医学影像物理学课件：01-X-ray
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《医学物理学》课件--X射线
铅衣防护
使用铅衣、铅围裙、铅帽 等防护用品，减少辐射损 伤。
个人防护用品
01
02
03
铅衣
用于保护身体不受X射线 辐射的伤害。
铅帽和铅围裙
用于保护头部和腹部等敏 感部位。
防护眼镜
用于保护眼睛免受辐射损 伤。
屏蔽防护
混凝土墙
用混凝土墙建造屏蔽室，可有效防止X射线辐射 。
铅板
用铅板建造屏蔽室，可有效降低辐射剂量。
激光等离子体X射线源
利用高能量密度激光产生高温高压等离子体，通过调节激光参数可产生不同波段和特性的 X射线源，具有高能效、小焦点等优势，可应用于高精度测量、微纳加工等领域。
X射线自由电子激光器
利用高能电子束在波荡器中产生X射线辐射，具有极高的亮度、相干性和稳定性等特点， 可应用于物理、化学、生物等领域的前沿研究。
等损伤。
DNA修复
02
在DNA损伤后，细胞会启动DNA修复机制，修复损伤的DNA
，以确保遗传信息的稳定性。
基因突变
03
DNA损伤如未得到及时修复，可能引起基因突变，从而导致
遗传性疾病或癌症的发生。
对人体的作用
皮肤损伤
X射线能够穿透皮肤，导致皮肤炎症、溃疡和皮肤 癌等。
致癌作用
长期接触X射线可增加患癌症的风险，特别是肺癌 、乳腺癌和皮肤癌等。
免疫系统损伤
X射线能够影响免疫细胞的活性，导致免疫力下降 ，易感染疾病。
遗传效应
X射线还能够影响生殖细胞，导致遗传物质变异， 遗传给后代。
03
X射线在医学上的应用
X射线摄影
胸部X射线摄影
常用于检测肺部感染、肺癌、 肺结核等疾病。
腹部X射线摄影
医学影像物理学课件
US影像的处理方法
US影像的处理主要包括图像增强、滤波、数字化存储和传输 等。通过对US影像进行处理，可以提高图像质量、降低噪声 干扰、突出显示病变等。
03
医学影像的质量与评价
医学影像的质量标准
1 2
空间分辨率
指影像中可分辨的相邻两个物体质点间的最小 距离，是衡量影像质量的重要参数。
对比度分辨率
双盲法评价
采用双盲法进行评价，即评价人员不知道影像的具体信息，只对其质量进行评估。这种方 法可减少评价的主观性和误差。
04
医学影像的安全与防护
医学影像的安全操作规程
操作前必须进行安全检查，确保设备 正常运行，无安全隐患。
操作过程中，必须严格遵守安全操作规程 ，避免因不当操作造成的意外伤害。
操作后应及时清理设备及周围环境 ，确保整洁、卫生。
选用高质量的教材和参考书籍，注重 实用性和科学性，同时加强与实际应 用的结合。
03
教学方法
采用多种教学方法，如课堂讲解、案 例分析、小组讨论等，以激发学生的 学习兴趣和思维能力。
医学影像的培训制度及内容
培训制度
制定医学影像专业人员的培训制度，包括岗前培训、在岗培训和脱产培训等 ，确保从业人员具备必要的专业素质。
03
此外，医学影像物理学还为医学诊断和治疗提供了重要的物理技术支持，如放 射治疗、光子治疗等物理治疗方法。
02
医学影像的生成与处理
X线影像的生成与处理
X线影像的生成原理
X线是一种电磁波，具有穿透性，可以穿过人体组织并被记录下来。X线影像 的生成主要是通过X线管产生的X线投射到人体上，然后通过荧光屏或数字化 探测器将X线转化为可见光图像。
辐射防护措施及安全教育
对辐射源进行严格管理，确保安全存放和使用。
US影像的处理主要包括图像增强、滤波、数字化存储和传输 等。通过对US影像进行处理，可以提高图像质量、降低噪声 干扰、突出显示病变等。
03
医学影像的质量与评价
医学影像的质量标准
1 2
空间分辨率
指影像中可分辨的相邻两个物体质点间的最小 距离，是衡量影像质量的重要参数。
对比度分辨率
双盲法评价
采用双盲法进行评价，即评价人员不知道影像的具体信息，只对其质量进行评估。这种方 法可减少评价的主观性和误差。
04
医学影像的安全与防护
医学影像的安全操作规程
操作前必须进行安全检查，确保设备 正常运行，无安全隐患。
操作过程中，必须严格遵守安全操作规程 ，避免因不当操作造成的意外伤害。
操作后应及时清理设备及周围环境 ，确保整洁、卫生。
选用高质量的教材和参考书籍，注重 实用性和科学性，同时加强与实际应 用的结合。
03
教学方法
