《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》1-9章課后習(xí)題答案

《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》1-9第一章X射線物理1-1產(chǎn)生X射線需要哪些條件？答：這個(gè)題目實(shí)際上把高速電子轟擊靶產(chǎn)生X射線這一事實(shí)在條件上予以明確。首先要有產(chǎn)生電子的陰極和被轟擊的陽極靶，電子加速的環(huán)境條件即在陰極和陽極間建立電位差，為防止陰極和陽極氧化以及電子與中性分子碰撞的數(shù)量損失，要制造壓強(qiáng)小于4-Pa的真空環(huán)境，為此要有一個(gè)耐壓、密封的管殼。1-2影響X射線管有效焦點(diǎn)大小的因素有哪些？答：影響有效焦點(diǎn)大小的因素有：燈絲大小、管電壓和管電流、靶傾角。在X1.5?810ms-1，求連續(xù)X射線譜的最短波長和相應(yīng)的最大光子能量。221vm求出電子的最大動能，此能量也是最大的光子能量，從而求出最短波長。但當(dāng)速度可與光速c=3?810ms-1相比較時(shí)，必需考慮相對論效應(yīng)，我們可以用下面公式求出運(yùn)動中電子的質(zhì)量kg3023122010052.1)2/1(11011.9/1--?=-?=-=cmmevkeV8.731018.1)105.1(10052.121211428302max=?===-- Jmhevνnm0169.0maxmin==νλhhc此題的結(jié)果告知我們，管電壓為73.8KV。反過來，假設(shè)知道管電壓，求電子到達(dá)陽極靶外表的電子速度時(shí)，同樣需要考慮相對論效應(yīng)。下面有關(guān)連續(xù)X射線的解釋，哪些是正確的？A．連續(xù)X射線是高速電子與靶物質(zhì)軌道電子相互作用的結(jié)果；B．連續(xù)X射線是高速電子與靶物質(zhì)的原子核電場相互作用的結(jié)果；C．連續(xù)X射線的最大能量打算于管電壓；D．連續(xù)X射線的最大能量打算于靶物質(zhì)的原子序數(shù)；E．連續(xù)X射線的質(zhì)與管電流無關(guān)。正確答案：B、C、E下面有關(guān)標(biāo)識X射線的解釋，哪些是正確的？A．標(biāo)識X射線是高速電子與靶物質(zhì)軌道電子相互作用的結(jié)果；B．標(biāo)識X射線的質(zhì)與高速電子的能量有關(guān)；C．標(biāo)識X射線的波長由躍遷電子的能級差打算；D．濾過使標(biāo)識X射線變硬；E．靶物質(zhì)原子序數(shù)越高，標(biāo)識X射線的能量就越大。正確答案：A、C、E影響X射線能譜的因素有哪些？答：電子轟擊陽極靶產(chǎn)生的X射線能譜的外形〔歸一化后〕主要由管電壓、靶傾角和固有濾過打算。固然，通過附加濾過也可轉(zhuǎn)變X射線能譜的外形。影響X射線強(qiáng)度的因素有哪些？答：X射線在空間某一點(diǎn)的強(qiáng)度是指單位時(shí)間通過垂直于X射線傳播方向上的單位面積上的光子數(shù)量與能量乘積的總和?？梢?，X射線強(qiáng)度是由光子數(shù)目和光子能量兩個(gè)因素打算的。影響X射線強(qiáng)度〔量與質(zhì)〕的因素很多，主要有：增加毫安秒，X射線的質(zhì)不變、量增加，X射線強(qiáng)度增加；增加管電壓，X射線的質(zhì)和量均增加，X射線強(qiáng)度增加；提高靶物質(zhì)原子序數(shù)，X射線的質(zhì)和量均增加，X射線強(qiáng)度增加；增加濾過，X射線的質(zhì)增加、但X射線的量削減，X射線強(qiáng)度削減；增加離X射線源的距離，X射線的質(zhì)不變，X射線的量削減，X射線強(qiáng)度削減；管電壓的脈動，X射線的質(zhì)和量均削減，X射線強(qiáng)度削減。