X射线成像物理学基础.ppt
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X射线物理基础.完整版PPT
2、特征 X 射线谱(特征谱/标识谱)
它是迭加在连续谱上的分立谱线，在 X 射线 谱中，特别窄，特别高的峰就是特征 X 射 线。
1）产生机理
2）特征谱线的命名
3）特征波长
1）产生机理
4）特征波长及其与z关系： Pt(Z=78)的质量吸收系数 μm 随入射 X 射线波长 λ 的变化 hν=hc/λ≥ev
1879年克鲁克斯曾抱怨放在他的阴极射线管附近的照相底片老出现模糊的阴影。
不同阳极靶材，在有不X同的射特线征谱管线中，波，长当不同阴λ~极z关发系射，由的19电14年子莫束塞萊轰（击MO阳SL极EY）的定过律确程定中。 ，当某个具有足 够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出，于是在低能级上出现空位，原 子的系统能量升高，系统处于激发状态。 这种激发态是不稳定的，随后便有较高能级上的电子向低能级上的空位跃 迁，使原子的系统能量重新降低而趋于稳定。在原子系统中，电子从高能级 向低能级的跃迁过程中多余的能量以光子的形式向外辐射特征 X 射线。
X 射线：波长0.001～10nm的电磁波； 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线(1%)
高速电子撞击 使阳极元素的内层 电子激发；产生X 射线辐射；
X 射线谱
X 射线谱是 X 射线强度I-波长λ的关系曲线
X 射线管产生的辐射按射 线谱特征分为连续 X 射线 和特征 X 射线两类。
波长一定而强度很强
与靶材、激发电压有 关，与管电流无管
特征谱的产生与靶材 原子内部结构有关如 Kα，Kβ
hn2n1 En2En1
En2和En1—— 分别为高能级和低能级电子的能量
n1 n2En1 hEn2 cR(Z)2 n2 2 1n1 2
第04章X射线物理学基础0(2).
2019/4/12
X射线的发展史
伦琴夫人的手
蛋白质螺旋结构 人体的X照片
2019/4/12
X射线的发展史 1912年，德国物理学家劳埃（ue,M）等人 发现X射线在晶体中的衍射现象，确证X射线是一 种电磁波。 1912年，英国物理学家布· 喇格父子(Bragg,W.H; Bragg,V.L.) 用X射线测定NaCl晶体，开创X射线晶 体结构分析的历史。
2019/4/12
§4.1 X射线的本质
1. X射线的本质 是一种电磁波，与无线电波、可见光、紫外线、 γ完全相同，仅是波长短而已。
具有波粒二象性
波动性：以一定频率、波长在空间传播；
2019/4/12
1. X射线的本质
粒子性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的能量和 动量，它们之间的关系为：
2019/4/12
1. X射线的本质
x-ray的性质：
不可见，极强的穿透能力
沿直线传播
使底片感光、荧光板发光、气体电离
杀死（伤）生物细胞
2019/4/12
2. X射线的产生 （1）产生原理
高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运 动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为 X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体 温度升高。
NaCl晶体结构
2019/4/12
X射线的发展史
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 1994 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 物理 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 化学 鲍林Linus Carl Panling 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 化学 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 物理 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 物理 沙尔 C.G.Shull 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜 中子谱学 中子衍射
X射线的发展史
伦琴夫人的手
蛋白质螺旋结构 人体的X照片
2019/4/12
X射线的发展史 1912年，德国物理学家劳埃（ue,M）等人 发现X射线在晶体中的衍射现象，确证X射线是一 种电磁波。 1912年，英国物理学家布· 喇格父子(Bragg,W.H; Bragg,V.L.) 用X射线测定NaCl晶体，开创X射线晶 体结构分析的历史。
2019/4/12
§4.1 X射线的本质
1. X射线的本质 是一种电磁波，与无线电波、可见光、紫外线、 γ完全相同，仅是波长短而已。
具有波粒二象性
波动性：以一定频率、波长在空间传播；
2019/4/12
1. X射线的本质
粒子性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的能量和 动量，它们之间的关系为：
2019/4/12
1. X射线的本质
x-ray的性质：
不可见，极强的穿透能力
沿直线传播
使底片感光、荧光板发光、气体电离
杀死（伤）生物细胞
2019/4/12
2. X射线的产生 （1）产生原理
高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运 动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为 X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体 温度升高。
