第二章-放射物理基础(医学影像成像理论)PPT课件
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医学影像成像理论
第二章 放射物理基础
2020/6/2
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主要内容
第一节 X线的产生和性质 第二节 X线与物质的相互作用 第三节 X线的衰减规律
2020/6/2
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第一节 X线的产生和性质
1.1 X线的发现 1.2 X线的本质和特性 1.3 X线的产生 1.4 X线的产生原理 1.5 X线的量与质 1.6 影响X线量与质的因素 1.7 X线产生效率 1.8 X线强度空间分布
屏蔽防护，放射工作者应注意自身防护。
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三、 X线的产生
在发现X线之后，人们在研制产生X线设备的过程中，发现每当高速 带电粒子撞击物质而突然受阻减速时能产生X线的规律。因此现在所 使用的人工辐射源，都是利用高速带电粒子撞击靶物质而产生的。
（一）X线产生条件 1、电子源：阴极 2、高速电子流：有两个方面，其一是高压电场，使电子获得高速动
③ 电离作用：具有足够能量的X光子能击脱物质原子的轨道电子产生一次电离， 脱离原子的电子再与其它原子碰撞，还会产生二次电离。 在固体和液体中，电离后的正、负离子能很快地复合不易收集；气体中的电 离电荷却很容易收集起来。 根据电离电荷的多少来测定X线的照射(exposure) 量。多种测定照射量仪器的 探头，如电离室、正比计数管、盖革-弥勒计数管等都是利用这个原理制成。 电离作用是X线对于肌体损伤和治疗的基础，但同时对人体也有伤害。
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X线波长很短，介于紫外线和射线之间，约为10-8～10-12 m；频率很高，约
在3×1016～3×1020 Hz。
由于光子能量不同，电磁辐射分为电离辐射和非电离辐射。
1. 非电离辐射：微波、红外线、可见光等，由于光子能量小，不能引起物
质电离的辐射；
2. 电离辐射：紫外线、X线、γ射线等，于光子能量大，能使物质产生电离
发现X线三个月后，维也纳一家医院首先用它协助外科手术。使用的是充 气X线管，产生的X线量甚微，拍摄一张头颅片需要曝光20 min。是X线在 医学中应用的初始阶段。
从伦琴发现X线到现在的100多年里，X线日益广泛地应用在医学诊断和治
疗上，而且在物质结构分析、工业探伤、科研等方面都发挥了巨大作用。
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体脱水而改变颜色。 3、生物效应特性 ① X线在生物体内能产生电离和激发作用，使生物体产生生物效应。生物细胞特别
是增殖性强的细胞，经一定量的X线照射后，可以产生抑制、损伤、甚至坏死。 ② 人体组织吸收一定量X线后，因其对X线敏感程度的不同而出现种种反应，这一
作用可在放射治疗中得到充分应用。 ③ X线对人体的ຫໍສະໝຸດ Baidu常组织有一定的损伤作用，必须注意非受检部位和非治疗部位的
与物质相互作用发生能量交换时，突出表现了它的粒子性。
微粒性 主要表现为X线光子在辐射和吸收时具有能量、质量和动量。X 线的波长、频率、波速c和能量E、质量m关系：
E=hν
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λ=c/ν
(2-1)
h为普朗克常数，h=6.626×10-34 J·s。
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（二）X线的特性
1、 物理特性：穿透性、荧光作用、电离作用、热作用
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④ 热作用：物质吸收X线能量，最终绝大部分都便成热能，使物体升温。 物质吸收X线能量，最终绝大部分都将变为热能，使物体产生温升。 测定吸收剂量的量热法是利用X线的热作用。
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2、化学特性 ① 感光作用：当X线照射到胶片上的时候，溴化银药膜起化学变化，出现银粒沉淀。 ② 着色作用：某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X线长期照射后，其结晶
① 穿透性：X线的能量很大，波长很短，穿透力很强。穿透性与其波长、 物质的性质、结构有关。Z高、ρ大的物质，吸收X线多，穿透性差。
不透过性组织：骨骼系统，含有大量的钙质，钙的Z(20)较高，骨吸收X 线最多；
中等透过性组织：软组织(结缔组织、肌肉、软骨等)及体液都是由氢、 碳、氮、氧等低Z原子组成，ρ与水相近；
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一、X线的发现