原子放出X射線前是靜止的，為了保持活動不變，當(dāng)它放射X射線時(shí)，原子經(jīng)受反沖。設(shè)原子的質(zhì)量是M，X射線的能量為hν，試計(jì)算原子的反沖動能。答：此題的關(guān)鍵在于利用X射線的動量和能量的關(guān)系：chpν=：chpMν==v這樣，原子的反沖動能2222)(21MchMν=vX射線攝影中，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)對影像質(zhì)量和患者防護(hù)各有何利弊？答：診斷放射學(xué)中的光電效應(yīng)，可從利弊兩個(gè)方面進(jìn)展評價(jià)。有利的方面，能產(chǎn)生質(zhì)量好的影像，其緣由是：①不產(chǎn)生散射線，大大削減了照片的灰霧；②可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸取差別，產(chǎn)生高比照度的X射線照片，對提高診斷的準(zhǔn)確性有好處。鉬靶乳腺X射線攝影，就是利用低能X射線在軟組織中因光電吸取的明顯差異產(chǎn)生高比照度照片的。有害的方面是，入射X射線通過光電效應(yīng)可全部被人體吸取，增加了受檢者的劑量。從全面質(zhì)量治理觀點(diǎn)講，應(yīng)盡量削減每次X射線檢查的劑量。康普頓效應(yīng)中產(chǎn)生的散射線是輻射防護(hù)中必需引起留意的問題。在X射線診斷中，從受檢者身上產(chǎn)生的散射線其能量與原射線相差很少，并且散射線比較對稱地分布在整個(gè)空間，這個(gè)事實(shí)必需引起醫(yī)生和技術(shù)人員的重視，并實(shí)行相應(yīng)的防護(hù)措施。另外，散射線增加了照片的灰霧，降低了影像的比照度，但與光電效應(yīng)相比受檢者的劑量較低。0.5cm的鋁將單能X射線強(qiáng)度衰減到46.7%,試求該光子束HVL答：此題是衰減規(guī)律的簡潔應(yīng)用。依據(jù)衰減規(guī)律xeIIμ-=0，可知：μ5.000%7.46-=eII，從而求得線性衰減系數(shù)=μ1.523cm-1再依據(jù)半價(jià)層HVL與線性衰減系數(shù)μ的關(guān)系：693.0=?μHVL，得：HVL=0.455cmAl1-11質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)和質(zhì)能吸取系數(shù)三者間的區(qū)分和聯(lián)系怎樣？答：X射線光子與吸取物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)，一般狀況下，光子的一局部能量以散射輻射的方式從吸取體中輻射掉，另一局部轉(zhuǎn)化為高速電子或正電子的動能。質(zhì)量衰減系數(shù)ρμ表示入射X射線與物質(zhì)相互作用的總概率，它包括全部可能發(fā)生的相互作用的概率之和。質(zhì)ρμtr表示相互作用過程中光子能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子的那局部份額的總和。不過，由于光核反響及其它一些過程的發(fā)生概率很小，因而帶電粒子的能量主要來自光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)三個(gè)主要過程。