采用多种教学方法，如课堂讲解、案 例分析、小组讨论等，以激发学生的 学习兴趣和思维能力。
医学影像的培训制度及内容
培训制度
制定医学影像专业人员的培训制度，包括岗前培训、在岗培训和脱产培训等 ，确保从业人员具备必要的专业素质。
03
此外，医学影像物理学还为医学诊断和治疗提供了重要的物理技术支持，如放 射治疗、光子治疗等物理治疗方法。
02
医学影像的生成与处理
X线影像的生成与处理
X线影像的生成原理
X线是一种电磁波，具有穿透性，可以穿过人体组织并被记录下来。X线影像 的生成主要是通过X线管产生的X线投射到人体上，然后通过荧光屏或数字化 探测器将X线转化为可见光图像。
辐射防护措施及安全教育
对辐射源进行严格管理，确保安全存放和使用。
医学影像物理学课件
医学影像物理学课件汇报人：日期:CATALOGUE 目录•医学影像物理学概述•X射线成像原理•MRI成像原理•CT成像原理•医学影像物理学的未来发展01医学影像物理学概述医学影像物理学是物理学与医学影像技术相结合的交叉学科，主要研究医学影像的生成、传输、存储、处理和显示等过程中的物理规律和现象。
医学影像物理学涉及的内容广泛，包括X射线、超声、核磁共振、光成像等医学影像技术的物理原理和应用。
医学影像物理学的定义医学影像物理学的发展经历了多个阶段，最早可以追溯到19世纪末的X射线技术，之后相继出现了超声、核磁共振、光成像等新的医学影像技术。
近年来，随着计算机技术的飞速发展，医学影像物理学在图像处理、图像重建、定量分析等方面也取得了很大的进展。
医学影像物理学的发展历程医学影像物理学在医学领域有着广泛的应用，包括诊断、治疗、手术导航、放射治疗等方面。
通过研究医学影像的物理特性，医学影像物理学可以帮助医生更准确地诊断疾病，提高治疗效果，同时也可以为医学研究和教学提供支持。
医学影像物理学在医学领域的应用02X射线成像原理由电子枪、阴阳极和聚焦系统组成，当阴极被加热时，电子从阴极逸出，在电场的作用下飞向阳极。
X射线产生原理阴极射线管产生高电压，使阴极射线管内的气体被电离，电子在强电场中加速，以高能量撞击金属靶，产生X射线。
高压发生器去除散射的X射线，减少背景干扰。
滤光片康普顿散射部分光子与原子核发生弹性碰撞，传递部分能量给原子核，使其发生微小移动，这种散射现象称为康普顿散射。
光电效应当X射线照射到物质表面时，光子与物质原子中的电子相互作用，电子被击出，光子能量传递给电子，使原子电离。
光致电离X射线使气体分子电离，产生正负离子。
X射线与物质的相互作用X射线探测器的工作原理闪烁计数器由闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器组成，闪烁晶体吸收X射线能量后发出荧光，光电倍增管将荧光转换为电信号，经前置放大器放大后输出。
半导体探测器利用PN结势垒的伏安特性测量X射线能量，具有高灵敏度、低噪声等优点。
医学影像物理学课件
未来医学影像物理学将加强 国际合作和交流，共同推进 医学影像技术的进步和发展 。
THANKS
谢谢您的观看
特点
具有鲜明的应用性、交叉性和前沿性，涉及光学、电磁学、 声学、计算机等多学科领域。
发展历程
初始阶段
X射线的发现和应用标志着医 学影像物理学的诞生。
发展阶段
随着医学影像技术的不断进步和 应用，医学影像物理学不断发展 ，逐渐形成了一套完整的理论和 技术体系。
创新阶段
现代医学影像物理学在技术和应用 上不断创新，推动着医学影像技术 的持续进步和发展。
医学影像设备的进步
未来医学影像设备将会越来越精巧和高效，这将使得医学影像的获取更加容易和 快速。同时，随着技术的不断发展，医学影像设备的价格也将逐渐降低，使得更 多人能够享受到医学影像服务。
新技术的应用前景
量子技术的应用
量子技术在医学影像物理学中具有广阔的应用前景。例如， 量子计算机可以更快速地处理和分析医学影像数据，提高诊 断和治疗效率。此外，量子技术还可以帮助医生更好地理解 和研究人体内部的各种生理和病理过程。
医学影像物理学课件
xx年xx月xx日
contents
目录
• 医学影像物理学概述 • 医学影像物理学基本原理 • 医学影像物理学应用 • 医学影像物理学的挑战与前景 • 医学影像物理学课件总结与展望
01
医学影像物理学概述
定义与特点
定义
医学影像物理学是研究医学影像的形成、处理和显示过程的 物理机制和技术的学科。
