x射线在医学方面的应用

1、x射线的医学应用19世纪末，x射线的发现，却被誉为现代科技革命的一声号角。 1895年11月8日，德国物理学家伦琴(w.k.rontgen)在偶然中发现了一种具有能够穿透某些固体物质特性的惊人的东西x射线。他好奇地用这种射线给自己的妻子拍摄了,一张手指骨照片，照片清晰地显示岀伦琴i | i夫人手指骨和无名指上金戒指的轮廊。这>11,也是人类历扯h人体x腦髓照片。x射线一发现就立即开始为医学服 务。在外科领域中，它首先应用于骨骼系 统的观察。美国著名医学家坎农 (w.c.cannon)在1898年发现，用铋或钡 配合x射线检查，可以清楚地观察到动物 的食道。以后，x射线荇遍应用于人体各 器

2、官的检查，并成为临床诊断不可缺少的 内容。x射线自从发现以来，医学就成为 其主要应用，经过近百年的发展，x射线伦琴夫人的手部x光照片技术已广泛的应用于医学影像诊断，成为医学临床和科研不可或缺的 因素。20世纪初，x射线的发现在医学领域引起了诊断技术的革命，在 此基础上发展起来的ct、核磁共振技术的应用使现代临床医学面目 一新，这两项成果分别获得了 1979年、2003年诺贝尔生理学医学奖。1常规透视和摄影由于人体不同组织或脏器对x射线的吸收效应不同，强度均 匀的x射线透过人体不同部位后的强度是不同的，透过人体后的x 射线透射到荧光屏上，就可以显示岀明暗不同的荧光像。这种方法称 为x射线透视术。

3、如果让透过人体的x射线投射到照相胶片上，显像后就可以 在照片上观察到组织或脏器的影像，该 技术称为x射线摄影。x射线透视或摄 影可以清楚地观察到骨折的程度、肺结 核病灶、体内肿瘤的位置和大小、脏器 形状以及断定体内异物的位置等。x射 线摄影的位置分辨能力和对比度分辨 能力都比较好，照片还可以永久保存。x射线透视时，荧光屏上的影像也可以用胶片记录下來，以保存和长 时间观察，但分辨力不及直接摄影，这种方法主要用于普查。在x 射线摄影时，巾于x射线的贯穿本领大，致使胶片上乳胶吸收的射 线量不足。如果在胶片前后各放置一个紧贴着的荧光屏，就可以使摄 影胶片上的感光量增加许多倍，这个屏称为增感屏。使用增感

4、屏摄影 时可以降低x射线的强度或缩短摄影时间，从而减少患者所接受的 照射量。人体某些脏器或病灶对x射线的衰减程度与周围组织相差 很少，在荧光屏或照片上就不能显示出来。一种解决办法就是给这些 脏器或组织注入衰减系数较大或较小的物质来增强它和周围组织的 对比，如“钡餐”。x射线图像也可在存储性磷光板镀层上生成以取代 屏幕-胶片组合。存储在磷光体镀层上的潜在图像可用激光扫描仪读 出。通过这种方法，可获得数字x线图像，这就是cr技术。如果x 射线照射在由硒做成的检测器上，检测器排成矩阵，就可以直接生成 数字图像，这就是dr技术。:字减影血管造影（dsa）通常血管吸收的射线和周围的组织一样多，故难以在x

5、线 像中分辨出来。通过在血管中注入对比剂可看到这些血管，因为对比 剂含有能吸收x线的碘。但当骨骼存在时，血管中对比剂引起的反 差在骨骼存在的部位很难分清，因为肉眼不能检测小于3%的反差。 故有必要利用一种过程增强反差，这种过程称血管数字减影（dsa）。在此过程中，原來的x线阴影图像仍在影像增强器的帮助下 获得，然后把来自电视摄像机的信号数字化后存储在计算机中。接着 将对比剂注入静脉，重复前法再一次获得图像并数字化后存储。应用 对比剂以前的图像称为掩模，通过图像处理器把对比剂注射后的图像 减去掩模，则生成的图像仅包含掩模中没有的信息，也即对比剂位置 的信息。由于对比剂充满血管，所以最终的分布图像

6、中只显示血管； 骨骼影像的干扰则在减影过程中被除去。然而当病人移动时，dsa的图像质量会下降。通过适当的软 件程序，可在某种程度上纠正此种偏移。此种程序可以通过与相邻图 像最大程度相关的方法移动或旋转掩模，从而消除由于运动引起的伪 影。由于对比剂以小团形式注入，最初的减影图像中通常先见到血管 树的近端部分，在随后的减影图像中可看到更多的末梢部分。通过合 适的软件，可创建整个血管树的图像。由于图像以数字格式表示，故除了图像可视化以外，还可测 量图像。如可测量某些细节的大小，获得血管的狭窄程度或分析心肌 的运动等。x射线计算机辅助断层扫描成像装置，简称xct机。它通 过x射线管环绕人体某一层面的扫

