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1、贵阳医学院贵阳医学院 使用教材：医学影像物理学使用教材：医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 1 第一章第一章 X 射线物理射线物理 习题一解答习题一解答 1-1 产生产生 X 射线需要哪些条件？射线需要哪些条件？ 答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶，电子加速的环境条件即 在阴极和阳极间建立电位差，为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞 的数量损失，要制造压强小于的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管 4 Pa 壳。 1-2 影响影响 X 射线管有效焦点大小的因素有哪些？射线管有效焦点大小的因素有哪些？ 答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流
2、、靶倾角。 1-3 在在 X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为 1.5ms-1，求连续，求连续 X 射射 8 10 线谱的最短波长和相应的最大光子能量。线谱的最短波长和相应的最大光子能量。 答：此题的思路是由动能公式求出电子的最大动能，此能量也是最 2 2 1 vm 大的光子能量，从而求出最短波长。但当速度可与光速 c=3ms-1相比较时， 8 10 必须考虑相对论效应，我们可以用下面公式求出运动中电子的质量 kg 30 2 31 22 0 10052 . 1 )2/1 (1 1011 . 9 /1 c m me v keV 8 . 731018 . 1
3、 )105 . 1 (10052 . 1 2 1 2 1 1428302 max Jmh ev nm0169 . 0 max min h hc 此题的结果告诉我们，管电压为 73.8KV。反过来，如果知道管电压，求电 子到达阳极靶表面的电子速度时，同样需要考虑相对论效应。 1-4 下面有关连续下面有关连续 X 射线的解释，哪些是正确的？射线的解释，哪些是正确的？ A连续连续 X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果； B连续连续 X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果；射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果； C连续
4、连续 X 射线的最大能量决定于管电压；射线的最大能量决定于管电压； D连续连续 X 射线的最大能量决定于靶物质的原子序数；射线的最大能量决定于靶物质的原子序数； E连续连续 X 射线的质与管电流无关。射线的质与管电流无关。 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材：医学影像物理学使用教材：医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 2 正确答案：B、C、E 1-5 下面有关标识下面有关标识 X 射线的解释，哪些是正确的？射线的解释，哪些是正确的？ A标识标识 X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果； B标识标识 X 射线的质与高速
5、电子的能量有关；射线的质与高速电子的能量有关； C标识标识 X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定；射线的波长由跃迁电子的能级差决定； D滤过使标识滤过使标识 X 射线变硬；射线变硬； E靶物质原子序数越高，标识靶物质原子序数越高，标识 X 射线的能量就越大。射线的能量就越大。 正确答案：A、C、E 1-6 影响影响 X 射线能谱的因素有哪些？射线能谱的因素有哪些？ 答：电子轰击阳极靶产生的 X 射线能谱的形状（归一化后）主要由管电压、 靶倾角和固有滤过决定。当然，通过附加滤过也可改变 X 射线能谱的形状。 1-7 影响影响 X 射线强度的因素有哪些？射线强度的因素有哪些？ 答：X 射线在空间某
6、一点的强度是指单位时间内通过垂直于 X 射线传播方 向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。可见，X 射线强度是由光子 数目和光子能量两个因素决定的。影响 X 射线强度（量与质）的因素很多，主 要有：增加毫安秒，X 射线的质不变、量增加，X 射线强度增加；增加管电压， X 射线的质和量均增加，X 射线强度增加；提高靶物质原子序数，X 射线的质 和量均增加，X 射线强度增加；增加滤过，X 射线的质增加、但 X 射线的量减 少，X 射线强度减少；增加离 X 射线源的距离，X 射线的质不变，X 射线的量 减少，X 射线强度减少；管电压的脉动，X 射线的质和量均减少，X 射线强度 减少。 1-8
7、原子放出原子放出 X 射线前是静止的，为了保持活动不变，当它发射射线前是静止的，为了保持活动不变，当它发射 X 射线时，射线时， 原子经历反冲。设原子的质量是原子经历反冲。设原子的质量是 M，X 射线的能量为射线的能量为 h，试计算原子的反冲，试计算原子的反冲 动能。动能。 答：此题的关键在于利用 X 射线的动量和能量的关系：。 c h p 根据动量守恒，可知： c h pM v 这样，原子的反冲动能 2 2 2 2 )( 2 1 Mc h M v 1-9 X 射线摄影中，光电效应和康普顿效应对影像质量和患者防护各有何利弊？射线摄影中，光电效应和康普顿效应对影像质量和患者防护各有何利弊？ 贵阳