傳遞給帶電粒子的能量，其中又有一局部轉(zhuǎn)ρμen表示扣除韌致輻射后，光子交給帶電粒子的能量用于造成電離、激發(fā)，從而真正被物質(zhì)吸取的那局部能量所占的份額。νρμρμhEtrtr?=，νρμρμhEenen?=，ρμρμtreng)1(-=入射光子的能量為νh,散射角為?,試求散射光子的能量。并分析低能入射和高能入射光子在 90?方向上光子散射的狀況。電子的靜止能量為2ecm。答：由能量守恒和動量守恒，可得，散射光子能量ν”h為：)cos1(1?ανν-+=”hhα為入射光子能量hν和電子的靜止能量20cm的比值，2ecm=0.511MeV當(dāng)090=?時(shí)，ανν+=”1hh。由于αα>+)1(，αννhh<”=0.511MeV，這說明，不管入射X射線光子的能量有多高，090散射光子的能量最大不超過0.511MeVX射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律xeIIμ-=0的適用條件是什么？答：xeIIμ-=0窄束、均勻物質(zhì)。假設(shè)空氣中各組分的質(zhì)量百分比為氮 75%，氧23.2%，氬1.3%，試計(jì)算在能量為20keV光子作用下，空氣的質(zhì)量衰減系數(shù)。已知氮、氧、氬的質(zhì)量衰減系數(shù)分別為0.36、0.587、和8.31(12kgm-?)。答：依據(jù)混合物或化合物的質(zhì)量衰減系數(shù)公式：∑=iiiP)(ρμρμArArOONNPPP)(ρμρμρμρμ++==0.36×0.75+0.587×0.232+8.31×0.013=0.514(m2/kg)其次章X射線影像X射線信息影像形成的階段是A．X射線透過被照體之后B.X射線照片沖洗之后C．X射線到達(dá)被照體之前D.在大腦推斷之后答：X射線到達(dá)被照體之前，不具有物體信息。X射線透射出被照體時(shí)，由于被照體對X射線的吸取衰減，使透射出的X射線強(qiáng)度產(chǎn)生不均勻分布，由此形成X射線信息影像。正確答案：AX射線照片圖像形成過程中，起作用的是X射線的穿透作用X射線的熒光作用被照體對X射線吸取衰減的差異X答：由于X射線具有穿透作用，且不同的物體〔組織〕對X射線的吸取衰減不同，使透射出物體〔組織〕的X射線強(qiáng)度分布不均勻，攜帶了物體〔組織〕的信息，當(dāng)其投照到膠片上后，X射線的光化學(xué)作用使膠片形成潛影。但因X射線的光化學(xué)作用使膠片形成潛影的效率較低，利用X射線熒光作用的增感屏得到廣泛使用。在增感屏/膠片系統(tǒng)中，膠片潛影的形成，來自X射線光化學(xué)作用的奉獻(xiàn)缺乏10%，其余為X射線的熒光作用使增感屏發(fā)出的熒光的奉獻(xiàn)。正確答案：A、B、C、D關(guān)于X射線照片圖像的形成，正確的說法是A．X射線透過被照體之后的透射線和散射線，照耀到膠片上形成照片圖像B．X射線照片圖像是X射線被被照體吸取與散射后形成的C．X射線照片圖像是利用了X射線的直進(jìn)性D．X射線膠片承受到的散射線不形成圖像答：由于被照體對X射線的吸取衰減，使透射出的X射線強(qiáng)度產(chǎn)生不均勻分布，由此形成X射線信息影像，散射線對透射過被照體的X射線的強(qiáng)度分布規(guī)律沒有影響，因此，散射線不形成影像，只能給照片帶來灰霧。正確答案：B、C、D關(guān)于密度的定義，正確的說法是密度為膠片乳劑膜在光的作用下致黑的程度密度是由膠片乳劑曝光后，經(jīng)沖洗復(fù)原出來的銀顆粒沉積而形成的銀顆粒沉積越多的地方，照片越黑，密度越高；反之亦然密度值用照片阻光率的常用對數(shù)表示答：膠片感光層是感光靈敏的乳膠體薄層，在乳膠體中均勻地分布著鹵化銀微顆粒。