；拨打火警电话119。66.发生地震时，选择正确避震方式，震后立即开展自救互救。 健康不仅仅是没有疾病，而是身体、心理和社会适应的完好状态。祝愿我们每个人都拥有健康的人生'