NaCl晶体结构
2019/4/12
X射线的发展史
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 1994 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 物理 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 化学 鲍林Linus Carl Panling 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 化学 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 物理 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 物理 沙尔 C.G.Shull 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜 中子谱学 中子衍射
第二章-X射线成像的物理基础
特征辐射
高速电子流轰击阳 极靶，将某些内层电子 击出，转移到外部壳层 或击出原子之外。
轨道电子从外层跃迁 到内层。放出特征X射 线光子。
1. 连续辐射(韧致辐射)：如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一 定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。 连续光谱的性质和靶材料无关。
2. 特征辐射(标识辐射)：当电子的能量超过一定的限度时，可以 发射一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射 线状光谱的辐射叫做特征辐射。 特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱这就是 为什么称之为“特征”的原因。
在压产生X射 线的时间
X射线的量：管电流×曝光时间（mA×s）
穿透物质 的能力
X射线的质：管电压（kV）
X射线的质/线质一般用于表示X射线的硬度(hardness of X-ray)
X射线的三个参量：
管电压(kVp) 管电流(mA) 曝光时间(s)
名称
极软X射线
X射线谱， 波长大致介于70～0.01 nm范围内的电磁
辐射，X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重
叠在连续谱背景上。连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而
产生的轫致辐射，其短波极限λ0由加速电压V决定：
0
=
hc eV
为普朗克常数，e为电子电量，c为真空中的光速。 标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层
第二章 X线成像物理基础
章节目录
第1节 X线的本质 第2节 X射线的产生和影响因素 第3节 X线的各种作用 第4节 X射线与物体原子间相互作用 第5节 X线的量与质
我们视而不见的光亮，对于我们就是黑 暗。当我们清醒时，曙光才会破晓。来日方 长，太阳只是启明星。
放射物理学基础一(ppt)
内或人体天然腔内进行照射.
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作，比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成：①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 － 60 治 疗 机
结构：①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴－60γ线的特点：
与深部x线机（200～400kv）相比的优点： ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 － 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高，单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高，可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高，可调控，剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低：6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难，对水、电、湿度要求高. 射野可以较大，可达40×40cm.
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作，比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成：①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 － 60 治 疗 机
结构：①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴－60γ线的特点：