X射线与X射线计算机断层成像（X-ray CT）
X射线特性
X射线是一种高能电磁辐射，可 穿透物体但会被某些材料吸收
。
CT原理
通过环绕人体旋转并测量不同 角度下的X射线吸收值，然后重
医用X线的物理学基础PPT课件
CHENLI
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5、软X线摄影：是利用X线谱中波长较长的软 X线透过动物体软组织，使胶片感光的一种摄 影方法。近年来，铂靶X线管专供软组织特别 是乳腺的软X线摄影。
6、X线体层摄影：它可以使动物体某部位事 先选择的一个深部层次，在X线片上显影清楚。 而其他前后各层结构则显影模糊或不显影。X 线体层摄影的方法很多，主要有：一次多层体 层摄影、自体层摄影、线形及其他轨迹体层摄 影、横轴体层摄影、曲面体层摄影、干板体层 摄影。
CHENLI
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根据动物体各部结构在解剖和生理方面的不同，
介入造影剂的途径有直接注入、生理排泄和生 理积聚三种，以前两种应用最为普遍。X线造 影检查是X线诊断工作中应用广泛而又甚为有 效的方法
CHENLI
33
X线医学影像学进展
X线医学影像学的发展过程大致可分为三阶段： 第一阶段是从伦琴发现X线后出现的早期X线
6
(二)x线与物质的作用
1．穿透作用：X线的波长短．即能量大，故 穿透力强。
一定波长的X线的穿透性与物质的性质、结构 有关。
一般原子序数高的物质对X线的吸收作用强， X线穿透力差。
由于X线能穿透人体，因而在医学诊断和治疗 中得到广泛应用。
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7
X线在穿透过程中x线被部分吸收而发生衰减。
CHENLI
9
3．感光效应
涂有溴化银的胶片经X线照射后可以感光， 产生潜影，经显影、定影处理后形成灰阶度不 同的X线照片．这就是X线摄影的基础。
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4．电离效应
X线穿过物体而被吸收时．能产生电离作用， 使组成物质的分子分解成正负离子。X线照射 空气可使其产生正负离子而成为导体。通过测 量空气电离的程度可以检测X线的剂量。
医学影像物理学课件 02-X-ray imaging
Geometrical unsharpness
• Because the size of focus (X-ray source)
• Different projection from different point in source interfere each other, enlarge the size of edge of image.
Image Intensifier
• Chang electric energy into light energy • Intensify the brightness thousands times
Contrast agent
• Structures in the abdomen are much more difficult to visualize (intestinal canal), because nearly everything is about the same density and atomic number
• Used to increase contrast between different portion in body
Contrast agent type
• 在原子序数高的物质中，由于原子序数对光电效应截面 的影响超过光子能量的影响，无论光子能量如何变化， 都是光电效应占绝对优势。而康普顿效应占比例很小。 故在诊断中常用钡剂、碘剂作为造影剂，提高光电效应 的几率。
• The filtering plate is used to change the distributive range of X-ray spectrum.
• Attenuate long wavelength X-ray and make the X-rays “harder”.
