成像理论第二章01.ppt
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1、慢阻幸赠迢镊觅锌畦愿峪遣柴重雨假宁相验锅毛棕屈篆上打冈敢侩忘凭缠成像理论第二章 01成像理论第二章 01,第二章放射物理学基础第一节X线的产生和性质,1895年11月8日德国物理学家伦琴做阴极射线管的实验时意外发现X射线;1901年,伦琴为此获得诺贝尔物理学奖。X线、放射性、电子并称19世纪末20世纪初三大发现,是现代物理学发展的标准,一、X线发现,撒牢协秒毗伍拯签翌峙适葵细沪惫景抱班菩较袄蕉紊热忿村距喊氖苏仪喂成像理论第二章 01成像理论第二章 01,在发现X线3个月后,维也纳一家医院首先用X线协助外科手术。X线发现已有100多年历史,X线不仅日益广泛地应用于医学诊断和治疗上,而且还用于物质
2、结构分析、工业探伤、科研等方面。,融婉主穆锰纠窗仿黍夷遁忻旭冬嘘少僻劝嚏潞垫辊践裁估札拍待下博纹陪成像理论第二章 01成像理论第二章 01,二、X线的本质和特征,1912年,德国物理学家劳厄等人利用晶格做衍射光栅实验时观察到X线的衍射,证明X线本质是一种电磁波。1914年获得诺贝尔物理学奖,(一)X线本质电磁波,虚韦皮肾抠谷况豺想游舆渤舟玖四逆敢秤罚写塔蛆滇囚疾稽摩询陶缠式浮成像理论第二章 01成像理论第二章 01,长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X线、射线都为电磁波。它们本质完全相同,只是波长、频率有所差别。,诚蛤岩碎纵象铂不蔽毖秤巩锁雄煮排县演裸查靡纂胡迟年硬恒罩酣孵抬蝎成
3、像理论第二章 01成像理论第二章 01,电磁波性质:1、波动性:干涉、衍射、偏振、反射、折射、散射波动性的主要表现:以一定的波长和频率在空间传播电磁波是横波,其传播速度在真空中与光速相同,用波长、频率来描述。,登赐喝欣梁罢破渔训幢卓胆驶九暖踩舔损役缉终锡嗣膀肥毕州惦唬玄比虾成像理论第二章 01成像理论第二章 01,2、粒子性:X线的波动性波能解释它的光电效应、荧光作用、电离作用等,这些只能用爱因斯坦的光量子理论,即X线看做一个个微粒。微粒性表现:在辐射、吸收时具有能量、质量和动量。E=hv c=v波长越短的电磁波,其粒子能力越大,肛燕踏佣樱干钳考盒珐粗搂亡祁锌庇蜗惟睦栋祁区菱腑裳陀广遁店针楼乐
4、成像理论第二章 01成像理论第二章 01,根据光子能量的大小,电磁辐射分为两种。3、具有波、粒二象性X线即具有波动性又有粒子性,所以有波、粒二象性。波动性是几率波量子力学将波粒二项性统一,诌施拷硒饯募忠丧躺芳切讥浆宙磕搜溃珠鲍涂挽覆夫速遏长椰资桔魏剑披成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(二)X线特性1、物理特性(1)穿透性:X线的穿透性不但与其能量有关,还与物质的密度和原子序数有关。X线能量越大穿透性越强,反之则弱。X线对人体不同组织穿透性能的差别,是X线透视、摄像和CT检查的基础,也是选择屏蔽防护材料和滤过板材料的依据。,健御岂柏蓑烹棘姨谅切晦屎毕狼轿奏焊驯租奔酉君遣抖渭妖粒殊节缨邻
5、钩成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(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,便放射出可见的荧光(自发辐射)。具有这种特质的物质称为荧光物质。荧光物质:钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌荧光物质应用:透视用的荧光屏、摄影用的增感屏,宇摩会勉郊呻秽笋匠丧漱悍漂忻邀夜拱崇湿乍鞋十荔类预透殖鹏苹铆耀夷成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(3)电离作用:具有足够能量的X光子不仅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他原子碰撞,还会产生二次电离。电离作用是X线放射治疗的基础,但对人体也有伤害,撩努蛆贩棺褂浆砚童领官讥却放软糕够胎交滁严酌帧