7、描，利用探测器得到从各个透过 该层面后的射线强度值，利用计算机及图像重建原理，获得该层面的 图像。当穿透人体的x射线经组织吸收后，投射部分的强度可用探 测器接收，其信号强弱决定于人体组织的密度。不同的信号强度反映 不同组织的特性，也就是衰减系数不同，于是把衰减系数值作为一种 成像参数。所以，一幅xct图像实际上是反映层面x射线衰减系 数的空间分布。如何求得层面中每一个体素的衰减系数值，是x_c t基本原理的关键。图像重建的数学方法主要有：联立方程法，反投 影法，滤波反投影法，二维傅里叶变换法，卷积反投影法及迭代法等。 计算机按照一定的图像重建方法，经快速运算得到层面个体素的相对 值，这些原始数

8、据再由计算机按层面体素矩阵与crt象素矩阵一一 对应进行排列组合及数学处理，得出可在荧光屏上显示图象的数据。像素的ct值：一幅xct的图像是由一定数量由黑到白的 不同灰度小方块，按矩阵排列方式组成，这些小方块称为像素，其灰 度与观测层面相对应体素的衰减系数大小有关。单在图像重建过程 中，并不直接运用衰减系数来进行处理，而是应与此有关且能表达组 织密度的合适数值来反映，这一数值较像素的ct值。实际上，它是 将待检体的衰减系数与水的衰减系数作为比值计算，并以骨和空气的 衰减系数分别作为上下限进行分度。窗口技术：人体组织的ct值范围大致可分为2000个等级， 但人眼无论如何己分辨不出如此微小的灰度差

9、别。为了提高图像的分 辨率，在ct成像中，常把感兴趣的部分的对比度增强，无关紧要部 位的对比度压缩，使ct值差别小的组织能得到分辨，这一工作称为 窗口技术。即把某一段ct值扩大到整个crt的灰度等级。常用窗 宽表示crt所显示的ct值范围；用窗位表示crt所显示的中心c t值位置。窗宽的上限和下限所包含的范围叫窗门4诊断x射线应用于医学诊断，主要依据x射线的穿透作用、差别 吸收、感光作用和荧光作用。由于x射线穿过人体时，受到不同程 度的吸收，如骨骼吸收的x射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过 人体后的x射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信 息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感

10、光作用的强弱就有 较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上（经过显影、定影）将显示出 不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果 和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。于是，x射线诊断技 术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。5治疗ftlla05090 1x射线在临床上的应用除诊 断之外，还可用于治疗。特别是对恶 性肿瘤的治疗，其历史较长，效果也 不错。其治疗机制是，x射线通过人 体组织能产生电离作用、康普顿散射 及生成电子对，由此可诱发出一系列 生物效应。研宄表明，x射线对生物 组织有破坏作用，尤其是对于分裂活 动旺盛或正在分裂的细胞，其破坏能 力更强。用于治疗的x

11、射线设备有两种，即普通x射线治疗机和“x-刀”（x-刀是一种用于放射治疗的设 备，采用三维立体在人体内定位，x射线能够准确的按照肿瘤的生长 形状照射，使肿瘤组织和正常组织之间形成整齐的边缘，像用手术刀 切除的一样。x-刀也叫光子刀，是继伽玛刀之后迅速发展起来的立体 定向放射治疗技术。）。普通治疗机与常规x射线机的结构基本相 同，只是x射线管采取了大焦点，常用来治疗皮肤肿瘤。“x-刀”是利 用直线加速器产生的高能x射线和电子线作为放射源，围绕等中心 作270_360度旋转，依其垂直旋转与操作台180度范围内的水平旋 转，在靶区形成多个非共面的聚焦照射弧，是照射先集中于某中心点 上以获得最大的辐射量。“x-刀”可用于各器官、组织肿瘤的放射治疗。 由于x射线能引起生物效应，因此人体组织受过量的x射线照射后 会引起某些疾病。放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其 他技术产生诊断图像。的确，这可能是x射线技术应用最广泛的地 方。x射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变 也相当有用。常见的例子有胸腔x射线，用来诊断肺部疾病，如肺 炎、肺癌或肺气肿；而腹腔x射线则用來检测肠道梗塞，自由气体 （free air,由于内脏穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情况卜， 使用x射线诊断还存在争议，例如结石（对x射线几乎没有阻挡效