01-XRD-基础与原理(1-X射线物理基础)
X射线衍射分析
（X-Ray Diffraction ，XRD）
1
概述
1895年，德国物理学家伦琴
1901
发现X射线
1912年，德国物理学家劳厄等人 发现X射线在晶体中的衍射现象 劳厄方程组
1912年，英国物理学家布·拉格父子 布拉格方程 开创X射线分析晶体结构的历史
1914 1915
2
1916年：德拜、谢乐 多晶体试样的“粉末照相法”
15
1、连续X射线谱
包含从某个短波极限开始 的各种波长的X射线谱。
(1)产生原理 ➢ 轫致辐射：高速电子骤然减
速产生辐射 ➢ 到达阳极的电子数目很多，
并且由于绝大多数电子都要经历多次碰撞产能到达阳极。因此撞 向阳极的时间、条件各不相同。 ➢ 电子动能转化为x-ray的能量也有多有少，从而导致产生的xray频率有大有小，形成不同波长的x-ray，构成连续的谱线。
产生强度特别高的X-ray
电动力学：带电粒子作加速运 动时会辐射光波
上海同步辐射光源
13
上海同步辐射光源演示场景
以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动，改变运动方向时所产生的电磁辐射
14
三、X射线谱
X射线强度与波长的关系曲线， 称之X射线谱,图（a）
从X-ray管中发出的X射线可以 分为：连续X射线谱,图（b） 特征X射线谱,图（c）
晶粒尺寸的计算
晶胞参数的确定……
4
X 射线衍射分析（XRD）
需 分析未知物的物相组成所使用的检测方法？
解 决
XRD物相分析原理？仪器主要结构？样品要求？
的 XRD实验结果如何分析？
问 题 XRD除物相分析外，还能获得材料的哪些信息？
5
（X-Ray Diffraction ，XRD）
1
概述
1895年，德国物理学家伦琴
1901
发现X射线
1912年，德国物理学家劳厄等人 发现X射线在晶体中的衍射现象 劳厄方程组
1912年，英国物理学家布·拉格父子 布拉格方程 开创X射线分析晶体结构的历史
1914 1915
2
1916年：德拜、谢乐 多晶体试样的“粉末照相法”
15
1、连续X射线谱
包含从某个短波极限开始 的各种波长的X射线谱。
(1)产生原理 ➢ 轫致辐射：高速电子骤然减
速产生辐射 ➢ 到达阳极的电子数目很多，
并且由于绝大多数电子都要经历多次碰撞产能到达阳极。因此撞 向阳极的时间、条件各不相同。 ➢ 电子动能转化为x-ray的能量也有多有少，从而导致产生的xray频率有大有小，形成不同波长的x-ray，构成连续的谱线。
产生强度特别高的X-ray
电动力学：带电粒子作加速运 动时会辐射光波
上海同步辐射光源
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上海同步辐射光源演示场景
以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动，改变运动方向时所产生的电磁辐射
14
三、X射线谱
X射线强度与波长的关系曲线， 称之X射线谱,图（a）
从X-ray管中发出的X射线可以 分为：连续X射线谱,图（b） 特征X射线谱,图（c）
晶粒尺寸的计算
晶胞参数的确定……
4
X 射线衍射分析（XRD）
需 分析未知物的物相组成所使用的检测方法？
解 决
XRD物相分析原理？仪器主要结构？样品要求？
的 XRD实验结果如何分析？
问 题 XRD除物相分析外，还能获得材料的哪些信息？
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医学影像物理学ppt课件
表面保护层：聚脂树脂类纤维
PSL物质层：PSL溶于多聚体溶液中 基板：聚脂树脂类纤维胶膜
背面保护层：同表面
• 成像板（IP: Imaging Plate）
–光激励发光物质：（某些物质在一次激发光照射下， 能将一次激发光携带的信息储存起来，当再次受到 激发光照射时，能发出与一次激发光所携带信息相 关的荧光）
医 学 影像物理学
第三章 数字X线放射成像
3.3.5 计算机X射线摄影 Computed Radiography（CR）
3.3.5 Computed Radiography（CR） 计算机X射线摄影
1982日本富士胶片会社研制。
CR 是把X光设备进行数字化英文缩写，在现有X射线 摄影装置的基础上采用专用的影像板（IP板）取代暗盒胶 片进行成像, 把曝光后的影像板进行激光扫描处理，获取 数字化的X光图像。从而将模拟图像转换成数字图像。
优点：
曝光量低，宽容度大，可进行后续处理和存储、 传输，质量和信息量同传统拍片一样。
同传统拍片不同： 影像记录和显示不在同一媒介。
医学成像技术
1. CR特点
• 具体特点：
