1、X射線的醫學應用19世紀末,X射線的發現,卻被譽為現代科技革命的一聲號角。1895年11月8日,德國物理學家倫琴(W.K.Rontgen)在偶然中發現了一種具有能夠穿透某些固體物質特性的驚人的東西X射線。他好奇地用這種射線給自己的妻子拍攝了一張手指骨照片,照片清晰地顯示出倫琴夫人手指骨和無名指上金戒指的輪廊。這也是人類歷史上第一張人體X射線骨骼照片。X射線一發現就立即開始為醫學服務。在外科領域中,它首先應用于骨骼系統的觀察。美國著名醫學家坎農(W.C.Cannon)在1898年發現,用鉍或鋇配合X射線檢查,可以清楚地觀察到動物的食道。以后,X射線普遍應用于人體各器官的檢查,并成為臨床診斷不可缺

2、少的內容。X射線自從發現以來，醫學就成為其主要應用，經過近百年的發展，X射線技術已廣泛的應用于醫學影像診斷，成為醫學臨床和科研不可或缺的因素。20世紀初,X射線的發現在醫學領域引起了診斷技術的革命,在此基礎上發展起來的CT、核磁共振技術的應用使現代臨床醫學面目一新,這兩項成果分別獲得了1979年、2003年諾貝爾生理學醫學獎。1常規透視和攝影由于人體不同組織或臟器對X射線的吸收效應不同，強度均勻的X射線透過人體不同部位后的強度是不同的，透過人體后的X射線透射到熒光屏上，就可以顯示出明暗不同的熒光像。這種方法稱為X射線透視術。如果讓透過人體的X射線投射到照相膠片上，顯像后就可以在照片上觀察到組織

3、或臟器的影像，該技術稱為X射線攝影。X射線透視或攝影可以清楚地觀察到骨折的程度、肺結核病灶、體內腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內異物的位置等。X射線攝影的位置分辨能力和對比度分辨能力都比較好，照片還可以永久保存。X射線透視時，熒光屏上的影像也可以用膠片記錄下來，以保存和長時間觀察，但分辨力不及直接攝影，這種方法主要用于普查。在X射線攝影時，由于X射線的貫穿本領大，致使膠片上乳膠吸收的射線量不足。如果在膠片前后各放置一個緊貼著的熒光屏，就可以使攝影膠片上的感光量增加許多倍，這個屏稱為增感屏。使用增感屏攝影時可以降低X射線的強度或縮短攝影時間，從而減少患者所接受的照射量。人體某些臟器或病灶對

4、X射線的衰減程度與周圍組織相差很少，在熒光屏或照片上就不能顯示出來。一種解決辦法就是給這些臟器或組織注入衰減系數較大或較小的物質來增強它和周圍組織的對比，如“鋇餐”。X射線圖像也可在存儲性磷光板鍍層上生成以取代屏幕-膠片組合。存儲在磷光體鍍層上的潛在圖像可用激光掃描儀讀出。通過這種方法，可獲得數字X線圖像，這就是CR技術。如果X射線照射在由硒做成的檢測器上，檢測器排成矩陣，就可以直接生成數字圖像，這就是DR技術。2數字減影血管造影（DSA）通常血管吸收的射線和周圍的組織一樣多，故難以在X線圖像中分辨出來。通過在血管中注入對比劑可看到這些血管，因為對比劑含有能吸收X線的碘。但當骨骼存在時，血管中

5、對比劑引起的反差在骨骼存在的部位很難分清，因為肉眼不能檢測小于3%的反差。故有必要利用一種過程增強反差，這種過程稱血管數字減影（DSA）。在此過程中，原來的X線陰影圖像仍在影像增強器的幫助下獲得，然后把來自電視攝像機的信號數字化后存儲在計算機中。接著將對比劑注入靜脈，重復前法再一次獲得圖像并數字化后存儲。應用對比劑以前的圖像稱為掩模，通過圖像處理器把對比劑注射后的圖像減去掩模，則生成的圖像僅包含掩模中沒有的信息，也即對比劑位置的信息。由于對比劑充滿血管，所以最終的分布圖像中只顯示血管；骨骼影像的干擾則在減影過程中被除去。然而當病人移動時，DSA的圖像質量會下降。通過適當的軟件程序，可在某種程度