X射線照耀過的膠片，經(jīng)過顯影、定影后，膠片感光層中的鹵化銀被復(fù)原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆粒組成的黑色影像。膠片變黑的程度稱為照片光密度〔D〕IID0lg式中I0是投照在膠片上曝光點(diǎn)的光強(qiáng)，I是曝光點(diǎn)的透射光強(qiáng)。II0越大，表示該曝光點(diǎn)吸取光的力量越大〔阻光力量強(qiáng)〕，II0也被稱為阻光率，膠片經(jīng)沖洗復(fù)原出來的銀顆粒沉積越多，照片越黑，光密度越大〔高〕。正確答案：A、B、C、D均勻X射線透過被照體之后，形成的X射線強(qiáng)度分布變化，稱為A．客觀比照度B．主觀比照度C．圖像比照度D．X射線比照度答：強(qiáng)度均勻的X射線投照到人體，由于人體存在客觀比照度〔人體各種組織、器官間自然存在的密度、原子序數(shù)及厚度的差異〕，對X射線衰減不同，使透射出人體的X射線強(qiáng)度分布發(fā)生了變化，這種X線強(qiáng)度的差異，稱為X射線比照度〔不行見的X射線信息影像〕，這是一種主觀比照度。X射線照片上相鄰組織影像的光學(xué)密度差，稱為圖像〔影像〕對比度。圖像比照度依靠于被照體不同組織吸取所產(chǎn)生的X射線比照度，以及膠片對X射線比照度的放大結(jié)果。正確答案：B、D關(guān)于圖像比照度，正確的說法是A．為提高乳腺組織各層次的比照，應(yīng)選用軟X射線B．骨骼圖像所以有很高的圖像比照度，是由于組成骨骼元素的原子序數(shù)高C．離體的肺組織圖像，應(yīng)具有很高的圖像比照度D．消化道必需通過比照劑，才能形成良好的圖像比照度E．高千伏攝影的照片，圖像比照度均偏低答：脂肪與軟組織之間的物質(zhì)密度差異不大，只有應(yīng)用軟X射線才能使它們顯出光密度稍有不同的影像。組成骨骼元素的原子序數(shù)高、物質(zhì)密度大，吸取X射線多，因此有很高的圖像比照度。具有生命力的肺與離體肺，雖然在組織構(gòu)造上是一樣的，但具有活力的肺組織布滿了空氣。氣體與血液、肌肉相比，X射線的吸取率為千分之一，反映在照片上就形成了高比照度的影像。考慮到離體肺組織空氣的流失，因而不行能形成良好比照的影像。消化道雖含有氣體、液體等，但在一般平片上得不到滿足的顯影，只能顯出其外形，不能顯示其腔，所以必需通過比照劑，才能形成良好的圖像比照度。高千伏攝影時(shí)，由于X射線能量較大，光電吸取削減，所以照片的圖像比照度均偏低正確答案：A、B、D、E客觀比照度、圖像比照度與成像系統(tǒng)的比照度區(qū)分力三者之間存在怎樣的關(guān)系？答：客觀比照度也稱物理比照度，為物體各局部〔被檢者的組織器官〕的密度、原子序數(shù)及厚度的差異程度?？陀^比照度的存在是醫(yī)學(xué)成像最根本的物理根底。圖像比照度是可見圖像中灰度、光密度或顏色的差異程度，是圖像的最根本特征。一個(gè)物體要形成可見的圖像比照度，它與四周背景之間要存在肯定的客觀比照度，當(dāng)某種物理因子作用物體后，能夠形成肯定的主觀比照度，被成像系統(tǒng)的探測器檢測出。假設(shè)客觀比照度較小，成像系統(tǒng)的比照度區(qū)分力低，則所得的圖像比照度小，圖像質(zhì)量差，所以圖像比照度的形成取決于客觀比照度、主觀比照度與成像系統(tǒng)的比照度區(qū)分力?？赏ㄟ^哪些方法形成主觀比照度？答：廣義上講主觀比照度是某種物理因子〔如X射線、超聲波、射頻電磁波、放射性核素等〕與物體〔人體〕相互作用后所表現(xiàn)出的特征變化，或物體〔人體〕自身某種物理因子表現(xiàn)出的特征〔如溫度的分布〕，形成了某種物理因子比照度。