章X射線演示文稿

章X射線演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有45頁\編輯于星期二優(yōu)選章X射線現(xiàn)在是2頁\一共有45頁\編輯于星期二倫琴(W.K.Rontgen,1845–1923)德國(guó)物理學(xué)家.1900年因發(fā)現(xiàn)X射線獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).

產(chǎn)生X射線的條件⑴有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；⑵有適當(dāng)?shù)恼系K物—靶,用來阻止電子的運(yùn)動(dòng),把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線的能量.§10-1X射線的產(chǎn)生及其性質(zhì)現(xiàn)在是3頁\一共有45頁\編輯于星期二一.X射線的發(fā)生裝置X射線的發(fā)生裝置的核心元件是X射線管.-CBX射線X射線管+AX射線管的工作原理陰極的作用——釋放電子,陰極–陽極之間有強(qiáng)電場(chǎng)(幾十~幾百kV/m),電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,向陽極加速運(yùn)動(dòng)—碰撞在靶上—有X射線輻射.現(xiàn)在是4頁\一共有45頁\編輯于星期二X

射線管現(xiàn)在是5頁\一共有45頁\編輯于星期二二.醫(yī)用電子加速器

電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是利用感生電場(chǎng)來加速電子的裝置.在電磁鐵的兩極之間安置一個(gè)環(huán)形真空室,當(dāng)用交變電流激勵(lì)電磁鐵時(shí),在環(huán)形室內(nèi)就會(huì)感生出很強(qiáng)的、同心環(huán)狀的感生電場(chǎng).用電子槍將電子注入環(huán)形室,電子在有旋電場(chǎng)的作用下被加速,并在洛倫茲力的作用下,在固定的圓軌道上回旋.將高能電子從真空室中引出撞靶而產(chǎn)生高能X射線.現(xiàn)在是6頁\一共有45頁\編輯于星期二

電子回旋加速器電子回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)是作為電極的兩個(gè)金屬半圓形真空盒,置于電磁鐵產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)中.兩D形電極之間加高頻交變電壓時(shí),兩電極縫隙之間產(chǎn)生高頻交變電場(chǎng).電子被這一電場(chǎng)加速后進(jìn)入D1,在D1內(nèi)受磁場(chǎng)力作用而作勻速圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)電子從D1出來再次進(jìn)入兩電極縫隙之間時(shí),其間電場(chǎng)恰好改變方向,電子被電場(chǎng)加速后進(jìn)入D2.電子在交變電場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)的作用下,多次累積式地被加速而沿著螺旋形平面軌道運(yùn)動(dòng),直到能量足夠高時(shí)被引出加速器擊靶產(chǎn)生X射線或直接被利用作高能電子束治療.SBND2D1現(xiàn)在是7頁\一共有45頁\編輯于星期二

電子直線加速器電子直線加速器是采用微波電場(chǎng)加速電子的裝置,其加速電子的徑跡是直線.主要由電子注入系統(tǒng)、加速系統(tǒng)以及引出系統(tǒng)組成.加速系統(tǒng)為一微波諧振腔,包括產(chǎn)生微波的設(shè)備(如磁控管、速調(diào)管)和傳輸微波并加速電子的加速管.電子在加速管中微波電磁場(chǎng)作用下,不斷被加速,然后經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁鐵偏轉(zhuǎn)而打靶產(chǎn)生高能X射線.現(xiàn)在是8頁\一共有45頁\編輯于星期二第三代直線加速器CLINAC2100C(Varian,USA).可以產(chǎn)生6和18MeV

的高能X射線及6,9,12,16和20MeV的高能電子束.直線加速器現(xiàn)在是9頁\一共有45頁\編輯于星期二/nm0.050.10.1500.020.1080.1280.147KLLL三.X射線譜連續(xù)X射線特征X射線X光機(jī)產(chǎn)生的X射線譜現(xiàn)在是10頁\一共有45頁\編輯于星期二1.連續(xù)X射線譜

產(chǎn)生機(jī)制——軔致輻射(bremsstrahlung)高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊在陽極靶上,電子在靶原子核電場(chǎng)作用下,速度的量值和方向都發(fā)生急劇變化,電子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為X光子的能量h

而輻射出去.+hmax=EE+軔致輻射hEE-h現(xiàn)在是11頁\一共有45頁\編輯于星期二

連續(xù)譜特性⑴不同管電壓作用下的連續(xù)譜不同；⑵存在短波極限min；⑶U↑→峰值和min向短波方向移動(dòng).