1895年11月8日，德国物理学家W．C．Rontgen做阴极射线管(cathode ray tube，CRT)实验时，出乎意料地发现了一种肉眼看不见的“光线”，它 能穿透许多物质，并能使铂氰化钡发出荧光。叫X射线，简称X线或X光， 又称伦琴射线。
1901年，伦琴为此获得诺贝尔奖。
能；其二是高真空度环境，使电子在高速运动中免遭气体分子的阻挡 而降低能量，同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。 3、适当障碍物---靶：阳极
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(二)X线产生装置
医用X线机分为诊断机和治疗机两大类。用于透视、摄影和特殊检查 的X线机统称为诊断用X线机；诊断用X线机的管电压一般在40～150kV。 用于疾病治疗的统称为治疗用X线机。 由主机、机械装置及辅助设备等几部分组成。 主机：是产生X线的最基本组成部件，由X线管、高压发生器、控制 台组成。
的辐射。
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1. X线具有波动性 X线与其它电磁波一样具有波动和微粒性；与可见光 一样具有衍射、偏振、反射、折射等现象。
波动性 表现在以一定的波长和频率在空间传播；是一种横波，传播速 度在真空中与光速相同，可以用波长、频率(frequency) 描述。
2. X线具有微粒性 波动性不能解释它的光电效应、荧光作用、电离作 用等；只能用爱因斯坦的光量子理论，即把X线束看做是由一个个微粒-X光子组成的来解释。
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二、 X线的本质和特性
（一） X线的本质 是一种电磁波。波长很短，大约与晶体内呈周期排列的
原子间距同一数量级，在1×10-10m左右。 与可见光、红外线、紫外线、γ射线一样，属于电磁辐射
(electro magnetic radiation)，是电磁波；这些电磁 波的本质完全相同，波长或频率有差别。
可透性组织：脂肪组织成分与软组织相似，但排列稀疏，ρ比软组织小， X线的透过性较好；肺部、胃肠道、副鼻窦及乳突内等均含有气体，也 是由氢、氮、氧等组成，但分布非常稀疏，密度很小，透过性能很好。
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② 荧光作用：X线照射某些物质时，物质的原子被激发或电离；当恢复到基态时， 放射出可见荧光的物质，如CaWO4、铂氰化钡、银激活的硫化锌等。 透视用的荧光屏，摄影用的增感屏，影像增强器中的输入屏和输出屏，测定 辐射量的闪烁晶体、荧光玻璃等是利用X线的荧光作用制造的。
第二章 放射物理基础
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主要内容
第一节 X线的产生和性质 第二节 X线与物质的相互作用 第三节 X线的衰减规律
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第一节 X线的产生和性质
1.1 X线的发现 1.2 X线的本质和特性 1.3 X线的产生 1.4 X线的产生原理 1.5 X线的量与质 1.6 影响X线量与质的因素 1.7 X线产生效率 1.8 X线强度空间分布
屏蔽防护，放射工作者应注意自身防护。
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三、 X线的产生
在发现X线之后，人们在研制产生X线设备的过程中，发现每当高速 带电粒子撞击物质而突然受阻减速时能产生X线的规律。因此现在所 使用的人工辐射源，都是利用高速带电粒子撞击靶物质而产生的。
（一）X线产生条件 1、电子源：阴极 2、高速电子流：有两个方面，其一是高压电场，使电子获得高速动
③ 电离作用：具有足够能量的X光子能击脱物质原子的轨道电子产生一次电离， 脱离原子的电子再与其它原子碰撞，还会产生二次电离。 在固体和液体中，电离后的正、负离子能很快地复合不易收集；气体中的电 离电荷却很容易收集起来。 根据电离电荷的多少来测定X线的照射(exposure) 量。多种测定照射量仪器的 探头，如电离室、正比计数管、盖革-弥勒计数管等都是利用这个原理制成。 电离作用是X线对于肌体损伤和治疗的基础，但同时对人体也有伤害。
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X线波长很短，介于紫外线和射线之间，约为10-8～10-12 m；频率很高，约
在3×1016～3×1020 Hz。
由于光子能量不同，电磁辐射分为电离辐射和非电离辐射。
1. 非电离辐射：微波、红外线、可见光等，由于光子能量小，不能引起物
质电离的辐射；
2. 电离辐射：紫外线、X线、γ射线等，于光子能量大，能使物质产生电离
发现X线三个月后，维也纳一家医院首先用它协助外科手术。使用的是充 气X线管，产生的X线量甚微，拍摄一张头颅片需要曝光20 min。是X线在 医学中应用的初始阶段。
从伦琴发现X线到现在的100多年里，X线日益广泛地应用在医学诊断和治
疗上，而且在物质结构分析、工业探伤、科研等方面都发挥了巨大作用。
2020/6/2
体脱水而改变颜色。 3、生物效应特性 ① X线在生物体内能产生电离和激发作用，使生物体产生生物效应。生物细胞特别
是增殖性强的细胞，经一定量的X线照射后，可以产生抑制、损伤、甚至坏死。 ② 人体组织吸收一定量X线后，因其对X线敏感程度的不同而出现种种反应，这一
作用可在放射治疗中得到充分应用。 ③ X线对人体的ຫໍສະໝຸດ Baidu常组织有一定的损伤作用，必须注意非受检部位和非治疗部位的
与物质相互作用发生能量交换时，突出表现了它的粒子性。
微粒性 主要表现为X线光子在辐射和吸收时具有能量、质量和动量。X 线的波长、频率、波速c和能量E、质量m关系：
E=hν
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λ=c/ν
(2-1)
h为普朗克常数，h=6.626×10-34 J·s。
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（二）X线的特性
1、 物理特性：穿透性、荧光作用、电离作用、热作用
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④ 热作用：物质吸收X线能量，最终绝大部分都便成热能，使物体升温。 物质吸收X线能量，最终绝大部分都将变为热能，使物体产生温升。 测定吸收剂量的量热法是利用X线的热作用。
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2、化学特性 ① 感光作用：当X线照射到胶片上的时候，溴化银药膜起化学变化，出现银粒沉淀。 ② 着色作用：某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X线长期照射后，其结晶
① 穿透性：X线的能量很大，波长很短，穿透力很强。穿透性与其波长、 物质的性质、结构有关。Z高、ρ大的物质，吸收X线多，穿透性差。
不透过性组织：骨骼系统，含有大量的钙质，钙的Z(20)较高，骨吸收X 线最多；
中等透过性组织：软组织(结缔组织、肌肉、软骨等)及体液都是由氢、 碳、氮、氧等低Z原子组成，ρ与水相近；
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一、X线的发现
1895年11月8日，德国物理学家W．C．Rontgen做阴极射线管(cathode ray tube，CRT)实验时，出乎意料地发现了一种肉眼看不见的“光线”，它 能穿透许多物质，并能使铂氰化钡发出荧光。叫X射线，简称X线或X光， 又称伦琴射线。
1901年，伦琴为此获得诺贝尔奖。
能；其二是高真空度环境，使电子在高速运动中免遭气体分子的阻挡 而降低能量，同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。 3、适当障碍物---靶：阳极
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(二)X线产生装置
医用X线机分为诊断机和治疗机两大类。用于透视、摄影和特殊检查 的X线机统称为诊断用X线机；诊断用X线机的管电压一般在40～150kV。 用于疾病治疗的统称为治疗用X线机。 由主机、机械装置及辅助设备等几部分组成。 主机：是产生X线的最基本组成部件，由X线管、高压发生器、控制 台组成。
的辐射。
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1. X线具有波动性 X线与其它电磁波一样具有波动和微粒性；与可见光 一样具有衍射、偏振、反射、折射等现象。
波动性 表现在以一定的波长和频率在空间传播；是一种横波，传播速 度在真空中与光速相同，可以用波长、频率(frequency) 描述。
2. X线具有微粒性 波动性不能解释它的光电效应、荧光作用、电离作 用等；只能用爱因斯坦的光量子理论，即把X线束看做是由一个个微粒-X光子组成的来解释。
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二、 X线的本质和特性
（一） X线的本质 是一种电磁波。波长很短，大约与晶体内呈周期排列的
原子间距同一数量级，在1×10-10m左右。 与可见光、红外线、紫外线、γ射线一样，属于电磁辐射
(electro magnetic radiation)，是电磁波；这些电磁 波的本质完全相同，波长或频率有差别。
可透性组织：脂肪组织成分与软组织相似，但排列稀疏，ρ比软组织小， X线的透过性较好；肺部、胃肠道、副鼻窦及乳突内等均含有气体，也 是由氢、氮、氧等组成，但分布非常稀疏，密度很小，透过性能很好。
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② 荧光作用：X线照射某些物质时，物质的原子被激发或电离；当恢复到基态时， 放射出可见荧光的物质，如CaWO4、铂氰化钡、银激活的硫化锌等。 透视用的荧光屏，摄影用的增感屏，影像增强器中的输入屏和输出屏，测定 辐射量的闪烁晶体、荧光玻璃等是利用X线的荧光作用制造的。