本文格式為Word版，下載可任意編輯——《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》1第一章X射線物理

1-1產(chǎn)生X射線需要哪些條件？

答：這個題目實際上把高速電子轟擊靶產(chǎn)生X射線這一事實在條件上予以明確。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Pa1-2影響X射線管有效焦點大小的因素有哪些？

答：影響有效焦點大小的因素有：燈絲大小、管電壓和管電流、靶傾角。

1-3在X射線管中，若電子到達(dá)陽極靶面的速度為1.5?10ms-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。

答：此題的思路是由動能公式

8?4的真空環(huán)境，為此要有一個耐壓、密封的管殼。

1mv2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28最短波長。但當(dāng)速度可與光速c=3?10ms-1相比較時，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

me?m01?v2/c2?9.11?10?311?(1/2)2?1.052?10?30kg

h?max?11mev2??1.052?10?30?(1.5?108)2?1.18?10?14J?73.8keV22

?min?hch?max?0.0169nm

此題的結(jié)果告訴我們，管電壓為73.8KV。反過來，假使知道管電壓，求電子到達(dá)陽極靶表面的電子速度時，同樣需要考慮相對論效應(yīng)。

1-4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射線的最大能量決定于管電壓；

D．連續(xù)X射線的最大能量決定于靶物質(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

1-5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決定；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

1-6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射線能譜的形狀（歸一化后）主要由管電壓、靶傾角和固有濾過決定。當(dāng)然，通過附加濾過也可改變X射線能譜的形狀。

1-7影響X射線強(qiáng)度的因素有哪些？

答：X射線在空間某一點的強(qiáng)度是指單位時間內(nèi)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)目和光子能量兩個因素決定的。影響X射線強(qiáng)度（量與質(zhì)）的因素好多，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射線的量減少，X射線強(qiáng)度減少；增加離X射線源的距離，X射線的質(zhì)不變，X射線的量減少，X射線強(qiáng)度減少；管電壓的脈動，X射線的質(zhì)和量均減少，X射線強(qiáng)度減少。1-8原子放出X射線前是靜止的，為了保持活動不變，當(dāng)它發(fā)射X射線時，原子經(jīng)歷反沖。設(shè)原子的質(zhì)量是M，X射線的能量為h?，試計算原子的反沖動能。

答：此題的關(guān)鍵在于利用X射線的動量和能量的關(guān)系：根據(jù)動量守恒，可知：Mvp?h?c。

?p?h?c

1(h?)22這樣，原子的反沖動能Mv?22Mc2

1-9X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)，可從利弊兩個方面進(jìn)行評價。有利的方面，能產(chǎn)生質(zhì)量好的影像，其原因是：①不產(chǎn)生散射線，大大減少了照片的灰霧；②可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸收區(qū)別，產(chǎn)生高對比度的X射線照片，對提高診斷的確鑿性有好處。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收的明顯區(qū)別產(chǎn)生高對比度照片的。有害的方面是，入射X射線通過光電效應(yīng)可全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。從全面質(zhì)量管理觀點講，應(yīng)盡量減少每次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)中必需引起注意的問題。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空間，這個事實必需引起醫(yī)生和技術(shù)人員的重視，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。另外，散射線增加了照片的灰霧，降低了影像的對比度，但與光電效應(yīng)相比受檢者的劑量較低。

1-100.5cm的鋁將單能X射線強(qiáng)度衰減到46.7%,試求該光子束的HVL。

答：此題是衰減規(guī)律的簡單應(yīng)用。根據(jù)衰減規(guī)律I?I0e??x，可知：46.7%I0?I0e?0.5?，從而求得線性衰減系數(shù)??1.523cm-1

?0.693，得：

再根據(jù)半價層HVL與線性衰減系數(shù)?的關(guān)系：HVL??HVL=0.455cmAl

1-11質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)和質(zhì)能吸收系數(shù)三者間的區(qū)別和聯(lián)系怎樣？

答：X射線光子與吸收物質(zhì)發(fā)生相互作用時，一般狀況下，光子的一部分能量以散射輻射的方式從吸收體中輻射掉，另一部分轉(zhuǎn)化為高速電子或正電子的動能。

