医学影像物理学 ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对入射光子 的有效的能 量转移面积
作用的发生概率
σ ＝（ΔI / I ）/（ N • x ）
式中 I0 - 入射强度 I - 出射强度
N - 靶粒子密度
x - 靶厚度
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
单能窄束X射线的衰减规律
I
I ＝ Io e - µx
其中
µ ＝ σN
称为线性衰减系数
吸收体厚度
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的滤过和硬化
I 滤波板 I
滤去 长波 成分
λ
线质变硬
λ
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
薄靶辐射场的角分布
特点
90o 100kV
500kV
4MV 20MV
随管电压
升高最强
电子束
辐射趋向
电子束的
-90o
入射方向
第一章 普通X射线影像
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
电子对效应
入射光子与原子核周围电场相互作
用将全部能量转化为一对正负电子 在医学影像使用的X射线能量较小 光电效应为主而电子对效应不发生
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
作用概率η与作用截面σ
入射光子通过靶
时与靶粒子相互
η ＝ -ΔI / I0
每一靶粒子
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
焦点的方位特性 焦点面上靠向阴极方向的焦点较大
焦点的X线量分布
焦点面上X射线强度分布是不均匀的
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
半影对影像清晰度的影响
点光源 （有效焦点） 线光源
半影造成 影像边缘 模糊不清
f
物体 半影 d 胶片
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
+
ΔE = hv
轫致辐射产生连续X光谱
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
相 对 强 度
50KV
钨在较低管
电压下的连
40KV
最短波长的 X 光子能量最大 对应电子与原 子核一次作用 损失全部能量
Å λ
续X射线谱
30KV
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
连续X射线谱最短波长
λmin = 12.4 / U（nm）
λmin 的数值仅与管电压U 有关
不受其他任何因素的影响
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
标识辐射（characteristic X-radiation）
高速电子击出原子 内层电子所引发
标识 辐射
+
标识辐射产生固定 波长的X射线谱
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
为消除 ρ 影响而引入质量衰减系数 µm
µ m = µ /ρ
质量衰减系数反映 介质本身的吸收特 性而与其状态无关
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
光电效应
X光子 标识 辐射
产生条件：入射光 子的能量大于原子 内层电子的结合能
+
光电子
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
康普顿散射
光栏准 直系统 入射 X光
入射光子与
材料中自由
电子作用损
散射X光
失部分能量
成为波长变 长的散射光
θ
石墨 散射体
（散射角）
相 对 强 度
钼靶 X 射线管 的光谱
标识X射线的 波长仅取决于 阳极靶物质 每一种元素的 标识X射线波 长固定不变
Å
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
λ
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
实际焦点和有效焦点
焦点具面积量纲
靶 角
θ越大
实际焦点越大
对散热越有利
实际 焦点
b
θ
a
a
有效 焦点
bsinθ
对成像质量不利
X 射线辐射场的空间分布
厚靶辐射场的角分布
特点
O 电子束
因靶的吸
收效应靠
阳极一侧
X射线
辐射较弱
b c
Ia > Ib > Ic
a
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
低能X射线与物质作用的主要形式
光电效应（photoelectric effect） 康普顿散射（Compton scattering） 电子对效应（electric pair effect）
X射线诊断中（U固定时）常用 管电流的毫安数 ～ X射线强度 [量]
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的硬度（hardnees） —— 穿透物质的能力 [质]
硬度 极软 软 硬 极硬 管电压(kV) 5 ~ 20 20 ~ 100 100 ~ 250 > 250 最短波长(nm) 0.25 ~ 0.062 0.062 ~ 0.012 0.012 ~ 0.005 < 0.005 主要用途 软组织摄影 透视和摄影 浅层组织治疗 深层组织治疗
医学影像物理学
医学影像学
物理学
电子学
设备学
诊断学 检查学
基本技术路线
成像信息 电离辐射 探测 对象 非电离辐射 数字化处理
数字图像
第一章
普 通 X 射 线 影 像
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
灯丝 靶 电子束
玻壳
Βιβλιοθήκη Baidu
阴极
X光
阳极
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
产生X射线的条件 电子源 受电子轰击能发出X射线的靶
半影 P 的大小
P=dS/(f–d)
式中 d 为物体和胶片的距离 S 为有效焦点的面积 f 为光源与胶片的距离
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
X射线管的容量 管球由热承受力决定的最大负荷量 影响容量的因素
实际焦点/管电压电流/开机时间/冷却
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的物理性质 波长极短不可见 不受电磁场影响
加速电子的强电场
高度真空的环境
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
高速 电子
碰撞损失 collisionloss 热能
内层 电子
+
外层 电子 原子核
辐射损失 radiationloss X射线
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
轫致辐射（bremsstrahlung）
高速电子从原子核附近 强电场飞过引发的辐射
具很强贯穿本领 照射物体发荧光
使原子产生电离 引发光化学反应
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
单色X射线的强度
光子密度
I ＝ N • hv
连续X射线的强度
∞
光子能量
I ＝ ∫λmin I（λ） dλ
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
连续X射线最强处波长
λ m ≈ 2 λ min ≈ 2.48 / U (nm)
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
半价层（half value layer）
使X射线束的强度衰减为原来一半时 所需要的吸收层的厚度 半价层与X射线硬度及原子序数有关
