16第十六章 X射线成像的物理基础介绍

16.2.1 X射线衍射
① ②
· ··· · · ··· · · ··· · · ··· ·
相邻两层的波程差是,
由此我们得到X射线衍射波加强的条件为
式中m是正整数,m =1,2,3, ···时,反射束分别为
第一,第二,第三级反射线束. 这个公式称为布拉格-乌利夫公式
λ2 λ1
θ 晶体
X射线摄谱仪简图
金刚石结构模型
罗莎琳德 ·富兰克林 (Rosalind Franklin) 1920年生于伦敦,15岁就立志要当科学家,但父 亲 并不支持她这样做.她早年毕业于剑桥大学, 专业是物理化学. 1945年,当获得博士学位之 后,她前往法国学习X射线衍射技术.
当X射线穿过晶体之后,会形成衍射 图样 ——一种特定的明暗交替的图形.不同的 晶体产生不同的衍 射图样,仔细分析这种 图形人们就能知道组成晶体的原子是如何 排列的.富兰克林精于此道,她成功的拍摄 了DNA分子是单链结构的螺旋体X射线衍 射照片.这张照片正是发现DNA结构的关 键
获得能量而处于激发态,当它们重新回到基态 时,将多余的能量释放出来而发出荧光.
4.感光作用
X射线能够使很多物质发生光化学反应.
5.生物效应
X射线照射机体能够在体内产生电离和激 发并诱发各种生物效应.
16.1.3 X射线的强度和硬度
X射线的强度 单位时间内通过与射线方向垂直的单位
面积的辐射能量为X射线的强度,用 I 表示
§16.1 X射线的产生及其基本性质 §16.2 X射线衍射 X射线谱 §16.3 X射线的吸收 §16.4 X射线成像
§16.1 X射线的产生及其基本性质
1901年,首届诺
贝尔物理学奖授予 德国物理学家伦琴, 以表彰他在1895年 11月8日偶然发现的 X射线.
伦琴的实验室
历史上第一
张人体的X照片: 伦琴妻子的手. 摄于1895年12 月22日
布拉格,以表彰他们在1913年用X射线对晶体结构的分
析所作的贡献.
主要贡献: 开创英国固态物理测定晶体构造
提出 Bragg 方程 : 2dsinθ=m 制成第一台X-射线光谱仪 利用X-射线绕射方法研究晶体构造
布拉格父子于1913年借助X射线 成功地测出金刚石的晶体结构, 并提出了“布拉格公式”,为最终 建立现代晶体学打下了基础,于 1915年获奖.当时,小布拉格年 仅25岁,是至今为止最年轻的诺 贝尔奖获得者.
X射线的产生装置 X射线管、低压电源、高压电源。
加在两极间的直流高压称为管电压. X射线 管内两极间形成的电流称为管电流.
16.1.2 X射线的基本性质
1.贯穿作用 X射线对各种物质具有不同程度的贯穿作用. 2.电离作用 X射线能使物质的分子和原子电离.
3.荧光作用 一些物质的原子或分子受X射线照射时因
思考题2: (P402 16—2)
什么是X射线硬度?如何提高X射线硬度? 在进行X射线照射时,是否硬度越硬越好?
答:(1) X射线硬度是指X射线对物质的贯 穿本领;
(2)可以通过加大X射线仪中的管电压 来提高X射线的硬度;
(3)不是.要根据具体需要调整X射线的 硬度,否则会造成伤害.
§16.2 X射线衍射 X射线谱
X射线的硬度
X射线硬度是指X射线对物质的贯穿本领.
增加X射线硬度的方法：
增加管电压，使每个光子的能量 增加。
在医学上通常用管电压的千伏数（kV） 来表示X射线的硬度,称为千伏率.
X射线按硬度的分类
名 称 管电压/kV 最短波长/nm 主要用途
极软X射线 5~20
0.25~0.062 软组织摄影 , 表皮治疗
软X射线 20~100
0.062 ~0.012 透视和摄影
Байду номын сангаас
硬X射线 100~250 0.012 ~0.005 较深组织治疗
极硬X射线 250以上
0.005以下 较深组织治疗
思考题1: (P402 16—1)
X射线强度为什么可以用管电流来表示?
答:因为控制管电流就可以控制阴极发射 电子的数量,发射电子数量的多少决定产 生的X射线光子数量的多少,而光子数量的 多少是X射线强度大小的标志.
第十六章 X射线成像的物理基础
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教学要求：
1.重点：X射线的产生，X射线强度和硬度的 概念，X射线连续谱和标识谱的产生机制， X射线衍射的布拉格公式，X射线连续谱 的短波极限公式，物质的吸收系数， X—CT的基本原理，扫描技术，图像重建 方法，CT值，窗口技术。
2.理解：X射线的基本性质、半价层，吸收 系数与波长的关系，常规X射线投影成像。
1953年沃森（J.Watson，1928） 和 克 里 克 （ F.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
1896年1月,在发现X射线后仅几周，芝 加哥电气技师 Grubbe 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.
1914年诺贝尔物 理学奖授予德国法兰 克福大学的劳厄 ( Laue ,1879-1960),以 表彰他在1912年发现 了晶体的X射线衍射.
X射线是波长为10-3~10nm的电磁 波。它具有光波的一切性质。
式中 为X射线光子的频率 Ni为频率为 的X射线的光子数 h为普朗克常量
增加X射线强度的方法：
1. 增加管电流，使单位时间内轰击阳极靶 的电子数增多，从而增加所产生的X射线 光子数目N。
2. 增加管电压，使每个光子的能量 增加。
在临床上用管电流的毫安数（mA）来 表示X射线的强度，称为毫安率。
管电流的电流值与辐射时间的乘积表示 X射线的总辐射能量。
关于X射线的描述： 1.是电磁波,遵从波的规律:折射,反射,干 涉,衍射,….； 2.波长短,小于10nm
频率高,大于 1016 Hz; 3.人眼看不到；
4.可以视为光子；
5.能量强,可达几百KeV。
16.1.1 X射线的产生
X射线的产生条件
1. 有高速运动的电子流； 2. 有适当的障碍物—靶。
就像子弹打在坦克上会发 出声音和火花一样.
已知d,可求波长,分析X射线 已知波长,求晶面间距,分析晶体 结构
1915年诺贝尔物理学奖 ——X射线晶体结构分析
L.布拉格(1890-1971) H.布拉格(1862-1942)
英国物理学家 小布拉格
老布拉格
1915年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利.布拉
格和他的儿子英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯.