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,照片清晰地显示出伦琴夫人手指骨和无名指上金戒指的轮廊。这也是人类历史上第一张人体X射线骨骼照片。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射线普遍应用于人体各器官的检查,并成为临床诊断不可缺

2、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，就可以显示出明暗不同的荧光像。这种方法称为X射线透视术。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

3、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来，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，由于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

4、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。2数字减影血管造影（DSA）通常血管吸收的射线和周围的组织一样多，故难以在X线图像中分辨出来。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

5、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，原来的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

6、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。3XCTX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

7、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XCT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

8、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，但人眼无论如何已分辨不出如此微小的灰度差别。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

9、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CT值位置。窗宽的上限和下限所包含的范围叫窗口。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，

10、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X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。研究表明，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

11、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270360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射线则用来检测肠道梗塞，自由气体（free air，由于内脏穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情况下，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应）或肾结石。6 药物