与深部x线机（200～400kv）相比的优点： ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 － 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高，单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高，可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高，可调控，剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低：6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难，对水、电、湿度要求高. 射野可以较大，可达40×40cm.
XCT成像原理课件ppt
探测器孔径（射线采样宽度）↓→空间分辨力↑
间距（采样间隔）↓→ 空间分辨力↑
图像重建算法（滤波函数的选择）。
体素（矩阵越大）——空间分辨力↑
空间分辨力取决于 检测器有效受照宽度（与线束宽度相对应） 检测器有效受照高度（与线束高度相对应）
■空间分辨力的检测：高密度测试体模 线对数LP/Cm; 分辨最小圆孔的直径（mm)
多层探测器
X 光管
检测器结构：单排、多排（64）、等宽、不等宽
三、超高速扫描 [第5代（1987）]
1、动态空间扫描 28个X线管（半圆），28个检测器（半圆）； 电子开关控制轮流发射X射线脉冲束；时间＜1s 。 应用范围：心、肺动态器官
2、电子束扫描 钟形X射线管和静止排列的检测器环 时间约 10ms 应用范围： 心、肺等动态器官
基本原理
X射线被准直后成为一条很窄的射线束。当X 射线管沿一个方向平移时，与之相对应的检测器 也跟着作平移运动。这样，射线束就对整个感兴 趣的平面进行了一次扫描，检测器接收到了与脏 器衰减系数直接相关的投影数据。
基本原理
一次扫描过程结束后，整个X射线源 及检测器系统将沿圆弧旋转一个角度（如 每次旋转1°），然后再重复平移扫描过 程，直至在整个180°圆周上扫描一遍。 当把全部投影数据送入计算机后，就可以 通过图像重建算法来重构关于探测平面的 二维图像，图像的灰度值与组织的衰减系 数相对应。这就是X-CT的基本工作原理。
“旋转－平移”的试验，实现了最早的图像重 建 • 1963年，美国教授cormark进一步发展了从X线 投影重建图像的准确数学方法（79年诺贝尔奖） • 1967～1970年，hounsfield提出了断层的方法
（79年诺贝尔奖）
CT发展简史
间距（采样间隔）↓→ 空间分辨力↑
图像重建算法（滤波函数的选择）。
体素（矩阵越大）——空间分辨力↑
空间分辨力取决于 检测器有效受照宽度（与线束宽度相对应） 检测器有效受照高度（与线束高度相对应）
■空间分辨力的检测：高密度测试体模 线对数LP/Cm; 分辨最小圆孔的直径（mm)
多层探测器
X 光管
检测器结构：单排、多排（64）、等宽、不等宽
三、超高速扫描 [第5代（1987）]
1、动态空间扫描 28个X线管（半圆），28个检测器（半圆）； 电子开关控制轮流发射X射线脉冲束；时间＜1s 。 应用范围：心、肺动态器官
2、电子束扫描 钟形X射线管和静止排列的检测器环 时间约 10ms 应用范围： 心、肺等动态器官
基本原理
X射线被准直后成为一条很窄的射线束。当X 射线管沿一个方向平移时，与之相对应的检测器 也跟着作平移运动。这样，射线束就对整个感兴 趣的平面进行了一次扫描，检测器接收到了与脏 器衰减系数直接相关的投影数据。
基本原理
一次扫描过程结束后，整个X射线源 及检测器系统将沿圆弧旋转一个角度（如 每次旋转1°），然后再重复平移扫描过 程，直至在整个180°圆周上扫描一遍。 当把全部投影数据送入计算机后，就可以 通过图像重建算法来重构关于探测平面的 二维图像，图像的灰度值与组织的衰减系 数相对应。这就是X-CT的基本工作原理。
“旋转－平移”的试验，实现了最早的图像重 建 • 1963年，美国教授cormark进一步发展了从X线 投影重建图像的准确数学方法（79年诺贝尔奖） • 1967～1970年，hounsfield提出了断层的方法
（79年诺贝尔奖）
CT发展简史
《医学物理学》X射线课件
3
定期对设备进行辐射安全评估，确保设备的辐射 剂量符合国家和行业标准要求。
总结与展望
06
当前存在问题和挑战
技术瓶颈
当前X射线技术面临着分辨率、 成像速度、剂量控制等方面的技 术瓶颈，限制了其在医学领域的
应用范围。
安全性问题
X射线对人体具有一定的辐射危 害，如何在保证图像质量的同时 降低辐射剂量，是当前亟待解决
同作用，提高治疗效果。
X射线安全防护与法
05
规标准
X射线对人体危害及防护措施
细胞损伤
X射线能够穿透细胞，破坏细胞内的 DNA结构，导致基因突变或细胞死亡。
组织损伤
长时间或过量暴露于X射线下会导致 皮肤灼伤、脱发、白内障等组织损伤。
X射线对人体危害及防护措施
• 诱发癌症：X射线能够诱发癌症，尤其是对儿童和孕妇的 危害更大。
的问题。
跨学科合作不足
医学物理学作为连接医学和物理 学的桥梁，需要医学、物理学、 工程学等多学科的紧密合作，但
目前跨学科合作仍显不足。
未来发展趋势预测
技术创新
随着科技的不断发展，未来X射线技术有望在分辨率、成像 速度、剂量控制等方面取得突破，为医学诊断和治疗提供更 加精准、高效的手段。
智能化发展
结合人工智能、大数据等先进技术，实现X射线图像的自动 分析、诊断辅助等智能化应用，提高诊疗效率和准确性。
放射治疗在肿瘤治疗中作用
根治性治疗
对于部分早期肿瘤，放射治疗可 作为根治性治疗手段，通过高剂
量照射达到治愈目的。
辅助性治疗
在手术前或手术后进行放射治疗， 可提高手术治愈率，减少复发风 险。
姑息性治疗
对于晚期或转移性肿瘤，放射治 疗可缓解疼痛、控制局部病灶发 展等姑息性治疗目的。
X线放射物理与防护第二章PPT课件
.
4
X线具有微粒性，X线的波动性可以成功地解释X线 的干涉与衍射现象，但却不能解释X线的光电效应、 荧光作用、电离作用等，这些只能用X线的粒子性 做出圆满的解释。即X线是由一个个微粒即X光子组 成的。
.
5
.
6
X线是一种电磁波，它具有电磁波的共同属性。此外，由于X线的能 量大、波长短，它还具有以下几方面的特有性质。
• 荧光的强弱与X线的量成正比
.
