影像物理 X线课后答案学习

1-1,产生X 射线需要哪些条件?答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶：在阴极和阳极间的高压直流电,为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失,要制造压强小于10 -4Pa 的真空环境,为此要有一个耐压、密封的管壳。

1-2影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些?答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。

1-3在X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5xl08ms -1,求连续X 射线谱 的最短波长和相应的最大光子能量。

答：此题的思路是由动能公式221mv E k =求出电子的最大动能,此能量也是最大的光子能量,从而求出最短波长。

但当速度可与光速c ＝3×108ms -1相比较时,必须考虑相对论效 应,我们可以用下面公式求出运动中电子的质量。

kg c v m m e 3023122010052.1)2/1(11011.9/1--⨯=-⨯=-= keV J v m h e 8.731018.1)10)5.1(10052.121211428302=⨯=⨯⨯⨯⨯==--ν nm h hc0169.0max min ==νλ此题的结果告诉我们,管电压为73.8kV 。

反过来,如果知道管电压,求电子到达阳极 靶表面的电子速度时,同样需要考虑相对论效应。

1-4下面有关连续X 射线的解释?哪些是正确的?A.连续X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果;B.连续X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果;C 连续x 射线的最大能量决定于管电压;D.连续X 射线的最大能量决定决定于靶物质的原子序数;E.连续X 射线的质与管电流无关。

正确答案:B 、C 、E1－5.下面有关标识X 射线的解释,哪些是正确的?A.标识X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果;B.标识X 射线的产生与高速电子的能量元关;C.标识X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定;D.滤过使标识X 射线变硬；E.靶物质原子序数越高，标识X 射线的能量就越大。

正确答案:A 、C 、E1-6影响X 射线能谱的因素有哪些?答：电子轰击阳极靶产生的X 射线能谱的形状(归一化后)主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。

当然,通过附加滤过也可改变X 射线能谱的形状。

1-7影响X 射线强度的因素有哪些?答：x 射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X 射线传播方向上的单 位面积上的光子数量与能量乘积的总和。

可见，射线强度是由光子数目和光子能量两 个因素决定的。

影响X 射线强度(量与质}的因素很多，主要有：增加毫安秒，X 射线的质不变、量增加,x 射线强度增加;增加管电压，X 射线的质和量均增加，X 射钱强度增加;提高靶物质原子序数。

X 射线的质和量均增加，X 射钱强度增加;增加滤过，X 射线的质增加，但X 射线的量减少；增加离X 射线源的距离，X 射线的质不变，X 射线的量减少，X 射线强度减少；管电压的脉动，X 射线的质和量均降低，X 射线强度减少。

1－8 原子放出X 射线前是静止的，为了保持活动不变，当它发出X 射线时，原子经历反冲。

设原子的质量是M ，X 射线的能量为h ν，试计算原子的反冲动能。

答：次提到关键在于利用X 射线的动量和能量的关系：c h p ν=根据动量守恒，可知：ch p Mv ν== 这样，原子的反冲动能为2222)(21Mc h Mv ν= 1－9 X 射线摄影中，光电效应和康谱顿效应对影响质量和患者防护各有和利弊？答：诊断中的光电效应有利的方面是能产生质量好的影像。

原因是：（1）不产生散射线，大大减少了照片灰雾；（2）可增加人体不同组织和造影剂对造影剂的吸收差别，产生高对比度的X 射线照片，对提高诊断的准确性有好处。

有还的方面是：入射X 射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的吸收剂量。

从全面质量观点讲，应尽量减少每次X 射线检查剂量。

康谱顿效应产生的散射线增加了照片灰雾，降低了影响的对比度，但与光电效应相比受检者吸收的计量较低。

另外，从受检者身上产生的散射线能量与原射线相差很少，并且散射线对称的分布在整个空间，这一事实必须引起重视，医生和技术人员及病人家属注意防护。

1－10 0.5cm 的铝将单能X 射线强度衰减到46.7％，试求该光子束的HVL.答：根据衰减规律,0x e I I μ-=可知,%7.465.000μ-=e I I 得线性衰减系数μ＝1.523cm -1 据μ693.0=HVL ,得HVL=0.455cmAl1-11 质量衰减系数、质能转移系数和质能吸收系数三者之间的区别和联系怎样？答：X 射线与物质相互作用时，一般情况，光子的一部分能量以散射辐射的方式从吸收体中辐射掉，另一部分转化为高速电子或正电子的动能。

质量衰减系数ρμ表示入射X 射线与相互作用的总概率，它包括所有可能发生的相互作用的概率之和。

质能转移系数ρμtr 表示相互作用过程中光子能量转移给带电粒子的那一部分份额的总和。

不过，由于光和反应及其他一些过程的发生概率很小，因而带电粒子的能量主要来自光电效益、康普顿效应和电子对效应。

传递给带电粒子的能量，其中又有一部分转移成韧致辐射。

质能吸收系数ρμcn 表示扣除韧致辐射后，光子交给带电粒子的能量用于造成电离、激发，从而真正被物质吸收的那一部分能量所占的份额。

在数量上他们之间的关系为ρμρμνρμρμνρμρμtr en en en tr tr g h E h E )1(,,-=⋅=⋅= 1-12已知人射光子的能量为hv,散射角为φ,试求散射光子的能量,并分析低能入射和高能入射光子在900方向上光子散射的情况。