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
质量衰减系数与线性衰减系数的关系
当入射 X 射线能量和吸收介质确定时
线性衰减系数 µ 与介质密度ρ呈正比
作用的发生概率
σ ＝（ΔI / I ）/（ N • x ）
式中 I0 - 入射强度 I - 出射强度
N - 靶粒子密度
x - 靶厚度
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
单能窄束X射线的衰减规律
I
I ＝ Io e - µx
其中
µ ＝ σN
称为线性衰减系数
吸收体厚度
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的滤过和硬化
I 滤波板 I
滤去 长波 成分
λ
线质变硬
λ
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
薄靶辐射场的角分布
特点
90o 100kV
500kV
4MV 20MV
随管电压
升高最强
电子束
辐射趋向
电子束的
-90o
入射方向
第一章 普通X射线影像
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
电子对效应
入射光子与原子核周围电场相互作
用将全部能量转化为一对正负电子 在医学影像使用的X射线能量较小 光电效应为主而电子对效应不发生
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
作用概率η与作用截面σ
入射光子通过靶
时与靶粒子相互
η ＝ -ΔI / I0
每一靶粒子
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
焦点的方位特性 焦点面上靠向阴极方向的焦点较大
焦点的X线量分布
焦点面上X射线强度分布是不均匀的
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
半影对影像清晰度的影响
点光源 （有效焦点） 线光源
半影造成 影像边缘 模糊不清
f
物体 半影 d 胶片
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
+
ΔE = hv
轫致辐射产生连续X光谱
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
相 对 强 度
50KV
钨在较低管
电压下的连
40KV
最短波长的 X 光子能量最大 对应电子与原 子核一次作用 损失全部能量
Å λ
续X射线谱
30KV
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
连续X射线谱最短波长
λmin = 12.4 / U（nm）
λmin 的数值仅与管电压U 有关
不受其他任何因素的影响
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
标识辐射（characteristic X-radiation）
高速电子击出原子 内层电子所引发
标识 辐射
+
标识辐射产生固定 波长的X射线谱
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
为消除 ρ 影响而引入质量衰减系数 µm
µ m = µ /ρ
质量衰减系数反映 介质本身的吸收特 性而与其状态无关
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
光电效应
X光子 标识 辐射
产生条件：入射光 子的能量大于原子 内层电子的结合能
+
光电子
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
康普顿散射
光栏准 直系统 入射 X光
入射光子与
材料中自由
电子作用损
散射X光
失部分能量
成为波长变 长的散射光
θ
石墨 散射体
（散射角）
相 对 强 度
钼靶 X 射线管 的光谱
标识X射线的 波长仅取决于 阳极靶物质 每一种元素的 标识X射线波 长固定不变
Å
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
λ
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
实际焦点和有效焦点
焦点具面积量纲
靶 角
θ越大
实际焦点越大
对散热越有利
实际 焦点
b
θ
a
a
有效 焦点
bsinθ
对成像质量不利
X 射线辐射场的空间分布
厚靶辐射场的角分布
特点
O 电子束
因靶的吸
收效应靠
阳极一侧
X射线
辐射较弱
b c
Ia > Ib > Ic
a
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
低能X射线与物质作用的主要形式
光电效应（photoelectric effect） 康普顿散射（Compton scattering） 电子对效应（electric pair effect）
X射线诊断中（U固定时）常用 管电流的毫安数 ～ X射线强度 [量]
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的硬度（hardnees） —— 穿透物质的能力 [质]
硬度 极软 软 硬 极硬 管电压(kV) 5 ~ 20 20 ~ 100 100 ~ 250 > 250 最短波长(nm) 0.25 ~ 0.062 0.062 ~ 0.012 0.012 ~ 0.005 < 0.005 主要用途 软组织摄影 透视和摄影 浅层组织治疗 深层组织治疗
医学影像物理学
医学影像学
物理学
电子学
设备学
诊断学 检查学
基本技术路线
成像信息 电离辐射 探测 对象 非电离辐射 数字化处理
数字图像
第一章
普 通 X 射 线 影 像
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
灯丝 靶 电子束
玻壳
Βιβλιοθήκη Baidu
阴极
X光
阳极
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
产生X射线的条件 电子源 受电子轰击能发出X射线的靶
半影 P 的大小
P=dS/(f–d)
式中 d 为物体和胶片的距离 S 为有效焦点的面积 f 为光源与胶片的距离
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
X射线管的容量 管球由热承受力决定的最大负荷量 影响容量的因素
实际焦点/管电压电流/开机时间/冷却
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
X射线的物理性质 波长极短不可见 不受电磁场影响
加速电子的强电场
高度真空的环境
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
高速 电子
碰撞损失 collisionloss 热能
内层 电子
+
外层 电子 原子核
辐射损失 radiationloss X射线
第一章 普通X射线影像
X射线管的特性
轫致辐射（bremsstrahlung）
高速电子从原子核附近 强电场飞过引发的辐射
具很强贯穿本领 照射物体发荧光
使原子产生电离 引发光化学反应
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
单色X射线的强度
光子密度
I ＝ N • hv
连续X射线的强度
∞
光子能量
I ＝ ∫λmin I（λ） dλ
第一章 普通X射线影像
X 射线辐射场的空间分布
连续X射线最强处波长
λ m ≈ 2 λ min ≈ 2.48 / U (nm)
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
半价层（half value layer）
使X射线束的强度衰减为原来一半时 所需要的吸收层的厚度 半价层与X射线硬度及原子序数有关
第一章 普通X射线影像
X射线在介质中的衰减
质量衰减系数与线性衰减系数的关系
当入射 X 射线能量和吸收介质确定时
线性衰减系数 µ 与介质密度ρ呈正比