質(zhì)量衰減系數(shù)

??表示入射X射線與物質(zhì)相互作用的總概率，它包括所有可能發(fā)生的相互作用的概率

之和。質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)

?tr?表示相互作用過程中光子能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子的那部分份額的總和。不過，由于

光核反應(yīng)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)三個主要過程。傳遞給帶電粒子的能量，其中又有一部分轉(zhuǎn)移成韌致輻射。質(zhì)能吸收系數(shù)

?en?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)吸收的那部分能量所占的份額。

在數(shù)量上它們之間的關(guān)系為：

?tr?Etr????h?，

?en?Een?en?，???(1?g)tr????h?

1-12已知入射光子的能量為hν,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mec。

答：由能量守恒和動量守恒，可得，散射光子能量h??為：

2h???h?

1??(1?cos?)

?為入射光子能量hν和電子的靜止能量m0c2的比值，mec2=0.511MeV。

當(dāng)??900時，h???h?1??0。由于(1??)??，故h???h??=0.511MeV，這說明，不管入射

X射線光子的能量有多高，90散射光子的能量最大不超過0.511MeV。1-13X射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律I答：I?I0e??x的適用條件是什么？

?I0e??x的適用條件是：單能、窄束、均勻物質(zhì)。

1-14若空氣中各組分的質(zhì)量百分比為氮75%，氧23.2%，氬1.3%，試計算在能量為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(m2?kg?1)。

答：根據(jù)混合物或化合物的質(zhì)量衰減系數(shù)公式：

????()iPi來計算。??i空氣的質(zhì)量衰減系數(shù)為：

?????()NPN?()OPO?()ArPAr????=0.36×0.75+0.587×0.232+8.31×0.013=0.514(m2/kg)

其次章X射線影像

2-1X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.在大腦判斷之后

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，由于被照體對X射線的吸收衰減，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：A2-2X射線照片圖像形成過程中，起作用的是

A.X射線的穿透作用B.X射線的熒光作用C.被照體對X射線吸收衰減的差異D.X射線的光化學(xué)作用

答：由于X射線具有穿透作用，且不同的物體（組織）對X射線的吸收衰減不同，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)作用的貢獻(xiàn)不足10%，其余為X射線的熒光作用使增感屏發(fā)出的熒光的貢獻(xiàn)。

正確答案：A、B、C、D2-3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，照射到膠片上形成照片圖像B．X射線照片圖像是X射線被被照體吸收與散射后形成的C．X射線照片圖像是利用了X射線的直進(jìn)性D．X射線膠片接受到的散射線不形成圖像

答：由于被照體對X射線的吸收衰減，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、D2-4關(guān)于密度的定義，正確的說法是

A.密度為膠片乳劑膜在光的作用下致黑的程度

B.密度是由膠片乳劑曝光后，經(jīng)沖洗還原出來的銀顆粒沉積而形成的C.銀顆粒沉積越多的地方，照片越黑，密度越高；反之亦然

D.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射線照射過的膠片，經(jīng)過顯影、定影后，膠片感光層中的鹵化銀被還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）

D?lgI0I

式中I0是投照在膠片上曝光點的光強(qiáng)，I是曝光點的透射光強(qiáng)。

I0I越大，表示該曝光點吸收光的能力越大

I0（阻光能力強(qiáng)），I也被稱為阻光率，膠片經(jīng)沖洗還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

2-5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．客觀對比度B．主觀對比度C．圖像對比度D．X射線對比度

答：強(qiáng)度均勻的X射線投照到人體，由于人體存在客觀對比度（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射線對比度（不可見的X射線信息影像），這是一種主觀對比度。

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。圖像對比度依靠于被照體不同組織吸收所產(chǎn)生的X射線對比度，以及膠片對X射線對比度的放大結(jié)果。

正確答案：B、D2-6關(guān)于圖像對比度，正確的說法是

A．為提高乳腺組織各層次的對比，應(yīng)選用軟X射線

B．骨骼圖像所以有很高的圖像對比度，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)具有很高的圖像對比度D．消化道必需通過對比劑，才能形成良好的圖像對比度