當(dāng)強(qiáng)度均勻的X射線投照到人體，由于人體存在客觀比照度〔人體各種組織、器官的密度、原子序數(shù)及厚度的差異〕，對X射線衰減不同，使透射出人體的X射線的強(qiáng)度分布發(fā)生了變化，形成X射線比照度。由于聲遇到聲阻抗不同的界面時(shí)，會產(chǎn)生反射，且在聲阻抗差異越大的界面，聲的反射越強(qiáng)，當(dāng)強(qiáng)度均勻的超聲波投照到人體，由于人體組織聲阻抗的差異，不同的界面對超聲波的反射不同，從而形成反映組織差異的超聲比照度；利用多普勒效應(yīng)，探測投射到流淌血液上超聲波頻率的變化，則可形成另外一種超聲比照度反映血流狀況。人體不同的部位、組織溫度有所不同，其紅外輻射可形成紅外比照度。引入體的放射性核素會因參與體物質(zhì)的輸運(yùn)、集聚、代，而在空間有特定的分布，由此其衰變時(shí)發(fā)出的射線〔如γ射線〕便會形成放射性活度比照度。人體中能夠產(chǎn)生核磁共振的自旋核〔如1H〕分布及所處的狀態(tài)不同，當(dāng)用靜磁場、射頻場鼓勵(lì)這些自旋核，使其發(fā)生核磁共振時(shí)，它們所產(chǎn)生的核磁共振信號特性便會有所不同，從而形成核磁共振信號比照度。人體不同組織的電特性不同，給人體施加特定的電場，可形成電流比照度、電壓比照度和阻抗比照度等。圖像的模糊度與哪些因素有關(guān)？答：抱負(fù)狀況下，物體每一個(gè)小物點(diǎn)的像應(yīng)為一個(gè)邊緣清楚的小點(diǎn)。但實(shí)際上，每個(gè)小物點(diǎn)的像均有不同程度的擴(kuò)展，變得模糊〔失銳〕了。通常用小物點(diǎn)的模糊圖像的線度表示物點(diǎn)圖像的模糊程度，稱為模糊度。圖像的模糊度與成像系統(tǒng)的空間區(qū)分力有很大關(guān)系。成像系統(tǒng)的空間區(qū)分力是成像系統(tǒng)區(qū)分或分開相互靠近的物體的力量，以單位距離〔毫米或厘米〕可區(qū)分線對〔一個(gè)白線條與一個(gè)黑線條組成一個(gè)線對〕的數(shù)目來表示，單位為LP/mm〔或LP/cm〕，明顯單位距離可區(qū)分的線對數(shù)越多，成像系統(tǒng)的空間區(qū)分力越高，所得圖像的模糊度越小。由于成像系統(tǒng)的比照度區(qū)分力對成像系統(tǒng)的空間區(qū)分力的有影響，所以也會對圖像的模糊度產(chǎn)生影響。圖像比照度、細(xì)節(jié)可見度、噪聲三者之間有怎樣的關(guān)系？答：細(xì)節(jié)可見度與圖像比照度有關(guān)。圖像比照度高，細(xì)節(jié)可見度高；圖像比照度低，細(xì)節(jié)可見度低。細(xì)節(jié)可見度減小的程度與細(xì)節(jié)構(gòu)造的大小及圖像的模糊度、圖像比照度有關(guān)，當(dāng)模糊度較低時(shí)，對于較大的物體，其圖像比照度的減小，不會影響到細(xì)節(jié)可見度；假設(shè)物體較小，但其線度比模糊度大，則圖像比照度的減小一般不會影響可見度；而當(dāng)細(xì)節(jié)的線度接近或小于模糊度時(shí)，圖像比照度的降低，會對細(xì)節(jié)可見度產(chǎn)生明顯的影響。噪聲對圖像中可見與不行見構(gòu)造間的邊界有影響。圖像噪聲增大，就如同一幅原本清楚的畫面被蒙上了一層霧，降低了圖像比照度，并減小細(xì)節(jié)可見度。在大多數(shù)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中，噪聲對低比照度構(gòu)造的影響最明顯，由于它們已接近構(gòu)造可見度的閾值。圖像比照度增大會增加噪聲的可見度。作為被照體本身，有哪些因素影響圖像比照度A．原子序數(shù)B．外形C．密度D．