8
• 5．电离作用
• X线虽然不带电，但它具有足够能量的X线光子能够撞击原子 中的轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有 足够能量，去电离更多的原子。X线的电离作用主要是它的次级 电子的电离作用。X线在气体中产生的正、负离子，在电场力的 作用下很容易收集起来。通常就是利用空气中电离电荷(或电流) 的多少来测定X线的照射量。多种测定X线剂量仪器的探头，如 电离室、盖革弥勒计数管等都是根据这个原理制造的。
.
14
1.电子源：电子源能提供所需数量的电子。
2.高速运动的电子流：要使电子成为高速运动的电子流需要两个条件; (1)有一个给电子加速的高压场，在高压场的作用下，电
子获得足够大的动能。 （2）有一个高真空的空间，是电子在高压场作用下而加
速运动的过程中，免遭气体分子的阻挡而降低能量。
3.阳极靶：一个能经受的住的高速电子撞击而产生的X射线的靶。
.
23
• 固定阳极X线管
• 由于焦点面受温的限制，功率不能太大，若功率太大，温度过高， 靶面会融化，使靶面凹凸不平，在工作中产生大量的额散射线， 影像图像质量，增加了射线的环境污染和防护难度。降了X线 管的使用寿命。、
第二章 X线的产生和性质
.
1
第6章_X射线物理学基础
内层电子跃迁辐射x射线示意图45balmer线系跨越1个能级跨越2个能级跨越3个能级跨越1个能级跨越2个能级46三产生机理的分析5波长长而强度高在原子系统中各能级能量不同且各能级间能量差也不均布愈靠近原子核的相邻能级间的能量差愈大
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
第1章 X射线的物理学基础
同步辐射光的特性
• 可精确预知：同步辐射光的光子通量、 角分布和能谱等均可精确计算，因此它 可以作为辐射计量———特别是真空紫 外到 X射线波段计量———的标准光源。 • 此外，同步辐射光还具有高度稳定性、 高通量、微束径、准相干等独特而优异 的性能。
• 已运行的SR装置 70~ 80多个 • 正在建设和计划中 ~ 20多个 • 关于世界各地同步辐射装置的状况详细信 息可以从下列两个网站得到： /SRWORLD/index.html • http: ///srsources.html • （SR装置的水平是国家经济实力的标志）
同步辐射光的特性
• 宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从 远红外、可见光、紫外直到 X射线范围内的连 续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波 长的光。
• 高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动 方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小， 几乎是平行光束，堪与激光媲美。
• 高偏振：从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子 轨道平面上是完全的线偏振光，此外，可以从 特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。
1.1.2 X射线的产生
• 大量实际所用X射线是由X射线管产生的， 不论是探伤用X光机还是照相法用的X光机 和X射线衍射仪， • 都包括：高压发生器（包括整流部分），控 制线路、X射线管及探测记录系统。其中， X射线管和探测记录系统是X射线仪特有的。 • 本节主要介绍X射线管，而探测系统将在后 面的章节里讨论。至于高压发生器和控制部 分属于一般电气装置，可查阅有关电工书籍。
• • • •
X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X射线有很大的贯穿本领； 3）X射线能使某些物质的原子、分子电 离； • 4）X射线是不可见光，它能使某些物质 发出可见光的荧光； • 5）X射线本质上是一种电磁波，同此它 具有反射、折射、衍射、偏振等性质
X射线成像-1
特征射线的波长主要与阳极靶面的物质材料有
关，并只在一定的高压下才能产生。 其频率由下式决定：
υ = ΔE / h
硬X射线，软X射线？
钨靶，钼靶，铌靶 乳腺X射线摄影
X射线基本特征
1 波长短 2 能量高 3 不带电 4 无法聚焦
X射线的性质
1 穿透作用 2 荧光效应 3 电离作用 4 生物效应
X射线的衰减
• 医学影像临床应用技术是在诊断和治疗过程中对于需要 解决的医学问题，根据各种医学影像的特点，在临床上 以最敏感的信息、最快的速度和最经济的手段获得最客 观的诊断和最优治疗方案的选择、确定和实施。
医学影像学概述
• 根据医学影像学所研究的内容和层次，按其成 像原理和技术的不同，分为两大领域。
• 一是以研究生物体微观结构为主要对象的生物 医学显微图像学 biomedical microimaging。
线性衰减系数的单位是cm-1，质量衰减系数的单位是cm2/g。
X射线衰减的物理原理
相干散射 光电吸收 康普顿（Compton）散射
1 相干散射 也称为瑞利散射。一个低能量的X射线光子在撞击原子轨道上的电 子后，被击电子虽未脱落，但光子自身被吸收了。此后，被击原子立即又放出 与入射光子能量相同、但传播方向不同的光子。这种只改变方向而无能量消耗 的折射就是所说的相干散射。由于被折射的光子离开原来的传播方向，这就造 成了射线束的衰减。
相同。因此，这种情况下所释放的X射线光子的能量分布是连续的。
2）特征放射