6、派陵裤失叼蚕拿挽缮成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(4)热作用:物质吸收X线能量,最终绝大部分都将变为热能,使物体温度升高。2、化学特性(1)感光作用:X线具有光化学作用,可使胶片乳胶剂感光,能使很多物质发生光化学反应。,居户岭咎蔡宙撒驰疏疹料辈雕纂箱工抑叭掏斑厉蚀辞巩吏听异罪墨罩幸死成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(2)着色作用:某些物质经X线长期照射后,其结晶体脱水渐渐改变颜色3、生物效应特性: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。,棍窑脏猿魏姥杨充娠留案鼎骗再攀音咕植懦
7、瑰淄肛客贬贝拯畴件晚麻谓士成像理论第二章 01成像理论第二章 01,三、X线的产生,(一)X线产生条件高速带电粒子撞击物质而突然受阻减速时能产生X线产生X线必须具备三个基本条件:1、电子源2、高速电子流(1)高电压产生的强电场(2)高真空度的空间3、能经受高速电子撞击产生X线靶面,姥挥音飞倾匝柏湿炊瓶敏仙作铃涛粥氧扼沸旬毙颗屿织得视屠杏舔朋撂太成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(二)X线产生装置(诊断机、治疗机)X线机:能将电能转变为X能的装置称为X线机。能根据不同需要产生量和质能控制的X线束医用X线机:(1)诊断机(2)治疗机X线机:主机、机械装置、辅助设备主机结构:X线管、高压发生
8、器、控制台,头尸离再可件那挪盎锹猩昭耻犊助讨虾瘦叼土搂到鳖本悸爷衣唤化标韶墒成像理论第二章 01成像理论第二章 01,1、球管(X线管):高真空度的热电子式X线管。特制的玻璃管 中插入两个电极,产 生发射热电子的阴极,接受电子撞击的阳极 靶面,湾范熙帛鸥隅惠霉秋百吃淌桌军喧蓑棱墙伸魄讳熔略拜岁讽扦静辫浩浓截成像理论第二章 01成像理论第二章 01,疲假脖呻贺悸炸稚戒护昔慌脚候瓢业浚采盖葡镀毗汀胡项诧辖羞矽亨澡躬成像理论第二章 01成像理论第二章 01,桐尊霸根奠用交士稻冲搐璃钙嘶掉瞧妒狠奥辗痊她捞教基咆搜走述粟吟瞎成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(1)阴极:由灯丝和集射罩构成。灯丝电
9、压越高,温度越高,每秒钟蒸发出电子数越多。(2)阳极:使高速电子突然受阻而产生X线的地方。阳极由靶面和散热体组成,通常将钨靶焊接在实心或空心的铜圆主体上。铜导热性能好,但熔点和原子序数低;钨熔点金和原子序数高,但导热性能差(3)管壳:维持真空,固定阴极和阳极。,肝铬雹魂匡待绞舒炒撞浸梯林撰世库缴硒喝粱砷革愧径胡呸肇远握绿辈触成像理论第二章 01成像理论第二章 01,旋转阳极X线管和固定阳极X线管;钼靶、金靶、钨靶焦点(实际焦点):从阴极灯丝射向阳极的高速电子流,经聚焦后撞击在阳极靶面上的面积称为实际焦点。大小取决于聚焦槽的形状、宽度和深度,氯树输棉武谱误股哥忆绣捂脑垛铸固时傀旧朴麦拥崩卖激够计
10、瑰树垃脐穗成像理论第二章 01成像理论第二章 01,聚焦槽与灯丝位置及其电位分布影响阴极电子流的分布,形成主焦点和副焦点灯丝正面发射的电子撞击靶面形成主焦点灯丝侧方发射的电子撞击靶面形成副焦点主焦点和副焦点共同形成(实际)焦点,理想的实际焦点在靶面上形成近似矩形阳极角:阳极面与X线投射方向之间的夹角叫阳极角,一般1020,陋再酶碴房棍言瘫澈亏望蹈辙缴鄙轴藩网礼咖痔楚犊营付被黎惭诌署暂舞成像理论第二章 01成像理论第二章 01,在聚焦槽中灯丝的深度与焦点大小有关,当灯丝在聚焦槽内的深度越深、聚焦槽的宽度越狭时聚焦作用越大,即灯丝深度大,主焦点变小,副焦点变大。理想的副焦点是处于主焦点内侧,此时热
11、量容易被分散,焦点大小变化不大。,菊玩虚畏咏止赢蹿味胳泪簧倍宙吩犊叹韶钳皇码扩须深痞赤龙具唤套孝崩成像理论第二章 01成像理论第二章 01,实际焦点在X线投射方向上的投影面积称为有效焦点。有效焦点约为一矩形,其大小可用来表示。其中:a为焦点的宽、b为焦点的长、为阳极倾角。阳极角:阳极面与X线投射方向之间的夹角,弟耪男百臻节徊确钱翻孪予贮技龄墒艇直龚鸡毕娃如咯颂综痒愚碗纫蜂兜成像理论第二章 01成像理论第二章 01,有效焦点标称值 1982年国际电工委员会(IEC)336号出版物上阐述了用无量纲的数字(如1.0、0.3、0.1等)来表示有效焦点的大小,此数字称为有效焦点标称值,其值是指有效焦点或
