《医学影像物理学》1-9章课后习题答案

第一章X射线物理1-1产生X射线需要哪些条件？答：这个题目实际上把高速电子轰击靶产生X射线这一事实在条件上予以明确。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4Pa的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管壳。1-2影响X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、靶倾角。1-3在X射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5810ms-1，求连续X射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221vm求出电子的最大动能，此能量也是最大的光子能量，从而求出最短波长。但当速度可与光速c=3810ms-1相比较时，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kg3023122010052.1)2/1(11011.9/1cmmevkeV8.731018.1)105.1(10052.121211428302maxJmhevnm0169.0maxminhhc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X射线的解释，哪些是正确的？A．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；B．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；C．连续X射线的最大能量决定于管电压；D．连续X射线的最大能量决定于靶物质的原子序数；E．连续X射线的质与管电流无关。正确答案：B、C、E1-5下面有关标识X射线的解释，哪些是正确的？A．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；B．标识X射线的质与高速电子的能量有关；C．标识X射线的波长由跃迁电子的能级差决定；D．滤过使标识X射线变硬；E．靶物质原子序数越高，标识X射线的能量就越大。正确答案：A、C、E1-6影响X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X射线强度的因素有哪些？答：X射线在空间某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原子放出X射线前是静止的，为了保持活动不变，当它发射X射线时，原子经历反冲。设原子的质量是M，X射线的能量为h，试计算原子的反冲动能。答：此题的关键在于利用X射线的动量和能量的关系：chp。根据动量守恒，可知：chpMv这样，原子的反冲动能2222)(21MchMv1-9X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？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：①不产生散射线，大大减少了照片的灰雾；②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。1-100.5cm的铝将单能X射线强度衰减到46.7%,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xeII0，可知：5.000%7.46eII，从而求得线性衰减系数1.523cm-1再根据半价层HVL与线性衰减系数的关系：693.0HVL，得：HVL=0.455cmAl1-11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？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tr表示相互作用过程中光子能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en表示扣除韧致辐射后，光子交给带电粒子的能量用于造成电离、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：hEtrtr，hEenen，treng)1(1-12已知入射光子的能量为νh,散射角为,试求散射光子的能量。并分析低能入射和高能入射光子在90˚方向上光子散射的情况。电子的静止能量为2ecm。答：由能量守恒和动量守恒，可得，散射光子能量h为：)cos1(1hh为入射光子能量hν和电子的静止能量20cm的比值，2ecm=0.511MeV。当090时，1hh。由于)1(，故hh=0.511MeV，这说明，不管入射X射线光子的能量有多高，090散射光子的能量最大不超过0.511MeV。1-13X射线在物质中的衰减规律xeII0的适用条件是什么？答：xeII0的适用条件是：单能、窄束、均匀物质。1-14若空气中各组分的质量百分比为氮75%，氧23.2%，氩1.3%，试计算在能量为20keV光子作用下，空气的质量衰减系数。