6、上糾正此種偏移。此種程序可以通過與相鄰圖像最大程度相關的方法移動或旋轉掩模，從而消除由于運動引起的偽影。由于對比劑以小團形式注入，最初的減影圖像中通常先見到血管樹的近端部分，在隨后的減影圖像中可看到更多的末梢部分。通過合適的軟件，可創建整個血管樹的圖像。由于圖像以數字格式表示，故除了圖像可視化以外，還可測量圖像。如可測量某些細節的大小，獲得血管的狹窄程度或分析心肌的運動等。3XCTX射線計算機輔助斷層掃描成像裝置，簡稱XCT機。它通過X射線管環繞人體某一層面的掃描，利用探測器得到從各個透過該層面后的射線強度值，利用計算機及圖像重建原理，獲得該層面的圖像。當穿透人體的X射線經組織吸收后，投射部分

7、的強度可用探測器接收，其信號強弱決定于人體組織的密度。不同的信號強度反映不同組織的特性，也就是衰減系數不同，于是把衰減系數值作為一種成像參數。所以，一幅XCT圖像實際上是反映層面X射線衰減系數的空間分布。如何求得層面中每一個體素的衰減系數值，是XCT基本原理的關鍵。圖像重建的數學方法主要有：聯立方程法，反投影法，濾波反投影法，二維傅里葉變換法，卷積反投影法及迭代法等。計算機按照一定的圖像重建方法，經快速運算得到層面個體素的相對值，這些原始數據再由計算機按層面體素矩陣與CRT象素矩陣一一對應進行排列組合及數學處理，得出可在熒光屏上顯示圖象的數據。像素的CT值：一幅XCT的圖像是由一定數量由黑到白

8、的不同灰度小方塊，按矩陣排列方式組成，這些小方塊稱為像素，其灰度與觀測層面相對應體素的衰減系數大小有關。單在圖像重建過程中，并不直接運用衰減系數來進行處理，而是應與此有關且能表達組織密度的合適數值來反映，這一數值較像素的CT值。實際上，它是將待檢體的衰減系數與水的衰減系數作為比值計算，并以骨和空氣的衰減系數分別作為上下限進行分度。窗口技術：人體組織的CT值范圍大致可分為2000個等級，但人眼無論如何已分辨不出如此微小的灰度差別。為了提高圖像的分辨率，在CT成像中，常把感興趣的部分的對比度增強，無關緊要部位的對比度壓縮，使CT值差別小的組織能得到分辨，這一工作稱為窗口技術。即把某一段CT值擴大到

9、整個CRT的灰度等級。常用窗寬表示CRT所顯示的CT值范圍；用窗位表示CRT所顯示的中心CT值位置。窗寬的上限和下限所包含的范圍叫窗口。4 診斷X射線應用于醫學診斷，主要依據X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。由于X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體后的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據陰影濃淡的對比，結合臨床 表現、化驗結果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。于是，

10、X射線診斷技術便成了世界上最早應用的非刨傷性的內臟檢查技術。 5治療X射線在臨床上的應用除診斷之外，還可用于治療。特別是對惡性腫瘤的治療，其歷史較長，效果也不錯。其治療機制是，X射線通過人體組織能產生電離作用、康普頓散射及生成電子對，由此可誘發出一系列生物效應。研究表明，X射線對生物組織有破壞作用，尤其是對于分裂活動旺盛或正在分裂的細胞，其破壞能力更強。用于治療的X射線設備有兩種，即普通X射線治療機和“X-刀”（ X-刀是一種用于放射治療的設備，采用三維立體在人體內定位，X射線能夠準確的按照腫瘤的生長形狀照射，使腫瘤組織和正常組織之間形成整齊的邊緣，像用手術刀切除的一樣。X-刀也叫光子刀，是繼

11、伽瑪刀之后迅速發展起來的立體定向放射治療技術。）。普通治療機與常規X射線機的結構基本相同，只是X射線管采取了大焦點，常用來治療皮膚腫瘤?！癤-刀”是利用直線加速器產生的高能X射線和電子線作為放射源，圍繞等中心作270360度旋轉，依其垂直旋轉與操作臺180度范圍內的水平旋轉，在靶區形成多個非共面的聚焦照射弧，是照射先集中于某中心點上以獲得最大的輻射量。“X-刀”可用于各器官、組織腫瘤的放射治療。由于X射線能引起生物效應，因此人體組織受過量的X射線照射后會引起某些疾病。放射醫學是醫學的一個專門領域，它使用放射線照相術和其他技術產生診斷圖像。的確，這可能是X射線技術應用最廣泛的地方。X射線的用途主要是探測骨骼的病變，但對于探測軟組織的病變也相當有用。常見的例子有胸腔X射線，用來診斷肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺氣腫；而腹腔X射線則用來檢測腸道梗塞，自由氣體（free air，由于內臟穿孔）及自由液體（free fluid）。某些情況下，使用X射線診斷還存在爭議，例如結石（對X射線幾乎沒有阻擋效應）或腎結石。6 藥物