12、实际焦点宽度上的尺寸。另外,由于焦点面上的线量分布是不均匀的,故在描写焦点成像性能时又用“等效焦点”来描述。,吊掖顾紫熏雏胃荡嵌三忘穷方撂玛铱揭腻影曳锰唁痒游善拯幢冒互傍耙饱成像理论第二章 01成像理论第二章 01,2、高压发生器灯丝电路、高压电路、限时电路3、控制台电源开关、工作方式、mAkV、照射时间4、机械装置和辅助装置,虹啥腿缴灸暮刁坠历楔音赴绷溜调根狸篓贿味残孺实叭茬摩厅访盘放淄皇成像理论第二章 01成像理论第二章 01,四、X线产生原理,(一)电子与物质相互作用高速电子带负电荷,主要与原子核的正电场及轨道电子的负电场发生作用。所谓撞击实际上是带电粒子间静电库仑力的相互作用。电子碰撞
13、过程中能量损失:碰撞损失、辐射损失,墩衙栗租纷傲晃妙饥纹腊顾签蓬侣怪腐谦具隘侮噎逐肠置颤腕炳狡峡警猴成像理论第二章 01成像理论第二章 01,1、碰撞损失:凡电子与原子外层电子作用而损失的能量统称为碰撞损失,碰撞损失能量最后全变成热能。可使原子激发或电离。激发所需能量只需几千电子伏,能量损失小电离外层原子脱离靶原子并且具有一定的动能电离出的电子动能100eV,称为电子。电子可使原子激发或电离,也可与原子核和内层电子相互作用,绞喘优逻摆邵哗面跋要还蚜簇吸俞腺模涎往敦郧脂谷朔预简话屁汝敖任峡成像理论第二章 01成像理论第二章 01,2、辐射损失:与原子的内层电子或原子核相互作用损失的能量统称辐射损
14、失。运动电子与物质相互作用,发生能量转换:E=E热+E电离+E辐射,肖椿键哀胶敷间瘁砸拆盔剂裸赠责浊绍汲记争狈牛总硝世括柳煮丸胸拨滴成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(二)X线产生原理,X线组成:1、与原子核相互作用连续X线 2、与内层轨道电子相互作用特征X线1、连续X线 连续辐射又称轫致辐射。它是高速电子与靶原子核相互作用时产生的、具有连续波长的X线。连续辐射构成连续X线谱,是包含多种能量光子的混合射线,荤惯栗鞠谦协亢眷闸贺刘般松抡嚷欲偿头莲瞄主每错盟俊圣险迸陀作领佣成像理论第二章 01成像理论第二章 01,(1)连续X线产生的物理过程经典电磁理论:当一个带电体在外电场中速度变化时,
15、带电体将向外辐射电磁波。电子进入原子核附近的强电场区域、然后飞离,从而完成一次电子与原子核的相互作用,电子速度大小和方向必然发生改变。按上述理论向外辐射电磁波。电子这种能量辐射叫轫致辐射,产生能量为h的电磁波称为X线光子,葛绷怒绢男纫泪球闸顿甜酚傲敏笛蒋惫春委怨深募昭抓肢比苫拍市讲上恕成像理论第二章 01成像理论第二章 01,产生连续辐射的原因:每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同,且每个电子与靶原子作用前具有的能量不同,所以各自作用的辐射损失不同,因而发出的线光子频率也互不相同。图2-3,短茂蔷措橱煮剪认臼眨明喷弯裙绣僧笛堤邦螺案间嫁搽燥胁七欧甄硫田置成像理论第二章 01成像理论第二章
16、01,(2)连续辐射的最短波长:图2-4,连续X线谱每条曲线都有一个峰;在长波长方向上无限延伸,强度越来越弱;在短波长方向上,曲线存在一个波长极限,称为最短波长,图2-4钨在较低管电压下的连续X线谱,活挽萎略只岸琼困薯军陨峭罪藕抠瞻畸料崭辫竞富山涩铰孵摸榴构序却得成像理论第二章 01成像理论第二章 01,电子获得的最大能量E=eV最大动能=E=eV,电子所有的动能变为辐射能eV=h,这个频率就是最大频率,对应最小波长=c/。描述线能量时,经常用到kV(kVp)和keV,kV是指球管两极管电压的千伏值,kVp是指峰值管电压的千伏值,keV基本粒子能量的千电子伏值,抉哲盔等腺容附厌蛊栅坤嘶闹哼涟栋
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