已知氮、氧、氩的质量衰减系数分别为0.36、0.587、和8.31(12kgm)。答：根据混合物或化合物的质量衰减系数公式：iiiP)(来计算。空气的质量衰减系数为：ArArOONNPPP)()()(=0.36×0.75+0.587×0.232+8.31×0.013=0.514(m2/kg)第二章X射线影像2-1X射线信息影像形成的阶段是A．X射线透过被照体之后B.X射线照片冲洗之后C．X射线到达被照体之前D.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：A2-2X射线照片图像形成过程中，起作用的是A.X射线的穿透作用B.X射线的荧光作用C.被照体对X射线吸收衰减的差异D.X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/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、B、C、D2-3关于X射线照片图像的形成，正确的说法是A．X射线透过被照体之后的透射线和散射线，照射到胶片上形成照片图像B．X射线照片图像是X射线被被照体吸收与散射后形成的C．X射线照片图像是利用了X射线的直进性D．X射线胶片接受到的散射线不形成图像答：由于被照体对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，散射线对透射过被照体的X射线的强度分布规律没有影响，因此，散射线不形成影像，只能给照片带来灰雾。正确答案：B、C、D2-4关于密度的定义，正确的说法是A.密度为胶片乳剂膜在光的作用下致黑的程度B.密度是由胶片乳剂曝光后，经冲洗还原出来的银颗粒沉积而形成的C.银颗粒沉积越多的地方，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对数表示答：胶片感光层是感光灵敏的乳胶体薄层，在乳胶体中均匀地分布着卤化银微颗粒。X射线照射过的胶片，经过显影、定影后，胶片感光层中的卤化银被还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。胶片变黑的程度称为照片光密度（D）IID0lg式中I0是投照在胶片上曝光点的光强，I是曝光点的透射光强。II0越大，表示该曝光点吸收光的能力越大（阻光能力强），II0也被称为阻光率，胶片经冲洗还原出来的银颗粒沉积越多，照片越黑，光密度越大（高）。正确答案：A、B、C、D2-5均匀X射线透过被照体之后，形成的X射线强度分布变化，称为A．客观对比度B．主观对比度C．图像对比度D．X射线对比度答：强度均匀的X射线投照到人体，由于人体存在客观对比度（人体各种组织、器官间天然存在的密度、原子序数及厚度的差异），对X射线衰减不同，使透射出人体的X射线强度分布发生了变化，这种X线强度的差异，称为X射线对比度（不可见的X射线信息影像），这是一种主观对比度。X射线照片上相邻组织影像的光学密度差，称为图像（影像）对比度。图像对比度依赖于被照体不同组织吸收所产生的X射线对比度，以及胶片对X射线对比度的放大结果。正确答案：B、D2-6关于图像对比度，正确的说法是A．为提高乳腺组织各层次的对比，应选用软X射线B．骨骼图像所以有很高的图像对比度，是因为组成骨骼元素的原子序数高C．离体的肺组织图像，应具有很高的图像对比度D．消化道必须通过对比剂，才能形成良好的图像对比度E．高千伏摄影的照片，图像对比度均偏低答：脂肪与软组织之间的物质密度差别不大，只有应用软X射线才能使它们显出光密度稍有不同的影像。组成骨骼元素的原子序数高、物质密度大，吸收X射线多，因此有很高的图像对比度。具有生命力的肺与离体肺，虽然在组织结构上是相同的，但具有活力的肺组织内充满了空气。气体与血液、肌肉相比，X射线的吸收率为千分之一，反映在照片上就形成了高对比度的影像。考虑到离体肺组织内空气的流失，因而不可能形成良好对比的影像。消化道内虽含有气体、液体等，但在普通平片上得不到满意的显影，只能显出其外形，不能显示其内腔，所以必须通过对比剂，才能形成良好的图像对比度。高千伏摄影时，由于X射线能量较大，光电吸收减少，所以照片的图像对比度均偏低正确答案：A、B、D、E2-7客观对比度、图像对比度与成像系统的对比度分辨力三者之间存在怎样的关系？答：客观对比度也称物理对比度，为物体各部分（被检者的组织器官）的密度、原子序数及厚度的差异程度。客观对比度的存在是医学成像最根本的物理基础。图像对比度是可见图像中灰度、光密度或颜色的差异程度，是图像的最基本特征。一个物体要形成可见的图像对比度，它与周围背景之间要存在一定的客观对比度，当某种物理因子作用物体后，能够形成一定的主观对比度，被成像系统的探测器检测出。如果客观对比度较小，成像系统的对比度分辨力低，则所得的图像对比度小，图像质量差，所以图像对比度的形成取决于客观对比度、主观对比度与成像系统的对比度分辨力。2-8可通过哪些方法形成主观对比度？答：广义上讲主观对比度是某种物理因子（如X射线、超声波、射频电磁波、放射性核素等）与物体（人体）相互作用后所表现出的特征变化，或物体（人体）自身某种物理因子表现出