短波極限鎢靶在較低管電壓下產(chǎn)生的連續(xù)X射線譜現(xiàn)在是12頁\一共有45頁\編輯于星期二2.特征X射線譜對(duì)于鎢靶,管電壓在70kV以上產(chǎn)生的X射線譜現(xiàn)在是13頁\一共有45頁\編輯于星期二

特征譜特性⑴X光子能量h

=Em-En與靶材料有關(guān)與管電壓無關(guān)元素特征

產(chǎn)生機(jī)制高速運(yùn)動(dòng)的電子與陽極靶內(nèi)某個(gè)原子的內(nèi)層電子作用,靶原子的內(nèi)層軌道電子吸收能量從靶原子中逸出,在原子的內(nèi)層電子中出現(xiàn)空位；外層電子向空位躍遷,并在躍遷過程中放出一個(gè)光子,光子能量為電子躍遷前后的能級(jí)差.現(xiàn)在是14頁\一共有45頁\編輯于星期二四.X射線的特性勞厄相1912年勞厄用晶體衍射的方法證實(shí)了X射線是電磁波(103~10nm)準(zhǔn)直縫X射線····勞厄斑晶體·現(xiàn)在是15頁\一共有45頁\編輯于星期二X射線的特性⑴穿透作用——成像、防護(hù)；⑵熒光作用——X射線透視；⑶感光作用——X射線照相；⑷電離作用——生物效應(yīng)的基礎(chǔ)、測(cè)量射線強(qiáng)度的原理；⑸生物效應(yīng)——放射治療的基礎(chǔ)、需要防護(hù)的原因.現(xiàn)在是16頁\一共有45頁\編輯于星期二1.X射線的強(qiáng)度(intensity)

物理學(xué)中的定義——X射線的量每個(gè)光子能量h←電子動(dòng)能E←管電壓h∝U光子數(shù)N←電子數(shù)←管電流N∝I電

強(qiáng)度在醫(yī)學(xué)上的表示法固定管電壓U,用管電流的mA數(shù)表示X射線的強(qiáng)度.五.X射線的強(qiáng)度與硬度現(xiàn)在是17頁\一共有45頁\編輯于星期二

硬度在臨床上的表示法用管電壓的kV數(shù)表示X射線的硬度.2.X射線的硬度(hardness)

定義指X射線的貫穿能力——表示X射線的質(zhì)貫穿能力強(qiáng)→X射線硬管電壓U↑——電子動(dòng)能↑——光子能量h

↑——能量大的光子不容易被物質(zhì)吸收.硬度←每一個(gè)光子的能量h現(xiàn)在是18頁\一共有45頁\編輯于星期二

X射線按硬度的分類名稱管電壓/kV最短波長(zhǎng)/nm主要用途極軟X射線軟X射線硬X射線極硬X射線5~2020~100100~250250以上0.25~0.0620.062~0.0120.012~0.0050.005以下軟組織攝影,表皮治療透視和照相較深組織治療深部組織治療現(xiàn)在是19頁\一共有45頁\編輯于星期二X光子物質(zhì)中的粒子相互作用(吸收、散射)

單色平行X射線的衰減規(guī)律——朗伯定律原行進(jìn)方向的射線強(qiáng)度被衰減.六.物質(zhì)對(duì)X射線的衰減II0x現(xiàn)在是20頁\一共有45頁\編輯于星期二質(zhì)量衰減系數(shù)引入的意義：同種物質(zhì),↑→↑但m不變——更便于比較不同物質(zhì)(分子構(gòu)成)對(duì)X射線的衰減.線性衰減系數(shù)物理意義：物質(zhì)對(duì)X射線衰減的強(qiáng)弱程度.

衰減系數(shù)現(xiàn)在是21頁\一共有45頁\編輯于星期二⑴Z↑——吸收本領(lǐng)↑是X射線醫(yī)學(xué)診斷的物理基礎(chǔ).人體肌肉組織的主要成分H、C、O,骨骼的主要成分Ca3(PO4)2,

因此骨骼的m大易成像.鉛(82)——很好的防護(hù)材料人工造影——消化道,硫酸鋇(鋇56)⑵↑——容易被衰減放射治療——高能X射線射束硬化——濾線裝置

對(duì)低能射線現(xiàn)在是22頁\一共有45頁\編輯于星期二勞厄(Laue,1879–1960)1912年通過X射線在晶體中衍射的實(shí)驗(yàn),同時(shí)證實(shí)了X射線的波動(dòng)性質(zhì)和晶體內(nèi)部的周期結(jié)構(gòu).1913年布拉格父子(W.H.Bragg,1862–1942andW.L.Bragg,1890–1971)通過X射線的衍射強(qiáng)度分布測(cè)定晶體的晶格結(jié)構(gòu).W.H.BraggW.L.Bragg§10-2X射線的衍射現(xiàn)在是23頁\一共有45頁\編輯于星期二1912年德國(guó)物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性.小布拉格認(rèn)為勞厄衍射圖樣上的每一個(gè)斑點(diǎn),是X射線在晶體中被某些平面干涉性反射的結(jié)果.他們使用老布拉格發(fā)明的X射線分光計(jì),對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心研究,提出了“布拉格公式”.他們又用X射線對(duì)氯化鈉、氯化鉀等晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定,從而為建立X射線晶體學(xué)打下了基礎(chǔ).現(xiàn)在是24頁\一共有45頁\編輯于星期二一.X射線的衍射

晶體(crystal)原子在三維空間中周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體.

