医学影像物理学章后习题.doc
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1、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 4Pa 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 1.5 810 ms-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
2、题的思路是由动能公式 221 vm 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=3 810 ms-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 kg30231220 100 5 2.1)2/1(1 1011.9/1 cmm e v keV8.731018.1)105.1(10052.12121 1428302m a x Jmh e vnm0 1 6 9.0m a xm in 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
3、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、 E 1-5 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
4、量就越大。 正确答案: A、 C、 E 1-6 影响 X 射线能谱的因素有哪些? 答: 详见第十页的表 1-2 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
5、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222 2 )(21 MchM 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? 答:诊断放射学中的光电
6、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
7、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 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: 693.0HV L ,得: 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? 答: X 射线光子与吸收物质发生相
8、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
9、系为: hEtrtr , hEenen , tren g )1( 1-12 已知入射光子的能量为 h , 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: )c o s1(1 hh为入射光子能量 h 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。 1-13 X 射线在物质中的衰
10、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( 12 kgm )。 答:根据混合物或化合物的质量衰减系数公式: i ii P)( 来计算。 空气的质量衰减系数为: ArArOONN PPP )()()( =0.36 0.75+0.587 0.232+8.31 0.013 =0.514(m2/kg) 第二章 X 射线 影像 2-1
11、X 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: A 2-2 X 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,
12、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、 D 2-3 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
13、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、 D 2-4 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
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