当具有较大动能的电子撞击阳极靶面时，靶原子的 内层轨道电子有可能获得能量，克服核的引力并脱离自 己的轨道逸出，使该原子呈不稳定状态。此时，能量较 高的电子会来补充此空位，而其多余的能量则以X射线 电磁波的形式放射出来。称为标识放射或特征放射。
关，并只在一定的高压下才能产生。 其频率由下式决定：
υ = ΔE / h
硬X射线，软X射线？
钨靶，钼靶，铌靶 乳腺X射线摄影
X射线基本特征
1 波长短 2 能量高 3 不带电 4 无法聚焦
X射线的性质
1 穿透作用 2 荧光效应 3 电离作用 4 生物效应
X射线的衰减
• 医学影像临床应用技术是在诊断和治疗过程中对于需要 解决的医学问题，根据各种医学影像的特点，在临床上 以最敏感的信息、最快的速度和最经济的手段获得最客 观的诊断和最优治疗方案的选择、确定和实施。
医学影像学概述
• 根据医学影像学所研究的内容和层次，按其成 像原理和技术的不同，分为两大领域。
• 一是以研究生物体微观结构为主要对象的生物 医学显微图像学 biomedical microimaging。
线性衰减系数的单位是cm-1，质量衰减系数的单位是cm2/g。
X射线衰减的物理原理
相干散射 光电吸收 康普顿（Compton）散射
1 相干散射 也称为瑞利散射。一个低能量的X射线光子在撞击原子轨道上的电 子后，被击电子虽未脱落，但光子自身被吸收了。此后，被击原子立即又放出 与入射光子能量相同、但传播方向不同的光子。这种只改变方向而无能量消耗 的折射就是所说的相干散射。由于被折射的光子离开原来的传播方向，这就造 成了射线束的衰减。
相同。因此，这种情况下所释放的X射线光子的能量分布是连续的。
2）特征放射
当具有较大动能的电子撞击阳极靶面时，靶原子的 内层轨道电子有可能获得能量，克服核的引力并脱离自 己的轨道逸出，使该原子呈不稳定状态。此时，能量较 高的电子会来补充此空位，而其多余的能量则以X射线 电磁波的形式放射出来。称为标识放射或特征放射。
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2、特征辐射
高速电子流轰击阳 极靶，将某些电子击出， 转移到外部壳层或击出 原子之外。
轨道电子从外层跃迁 到内层。放出特征X射 线光子。
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3、连续辐射
连续辐射又称为轫致辐射或阻止辐射。
它是由轰击电子与靶原子的原子核相互作用的结 果。
一个轰击电子在与靶原子核相互作用时，可以损 失任意量的动能，所以这种射线有一个相应的能量 范围。
电子源 高速电子流 靶
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X 射线
阳极
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三、产生X射线的机理
1、电离与激发
轰击电子与靶原子的外层轨道电子相互作用，使 其上升到能级差仅有几个电子伏特的轨道上而受到激 发。相互作用过后，受激发电子迅速回到它们的正常 状态，产生跃迁，辐射出红外线（热能）。
99％以上的能量转化为热能。
不到1％的能量产生X射线。
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2、特征X射线谱
特征光谱的波长和X射线管的工作条件无关，只
取决于阳极组成元素的种类，是阳极元素的特征谱
线。
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五、影响X射线辐射谱线的因素
1、管电流的影 响
在管电压一定 的条件下，X射 线强度与管电流 成正比。
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2、管电压的影响
当管电流不变 时，随着管电压 的增高，最短波 长和最强波长的 位置均向短波方 向移动。
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一、X射线的发现
1894年，实验物理学家勒纳德在放 电管的玻璃壁上开了一个薄铝窗，成 功地使阴极射线射出管外 。
1895年11月8日，伦琴发现 X射线，阴极射线管、铂氰化 钡(一种荧光物质)的硬纸板。
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二、产生X射线的条件
玻璃壳
电子束
靶
阴极 灯丝
Principles of Radiation Imaging
辐射成像原理
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第二章 X射线成像物理学基础
自然界是一个形形色色、丰富多彩的物质世界，人 类自古以来就在不断地进行探索，以便了解这个物质 世界是由什么构成的，是怎样构成的。
宏观世界是以微观世界为基础的，研究微观世界及 其规律不仅可以使人们对自然界的结构及运动知其然， 而且可以知其所以然。
实现快速断续X射线摄影。 还可制成微焦点的X射线管。
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4、软X射线管
对软组织进行摄影时，必须使用软X射线管。 软X射线管具有以下特点：
X射线输出窗口的固有滤过小，一般用铍制成。 极间距较短，在低管电压时能产生较大管电流。
焦点小。
阳极靶一般是由钼制成。
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5、X射线管的规格参数
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四、X射线的辐射谱线