• 一 是图像清晰，能为临床医生提供高质量的影像资料和诊断 参考，帮助医生准确诊断，正确治疗。
• 二 是成像迅速，大大缩短了病人的就诊时间。以前患者照X 光片，通常是天上午检查，下午取片子和报告，造成患者就 医不便，安装CR系统后，患者X光照相，报告立马可取，方 便快捷。
– He-Ne激光器， = 633nm； – 激光二极管， = 680nm。
• 曝光后的成像板在激光扫描时，PSL受 激光激励释放累积的带电粒子，发出可 见光，这就是光激励发光现象。
• 每个像素发出的可见光强度与该像素受 到的X线照射量成比例。
PSL物质层：PSL溶于多聚体溶液中 基板：聚脂树脂类纤维胶膜
背面保护层：同表面
• 成像板（IP: Imaging Plate）
–光激励发光物质：（某些物质在一次激发光照射下， 能将一次激发光携带的信息储存起来，当再次受到 激发光照射时，能发出与一次激发光所携带信息相 关的荧光）
医 学 影像物理学
第三章 数字X线放射成像
3.3.5 计算机X射线摄影 Computed Radiography（CR）
3.3.5 Computed Radiography（CR） 计算机X射线摄影
1982日本富士胶片会社研制。
CR 是把X光设备进行数字化英文缩写，在现有X射线 摄影装置的基础上采用专用的影像板（IP板）取代暗盒胶 片进行成像, 把曝光后的影像板进行激光扫描处理，获取 数字化的X光图像。从而将模拟图像转换成数字图像。
优点：
曝光量低，宽容度大，可进行后续处理和存储、 传输，质量和信息量同传统拍片一样。
同传统拍片不同： 影像记录和显示不在同一媒介。
医学成像技术
1. CR特点
• 具体特点：
• 一 是图像清晰，能为临床医生提供高质量的影像资料和诊断 参考，帮助医生准确诊断，正确治疗。
• 二 是成像迅速，大大缩短了病人的就诊时间。以前患者照X 光片，通常是天上午检查，下午取片子和报告，造成患者就 医不便，安装CR系统后，患者X光照相，报告立马可取，方 便快捷。
– He-Ne激光器， = 633nm； – 激光二极管， = 680nm。
• 曝光后的成像板在激光扫描时，PSL受 激光激励释放累积的带电粒子，发出可 见光，这就是光激励发光现象。
• 每个像素发出的可见光强度与该像素受 到的X线照射量成比例。
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• Molybdenum(Mo); Alloy of tungsten and rhenium (Re)
Release Heat
• Rotational Anode • Cool system for
larger power X-ray tube
热负荷：
X-Tube 的容量
特殊X-ray Tube
X - ray
A kind of electromagnetic wave, radiate with higher energy than those of visible light. Their wavelengths are from 0.01 Angstrom to 100 Angstrom.
Structure of Cathode
• 圆焦点型 • 线焦点型 • 双焦点型 • 凹面阴极
电子聚焦阴极与二次电子(阳极过热发出)
The Choice of material of Anode
Target: Tungsten, Main body: Copper Cu
• High melting point and high thermal conductivity • Relatively High efficiency to emit X-ray
Conditions of Generating X-ray
• Electrons with high speed • Object used to block(stop) electrons stream
——Target
电子（带电粒子）与物质的相互作用：
碰撞损失
电离与激发
辐射损失
散射和轫致辐射
Equipment of Generating X ray
X射线的转化效率，同样速度和数目的电子轰击原子序数Z不同 的各种物质做成的靶，产生X射线光子的总数和光子总能量与Z2成 正比。
• Because only 0.2 percent of the kinetic energy of electrons is converted into X-rays ,while the remaining 99.8 percent is changed into heat. For conduct and release the heat, Cu is a suitable material.