8、医学院贵阳医学院 使用教材：医学影像物理学使用教材：医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 3 答：诊断放射学中的光电效应，可从利弊两个方面进行评价。有利的方面， 能产生质量好的影像，其原因是：不产生散射线，大大减少了照片的灰雾； 可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的 X 射线照 片，对提高诊断的准确性有好处。钼靶乳腺 X 射线摄影，就是利用低能 X 射线 在软组织中因光电吸收的明显差别产生高对比度照片的。有害的方面是，入射 X 射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。从全面质量管 理观点讲，应尽量减少每次 X 射线检查的剂量。 康普顿
9、效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题。在 X 射线 诊断中，从受检者身上产生的散射线其能量与原射线相差很少，并且散射线比 较对称地分布在整个空间，这个事实必须引起医生和技术人员的重视，并采取 相应的防护措施。另外，散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度，但 与光电效应相比受检者的剂量较低。 1-10 0.5cm 的铝将单能的铝将单能 X 射线强度衰减到射线强度衰减到 46.7%, 试求该光子束的试求该光子束的 HVL。 答：此题是衰减规律的简单应用。 根据衰减规律，可知：，从而求得线性衰减系 x eII 0 5 . 0 00 % 7 . 46 eII 数1.523cm-1 再根
10、据半价层 HVL 与线性衰减系数的关系：，得：693 . 0 HVL HVL=0.455cmAl 1-11 质量衰减系数、质能转移系数和质能吸收系数三者间的区别和联系怎样？质量衰减系数、质能转移系数和质能吸收系数三者间的区别和联系怎样？ 答：X 射线光子与吸收物质发生相互作用时，一般情况下，光子的一部分 能量以散射辐射的方式从吸收体中辐射掉，另一部分转化为高速电子或正电子 的动能。 质量衰减系数表示入射 X 射线与物质相互作用的总概率，它包括所有可 能发生的相互作用的概率之和。质能转移系数表示相互作用过程中光子能 tr 量转移给带电粒子的那部分份额的总和。不过，由于光核反应及其它一些过程 贵阳
11、医学院贵阳医学院 使用教材：医学影像物理学使用教材：医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 4 的发生概率很小，因而带电粒子的能量主要来自光电效应、康普顿效应和电子 对效应三个主要过程。传递给带电粒子的能量，其中又有一部分转移成韧致辐 射。质能吸收系数表示扣除韧致辐射后，光子交给带电粒子的能量用于造 en 成电离、激发，从而真正被物质吸收的那部分能量所占的份额。 在数量上它们之间的关系为： ， ， h Etr tr h Een en tren g)1 ( 1-12 已知入射光子的能量为已知入射光子的能量为, 散射角为散射角为, ,试求散射光子的能量。并分析低试求散射光子的
12、能量。并分析低h 能入射和高能入射光子在能入射和高能入射光子在 9090方向上光子散射的情况。电子的静止能量为方向上光子散射的情况。电子的静止能量为。 2 ec m 答：由能量守恒和动量守恒，可得，散射光子能量为：h )cos1 (1 h h 为入射光子能量 h 和电子的静止能量的比值，=0.511MeV。 2 0c m 2 ec m 当时，。由于，故=0.511MeV，这 0 90 1 h h)1 ( h h 说明，不管入射 X 射线光子的能量有多高，散射光子的能量最大不超过 0 90 0.511MeV。 1-13 X 射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律的适用条件是什么？的适用条件
13、是什么？ x eII 0 答：的适用条件是：单能、窄束、均匀物质。 x eII 0 1-14 若空气中各组分的质量百分比为氮若空气中各组分的质量百分比为氮 75%，氧，氧 23.2%，氩，氩 1.3%，试计算在，试计算在 能量为能量为 20keV 光子作用下，空气的质量衰减系数。已知氮、氧、氩的质量衰减光子作用下，空气的质量衰减系数。已知氮、氧、氩的质量衰减 系数分别为系数分别为 0.36、0.587、和、和 8.31()。 12 kgm 答：根据混合物或化合物的质量衰减系数公式：来计算。 i iiP )( 空气的质量衰减系数为： 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材：医学影像物理学使用教材：医学影
14、像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 5 ArArOONN PPP)()()( =0.360.75+0.5870.232+8.310.013 =0.514(m2/kg) 第二章第二章 X 射线影像射线影像 习题二解答习题二解答 2-12-1 X X 射线信息影像形成的阶段是（射线信息影像形成的阶段是（ ） A.A. X X 射线透过被照体之后射线透过被照体之后 B.B. X X 射线照片冲洗之后射线照片冲洗之后 c.c. X X 射线到达被照体之前射线到达被照体之前 D.D.在大脑判断之后在大脑判断之后 答：X 射线到达被照体之前,不具有物体信息。X 射线透射出被照体时,由于
15、被照 体对 X 射线的吸收衰减,使透射出的 X 射线强度产生不均匀分布,由此形成 X 射 线信息影像。正确答案:A 2-22-2 X X 射线照片图像形成过程中射线照片图像形成过程中, ,起作用的是（起作用的是（ ） A.A. X X 射线的穿透作用射线的穿透作用 B.B. X X 射线的荧光作用射线的荧光作用 c.c.被照体对被照体对 X X 射线吸收衰减的差异射线吸收衰减的差异 D.D. X X 射线的光化学作用射线的光化学作用 答：由于 X 射线具有穿透作用,且不同的物体(组织)对 X 射线的吸收衰减不同, 使透射出物体(组织)的 X 射线强度分布不均匀,携带了物体(组织)的信息,当其 投照到胶片上后,x 射线的光化学作用使胶片形成潜影。但因 X 射线的光化学作 用使胶片形成潜影的效率较低,利用 X 射线荧光作用的增感屏得到广泛使用。在 增感屏一胶片系统中,胶片潜影的形成,来自 X 射线光化学作用的贡献不足 10% ,其 余为 X 射线的荧光作用使增感屏发出的荧光的贡献。正确答案:A、