厚度答：原子序數(shù)越高，因光電效應(yīng)產(chǎn)生的吸取就越多，X射線比照度就越大。骨骼由含高原子序數(shù)的鈣、磷等元素構(gòu)成，所以骨骼比肌肉、脂肪能吸取更多的X射線，在彼此間可形成較高的圖像比照度。被照體的外形與圖像比照度無關(guān)。組織密度越大，對X射線吸取越多，因此，密度差異大的組織也可以形成較明顯的圖像比照度。人體除骨骼外，其他組織的密度大致一樣，只有肺是例外，具有生命力的肺是布滿氣體的組織，由于氣體與血液、肌肉相比，X射線的吸取率為千分之一，可形成較高的圖像比照度。在原子序數(shù)、密度一樣的狀況下，圖像比照度的形成取決于被照體的厚度差異。正確答案：A、C、DX射線光子統(tǒng)計(jì)漲落的照片記錄稱為圖像斑點(diǎn)屏構(gòu)造斑點(diǎn)膠片構(gòu)造斑點(diǎn)增感率答：因增感屏熒光顆粒大小不等、分布不均勻等增感屏自身構(gòu)造因素所形成的斑點(diǎn)為屏構(gòu)造斑點(diǎn)；因膠片感光顆粒大小不等、分布不均勻等膠片自身構(gòu)造因素所形成的斑點(diǎn)為膠片構(gòu)造斑點(diǎn)。在產(chǎn)生同樣的照片圖像比照度條件下，使用增感屏與不使用增感屏所需X圖像〔照片〕的斑點(diǎn)現(xiàn)象主要由X射線的量子斑點(diǎn)和構(gòu)造斑點(diǎn)形成，其中X正確答案：A以下說法哪項(xiàng)是正確的A．每個(gè)像素的信息包括在圖像矩陣中的位置和灰度值B．?dāng)?shù)字圖像是在空間坐標(biāo)上和灰度值上離散化了的模擬圖像C．像素的大小打算了圖像的細(xì)節(jié)可見度D．像素的數(shù)目與灰度級數(shù)越大，圖像越模糊答：一幅圖像可以用點(diǎn)函數(shù)f〔x，y，z，，t〕的集合表示，其中f表示該點(diǎn)的明暗程度；〔x，y，z〕表示像點(diǎn)的空間位置，在二維圖像中像點(diǎn)的空間位置與z無關(guān)；t表示時(shí)間，靜止圖像與t無關(guān)。一幅靜止的二維圖可表示為：G=f〔x，y〕坐標(biāo)〔x，y〕打算了像點(diǎn)的空間位置，G代表像點(diǎn)的明暗程度〔灰度〕。假設(shè)G、x、y的值是任意實(shí)數(shù)，則是模擬圖像；假設(shè)G、x、y的值是離散的整數(shù)，則是數(shù)字圖像。描述一幅圖像需要的像素量是由每個(gè)像素的大小和整個(gè)圖像的尺寸打算的。當(dāng)一幅圖像的尺寸肯定，假設(shè)削減構(gòu)成圖像的像素?cái)?shù)量，則每個(gè)像素的尺寸就會增大，則圖像模糊，可觀看到的原始圖像細(xì)節(jié)較少，圖像的細(xì)節(jié)可見度低；反之，則可觀看到的圖像細(xì)節(jié)就比較多，圖像的細(xì)節(jié)可見度高。正確答案：A、B、C指出以下說法中正確者A．同一窗口技術(shù)不能使不同密度的影像都得到滿足的顯示效果B．同一窗口技術(shù)能使不同密度的影像都得到滿足的顯示效果C．窗寬灰度值圍以外的影像分別顯示黑色或白色影像D．窗位是指顯示圖像的灰度值圍答：窗口技術(shù)中的窗寬是指感興趣區(qū)圖像預(yù)備調(diào)整的灰度值圍，窗位是對應(yīng)預(yù)備調(diào)整的灰度值圍中心值。窗口技術(shù)只能使特定密度區(qū)域〔窗寬圍〕的影像得到較滿足的顯示效果。正確答案：A、C一般人眼只能區(qū)分16個(gè)灰度級，即從白到黑〔或從黑到白〕分16個(gè)灰度級，對應(yīng)16個(gè)灰度值〔如0~15〕，人眼能夠分清相鄰兩個(gè)灰度級的差異，假設(shè)從白到黑〔或從黑到白〕灰度級大于16，一般人眼便區(qū)分不出相鄰兩個(gè)灰度級的差異了。監(jiān)視