每個(gè)原子都是發(fā)射子波的衍射中心,向各個(gè)方向發(fā)射子波,子波相干疊加,形成衍射圖樣.ddsin12晶面ACB現(xiàn)在是25頁\一共有45頁\編輯于星期二

散射光干涉加強(qiáng)條件——布拉格方程

應(yīng)用已知、可測(cè)d——X射線晶體結(jié)構(gòu)分析.研究細(xì)胞和蛋白質(zhì)等的精細(xì)結(jié)構(gòu).已知、d可測(cè)

——X射線光譜分析.ddsin12晶面ACB現(xiàn)在是26頁\一共有45頁\編輯于星期二二.X射線晶體結(jié)構(gòu)分析X射線衍射儀現(xiàn)在是27頁\一共有45頁\編輯于星期二X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的基本方法⑴根據(jù)布拉格方程,通過分析衍射圖上斑點(diǎn)的位置,確定晶胞的大小和形狀；⑵利用衍射圖上斑點(diǎn)的亮度或黑度,確定晶胞中原子的空間排布.

常采用的步驟⑴使生物大分子結(jié)晶,得到有一定衍射分辨率的晶體；⑵測(cè)量X射線衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù),即衍射斑點(diǎn)圖；⑶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,包括計(jì)算結(jié)構(gòu)因子振幅、測(cè)定結(jié)構(gòu)因子相位、計(jì)算電子密度圖、構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型、精修結(jié)構(gòu)模型等.現(xiàn)在是28頁\一共有45頁\編輯于星期二M.Perutz佩魯茲(M.Perutz,1914–2002)和肯特魯(C.Kendrew,1917–1997)1953年通過X射線衍射法完成了血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)分析,并因此于1962年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).C.Kendrew現(xiàn)在是29頁\一共有45頁\編輯于星期二威爾金斯(M.Wilkins,1916)和弗蘭克林(R.Franklin,1920–1958)通過X射線衍射法研究DNA分子的結(jié)構(gòu).M.WilkinsR.Franklin

威爾金斯拍攝的DNA分子的X射線衍射照片.照片顯示DNA分子是單鏈結(jié)構(gòu)的螺旋體.現(xiàn)在是30頁\一共有45頁\編輯于星期二弗蘭克林于1952年5月獲得的一張清晰的DNA分子的X光衍射照片.由此推算DNA分子呈螺旋狀,而且認(rèn)識(shí)到是雙鏈同軸排列.定量測(cè)定DNA螺旋體的直徑為1.0

nm,螺距為3.4nm.現(xiàn)在是31頁\一共有45頁\編輯于星期二J.Watson

F.Crick

1953年沃森(J.D.Watson,1928)和克里克(F.H.Crick,1916–2004)在堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型.現(xiàn)在是32頁\一共有45頁\編輯于星期二由衍射圖重建的SARS-CoV主蛋白酶飄帶結(jié)構(gòu)模型.SARS-CoV主蛋白酶的X射線晶體衍射圖(1.9?).現(xiàn)在是33頁\一共有45頁\編輯于星期二一.X射線在診斷方面的應(yīng)用數(shù)字化多功能X光機(jī)§10-3X射線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

透視和攝影現(xiàn)在是34頁\一共有45頁\編輯于星期二世界一流的心血管造影系統(tǒng),主要用于心血管疾病的診斷和治療,尤其是心血管疾病的介入治療.

數(shù)字減影將血管內(nèi)注入造影劑前、后獲得的圖像相減,可以得到消除骨骼和軟組織結(jié)構(gòu)的血管影像——觀察心血管和腦血管的血液動(dòng)力學(xué)變化.現(xiàn)在是35頁\一共有45頁\編輯于星期二X

射線電子計(jì)算機(jī)斷層成像

(X-rayComputedTomography,簡(jiǎn)稱X-CT)

G.N.HounsfieldA.M.Cormack1963年美國(guó)物理學(xué)家科馬克(A.M.Cormack,1924–1998)發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對(duì)Ｘ線的透過率有所不同,提出了用投影數(shù)據(jù)重建圖像的數(shù)學(xué)方法.1972年英國(guó)工程師亨斯菲爾德(G.N.Hounsfield,1919–2004)研制成第一臺(tái)頭部X-CT,在臨床上使用并獲得清晰的診斷影像.現(xiàn)在是36頁\一共有45頁\編輯于星期二X-CT

系統(tǒng)示意圖探測(cè)器X線管高壓發(fā)生器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器顯示器照相機(jī)人體現(xiàn)在是37頁\一共有45頁\編輯于星期二圖像重建的物理基礎(chǔ)12n-1nll現(xiàn)在是38頁\一共有45頁\編輯于星期二

X射線管

探測(cè)器直線掃描1直線掃描2直線掃描3第一代CT機(jī)直線掃描240次→旋轉(zhuǎn)1°旋轉(zhuǎn)180°共得數(shù)據(jù)240180=43200個(gè)從43200個(gè)方程→25600個(gè)現(xiàn)在是39頁\一共有45頁\編輯于星期二X-CT

成像原理現(xiàn)在是4