X射线强度是指在垂直于X射线传播方向上， 在单位时间内、单位面积上通过的光子能量。
X射线强度随波长变化的关系曲线称为X射 线谱。
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1、连续X射线谱
最短波长λmin
m in
C
max
hC
h max
hC eU
12.4 U
最大强度所对应的波长 λmax＝1.5λmin
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2.1 X射线的产生及特性
X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波 长约为（ 0.06 ～ 20）×10-8厘米之间。 伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许 多对可见光不透明的物质，如墨纸、木材 等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固 体材料发生可见的荧光，使照相底片感光 以及空气电离等效应，波长越短的X射线能 量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能 量较低，称为软X射线。
1、物理效应
穿透作用 电离作用 荧光作用 热作用 干03
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2、化学效应
感光作用： 胶片 着色作用： 铂氰化钡、铅玻璃、水晶
3、生物效应
生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死。
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八、X射线管
1、固定阳极X射线管
主要是由阴极、阳极和玻璃壳三部分组成的。
构造参数
指由X射线管的构造所决定的各种规格或数 据，如阳极靶面倾角、有效焦点，外形尺寸、 重量、管壁的滤过当量、工作温度、阳极转速、 冷却和绝缘形式等。
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电参数
指X射线管电性能的规格或数据。
最高管电压 最大管电流 最长曝光时间
但特征X射线谱线的位置不改变。
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3、靶物质的影响
高、低原子序数对 应的两条X射线谱线的 高能端重合，说明X射 线谱线的最大光子能量 只与管电压有关而与靶 物质无关。
靶物质的原子序数越高，则轨道电子的结合能就越 大，特征X射线的能量也就越大。
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4、电压波形的影响
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2、旋转阳极 X射线管
由靶面、转 子、转轴、定 子、轴承等组 成。
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3、三极X射线管
三极X射线管是在普通X射线管的阴极与阳极之间 加一个控制栅极，故又称为栅控X射线管。当栅极上 加上一个对阴极而言的负电位（2～5kV）或负脉冲 电压时，管电流被截止，不会产生X射线。
双焦点X射线管：装有长短两个灯丝，长的灯丝发 射电子较多，形成大焦点，短的形成小焦点。
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X射线管的焦点
随着副焦点在主焦点内的分布不同，使得X射线 辐射强度的分布形成单峰、双峰甚至多峰型。
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有效焦点 实际焦点
有效焦点是指 实际焦点在X射 线投照方向上的 投影。
有效焦点越小， 影像清晰度就越 高。
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产生X射线的最简单方法是用加速后的 电子撞击金属靶。撞击过程中，电子突然 减速，其损失的动能会以光子形式放出， 形成X光光谱的连续部分，称之为轫致辐射。
通过加大加速电压，电子携带的能量增大， 则有可能将金属原子的内层电子撞出。于 是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填 补空穴，同时放出波长在0.1纳米左右的光 子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子 化的，所以放出的光子的波长也集中在某 些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为 特征辐射。
三相的X射线谱线 明显地增强，曲线下 的面积也就较大。同 时，谱线向高能量方 向偏移。
特征X射线的仍在能量轴上的固定位置。
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六、X射线的空间分布
1、薄靶（透过靶）周围X射线的空间分布
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2、厚靶（反射式靶）周围X射线的空间分布
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七、X射线的性质