电子的静止能量为2m e C 2。

答：由能量守恒和动量守恒可得,散射光子能量h ν'为:)cos 1(1ϕανν-+='h hα为人射光子能量h ν和电子的静止能量m 0c 2的比值, m 0C 2=m e C 2 =0. 511 MeV 。

当φ=900时,.1ανν+='h h 由于(1+α)>α,故MeV h h 511.0=<'ανν,这说明,不管入射光子的能量有多高， 900散射光子的能量最大不超过0.511MeV 。

1-13 X 射线在物质中的衰减规律x e I I μ-=的适用条件是什么?答：单能、窄束、均匀物质。

1,-14 若空气中各组分的质量百分比为氮75% ,氧23.2％，氩1.3%,试计算在能量为20keV 光子作用下,空气的质量衰减系数。

已知氮、氧、氩的质量衰减系数分别为 0.36、0.587、和8.31 (m 2.kg -1)。

答：根据混合物或化合物的质量衰减系数公)(514.0013.031.8232.0587.075.036.0)()()(12-⋅=⨯+⨯+⨯=++=kg m P P P Ar Ar O O N N ρμρμρμρμ2-7客观对比度、图像对比度与成像系统的对比度分辨力三者之间存在怎样的关系?答：客观对比度也称物理对比度,为物体各部分(被检者的组织器官)的密度、原子序 数及厚度的差异程度。

客观对比度的存在是医学成像最根本的物理基础。

图像对比度是可见图像中灰度、光密度或颜色的差异程度,是图像的最基本特征。

一个物体要形成可见的图像对比度,它与周围背景之间要存在一定的客观对比度,当某种物理因子作用于物体后,能够形成一定的主观对比度,被成像系统的探测器检测出。

如果客观对比度较小,成像系统的对比度分辨力低,则所得的图像对比度小,图像质量差, 所以图像对比度的形成取决于客观对比度、主观对比度与成像系统的对比度分辨力。

2-8可通过哪些方法形成主观对比度?答：广义上讲主观对比度是某种物理因子(如X 射线、超声波、射频电·磁波、放射性核素等与物体(人体)相互作用后所表现出的特征变化,或物体(人体)自身某种物理因子表现出的特征(如温度的分布) ,形成了某种物理因子对比度。

当强度均匀的X 射线投照到人体,由于人体存在客观对比度(人体各种组织、器官的密度、原子序数及厚度的差 异) ,对X 射线衰减不同,使透射出人体的X 射线的强度分布发生了变化,形成X 射线对比度。

由于声遇到声阻抗不同的界面时,会产生反射,且在声阻抗差别越大的界面,声的 反射越强,当强度均匀的超声波投照到人体,由于人体组织声阻抗的差别,不同的界面对超声波的反射不同,从而形成反映组织差异的超声对比度;利用多普勒效应,探测投射到流动血液上超声波频率的变化,则可形成另外一种超声对比度反映血流情况。

人体不同的部位、组织温度有所不同,其红外辐射可形成红外对比度。

引入体内的放射性核素会因参与体内物质的运输、集聚、代谢,而在空间有特定的分布,由此其衰变时发出的射线(如γ射线)便会形成放射性活度对比度。

人体中能够产生核磁共振的自旋核(如IH)分布及所处的状态不同,当用静磁场、射频场激励这些自旋核,使其发生核磁共振时,它们所产生的核磁共振信号特性便会有所不同,从而形成核磁共振信号对比度。

人体不同组织的电特性不同,给人体施加特定的电场,可形成电流对比度、电压对比度和阻抗对比度等。

2-9图像的模糊度与哪些因素有关?答：理想、情况下,物体内每一个小物点的像应为一个边缘清晰的小点。

但实际上,每个小物点的像均有不同程度的扩展,变得模糊(失锐)了。

通常用小物点的模糊图像的线度表示物点图像的模糊程度,称为模糊度。

图像的模糊度与成像系统的空间分辨力有很大关系。

成像系统的空间分辨力是成像系统区分或分开相互靠近的物体的能力,以单位距离(mm或cm)内可分辨线对(一个白线条与一个黑线条组成一个线对)的数目来表示,单位为LP/mm(或LP/cm) ,显然单位距离内可分辨的线对数越多,成像系统的空间分辨力越高,所得图像的模糊度越小。

由于成像系统的对比度分辨力对成像系统的空间分辨力有影响,所以也会对图像的模糊度产生影响.2-10图像对比度、细节可见度、噪声三者之间有怎样的关系?答：细节可见度与图像对比度有关。

图像对比度高,细节可见度高;图像对比度低,细节可见度低。

细节可见度减小的程度与细节结构的大小及图像的模糊度、图像对比度有关,当模糊度较低时,对于较大的物体,其图像对比度的减小不会影响到细节可见度;如果物体较小, 但其线度比模糊度大,则图像对比度的减小一般不会影响可见度;而当细节的线度接近或小于模糊度时,图像对比度的降低会对细节可见度产生明显的影响。

噪声对图像中可见与不可见结构间的边界有影响。

图像噪声增大,就如同一幅原本清晰的画面被蒙上了一层雾,降低了图像对比度,并减小细节可见度。

在大多数医学成像系统中,噪声对低对比度结构的影响最明显,因为它们已接近结构可见度的阔值。