E．高千伏攝影的照片，圖像對比度均偏低

答：脂肪與軟組織之間的物質(zhì)密度區(qū)別不大，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，吸收X射線多，因此有很高的圖像對比度。

具有生命力的肺與離體肺，雖然在組織結(jié)構(gòu)上是一致的，但具有活力的肺組織內(nèi)充滿了空氣。氣體與血液、肌肉相比，X射線的吸收率為千分之一，反映在照片上就形成了高對比度的影像。

考慮到離體肺組織內(nèi)空氣的流失，因而不可能形成良好對比的影像。

消化道內(nèi)雖含有氣體、液體等，但在普通平片上得不到滿意的顯影，只能顯出其外形，不能顯示其內(nèi)腔，所以必需通過對比劑，才能形成良好的圖像對比度。

高千伏攝影時，由于X射線能量較大，光電吸收減少，所以照片的圖像對比度均偏低正確答案：A、B、D、E

2-7客觀對比度、圖像對比度與成像系統(tǒng)的對比度分辯力三者之間存在怎樣的關(guān)系？

答：客觀對比度也稱物理對比度，為物體各部分（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^對比度的存在是醫(yī)學(xué)成像最根本的物理基礎(chǔ)。

圖像對比度是可見圖像中灰度、光密度或顏色的差異程度，是圖像的最基本特征。

一個物體要形成可見的圖像對比度，它與周邊背景之間要存在一定的客觀對比度，當(dāng)某種物理因子作用物體后，能夠形成一定的主觀對比度，被成像系統(tǒng)的探測器檢測出。假使客觀對比度較小，成像系統(tǒng)的對比度分辯力低，則所得的圖像對比度小，圖像質(zhì)量差，所以圖像對比度的形成取決于客觀對比度、主觀對比度與成像系統(tǒng)的對比度分辯力。2-8可通過哪些方法形成主觀對比度？

答：廣義上講主觀對比度是某種物理因子（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對比度。當(dāng)強(qiáng)度均勻的X射線投照到人體，由于人體存在客觀對比度（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射線對比度。由于聲遇到聲阻抗不同的界面時，會產(chǎn)生反射，且在聲阻抗區(qū)別越大的界面，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區(qū)別，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對比度；利用多普勒效應(yīng)，探測投射到滾動血液上超聲波頻率的變化，則可形成另外一種超聲對比度反映血流狀況。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對比度。引入體內(nèi)的放射性核素會因參與體內(nèi)物質(zhì)的輸運(yùn)、集聚、代謝，而在空間有特定的分布，由此其衰變時發(fā)出的射線（如γ射線）便會形成放射性活度對比度。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、射頻場鼓舞這些自旋核，使其發(fā)生核磁共振時，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對比度。人體不同組織的電特性不同，給人體施加特定的電場，可形成電流對比度、電壓對比度和阻抗對比度等。2-9圖像的模糊度與哪些因素有關(guān)？

答：理想狀況下，物體內(nèi)每一個小物點的像應(yīng)為一個邊緣明了的小點。但實際上，每個小物點的像均有不同程度的擴(kuò)展，變得模糊（失銳）了。尋常用小物點的模糊圖像的線度表示物點圖像的模糊程度，稱為模糊度。

圖像的模糊度與成像系統(tǒng)的空間分辯力有很大關(guān)系。成像系統(tǒng)的空間分辯力是成像系統(tǒng)區(qū)分或分開相互靠近的物體的能力，以單位距離（毫米或厘米）內(nèi)可分辯線對（一個白線條與一個黑線條組成一個線對）的數(shù)目來表示，單位為LP/mm（或LP/cm），顯然單位距離內(nèi)可分辯的線對數(shù)越多，成像系統(tǒng)的空間分辯力越高，所得圖像的模糊度越小。由于成像系統(tǒng)的對比度分辯力對成像系統(tǒng)的空間分辯力的有影響，所以也會對圖像的模糊度產(chǎn)生影響。

2-10圖像對比度、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)可見度與圖像對比度有關(guān)。圖像對比度高，細(xì)節(jié)可見