• Triode X-ray Tube：高速X射线摄影 • 软X射线管： 钼靶，低管电压，主要用
于乳腺等软组织检查
Focus
Actual Focus(Actual focal spot): The area on anode that is struck by electrons is actual focus. Effective Focus: The projected area of actual focus is effective focus. Target angle: the angle of the target relative to the electrons stream.
• X-ray Tube • Low Voltage Power Supply • High Voltage Power Supply • Control circuit: variable resistor
Tube current Tube voltage
sketch map
Structure of X-ray Tube
filament, which is made from material tungsten (W).
3.Anode: it is also a target, whose surface is bombarded by these
electrons from the cathode.
About glass shell and cathode
1.Glass Shell:It compose a highly vacuum glass envethe Cathode and the anode.
Vacuum: P < 10-4 Pa
2.Cathode:Cathode is a source of electrons, actually it is also a
Discover of X-ray
In 1895, a German physicist Roentgen discovered a unknown rays which have high energy and can not be seen by eyes but can transmit some nontransparent matters. Because people in that time didn't’t understand the properties of that ray, so named it x-rays, also is Roentgen rays. Before long xray photography was developed which is a revolutionary tool in medical diagnosis. He won a 1901 Nobel Prize.
• Why X-ray tube need a condition of high vacuum oxidation, disturb electrons stream
• Filament of cathode a small coil of tungsten wire when it is heated to incandescence electrons are released from the surface of the filament. the higher the temperature of the filament, the greater the rate of electron emission.
Release Heat
• Rotational Anode • Cool system for
larger power X-ray tube
热负荷：
X-Tube 的容量
特殊X-ray Tube
X - ray
A kind of electromagnetic wave, radiate with higher energy than those of visible light. Their wavelengths are from 0.01 Angstrom to 100 Angstrom.
Structure of Cathode
• 圆焦点型 • 线焦点型 • 双焦点型 • 凹面阴极
电子聚焦阴极与二次电子(阳极过热发出)
The Choice of material of Anode
Target: Tungsten, Main body: Copper Cu
• High melting point and high thermal conductivity • Relatively High efficiency to emit X-ray
Conditions of Generating X-ray
• Electrons with high speed • Object used to block(stop) electrons stream
——Target
电子（带电粒子）与物质的相互作用：
碰撞损失
电离与激发
辐射损失
散射和轫致辐射
Equipment of Generating X ray
X射线的转化效率，同样速度和数目的电子轰击原子序数Z不同 的各种物质做成的靶，产生X射线光子的总数和光子总能量与Z2成 正比。
• Because only 0.2 percent of the kinetic energy of electrons is converted into X-rays ,while the remaining 99.8 percent is changed into heat. For conduct and release the heat, Cu is a suitable material.
• Triode X-ray Tube：高速X射线摄影 • 软X射线管： 钼靶，低管电压，主要用
于乳腺等软组织检查
Focus
Actual Focus(Actual focal spot): The area on anode that is struck by electrons is actual focus. Effective Focus: The projected area of actual focus is effective focus. Target angle: the angle of the target relative to the electrons stream.
• X-ray Tube • Low Voltage Power Supply • High Voltage Power Supply • Control circuit: variable resistor
Tube current Tube voltage
sketch map
Structure of X-ray Tube
filament, which is made from material tungsten (W).
3.Anode: it is also a target, whose surface is bombarded by these
electrons from the cathode.
About glass shell and cathode
1.Glass Shell:It compose a highly vacuum glass envethe Cathode and the anode.
Vacuum: P < 10-4 Pa
2.Cathode:Cathode is a source of electrons, actually it is also a
Discover of X-ray
In 1895, a German physicist Roentgen discovered a unknown rays which have high energy and can not be seen by eyes but can transmit some nontransparent matters. Because people in that time didn't’t understand the properties of that ray, so named it x-rays, also is Roentgen rays. Before long xray photography was developed which is a revolutionary tool in medical diagnosis. He won a 1901 Nobel Prize.
• Why X-ray tube need a condition of high vacuum oxidation, disturb electrons stream
• Filament of cathode a small coil of tungsten wire when it is heated to incandescence electrons are released from the surface of the filament. the higher the temperature of the filament, the greater the rate of electron emission.