x射線在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

1、X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用19世紀(jì)末,X射線的發(fā)現(xiàn),卻被譽(yù)為現(xiàn)代科技革命的一聲號(hào)角。1895年11月8日,德國物理學(xué)家倫琴(W.K.Rontgen)在偶然中發(fā)現(xiàn)了一種具有能夠穿透某些固體物質(zhì)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(fā)現(xiàn)就立即開始為醫(yī)學(xué)服務(wù)。在外科領(lǐng)域中,它首先應(yīng)用于骨骼系統(tǒng)的觀察。美國著名醫(yī)學(xué)家坎農(nóng)(W.C.Cannon)在1898年發(fā)現(xiàn),用鉍或鋇配合X射線檢查,可以清楚地觀察到動(dòng)物的食道。以后,X射線普遍應(yīng)用于人體各器官的檢查,并成為臨床診斷不可缺

2、少的內(nèi)容。X射線自從發(fā)現(xiàn)以來，醫(yī)學(xué)就成為其主要應(yīng)用，經(jīng)過近百年的發(fā)展，X射線技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷，成為醫(yī)學(xué)臨床和科研不可或缺的因素。20世紀(jì)初,X射線的發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了診斷技術(shù)的革命,在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的CT、核磁共振技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)面目一新,這兩項(xiàng)成果分別獲得了1979年、2003年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1常規(guī)透視和攝影由于人體不同組織或臟器對(duì)X射線的吸收效應(yīng)不同，強(qiáng)度均勻的X射線透過人體不同部位后的強(qiáng)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(shù)。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(shù)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(jié)核病灶、體內(nèi)腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內(nèi)異物的位置等。X射線攝影的位置分辨能力和對(duì)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(shí)，熒光屏上的影像也可以用膠片記錄下來，以保存和長時(shí)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(shí)，由于X射線的貫穿本領(lǐng)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(gè)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(gè)屏稱為增感屏。使用增感屏攝影時(shí)可以降低X射線的強(qiáng)度或縮短攝影時(shí)間，從而減少患者所接受的照射量。人體某些臟器或病灶對(duì)

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(shù)較大或較小的物質(zhì)來增強(qiáng)它和周圍組織的對(duì)比，如“鋇餐”。X射線圖像也可在存儲(chǔ)性磷光板鍍層上生成以取代屏幕-膠片組合。存儲(chǔ)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(shù)字X線圖像，這就是CR技術(shù)。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(shù)字圖像，這就是DR技術(shù)。2數(shù)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(duì)比劑可看到這些血管，因?yàn)閷?duì)比劑含有能吸收X線的碘。但當(dāng)骨骼存在時(shí)，血管中

5、對(duì)比劑引起的反差在骨骼存在的部位很難分清，因?yàn)槿庋鄄荒軝z測小于3%的反差。故有必要利用一種過程增強(qiáng)反差，這種過程稱血管數(shù)字減影（DSA）。在此過程中，原來的X線陰影圖像仍在影像增強(qiáng)器的幫助下獲得，然后把來自電視攝像機(jī)的信號(hào)數(shù)字化后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。接著將對(duì)比劑注入靜脈，重復(fù)前法再一次獲得圖像并數(shù)字化后存儲(chǔ)。應(yīng)用對(duì)比劑以前的圖像稱為掩模，通過圖像處理器把對(duì)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(duì)比劑位置的信息。由于對(duì)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(dāng)病人移動(dòng)時(shí)，DSA的圖像質(zhì)量會(huì)下降。通過適當(dāng)?shù)能浖绦?，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(guān)的方法移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)掩模，從而消除由于運(yùn)動(dòng)引起的偽影。由于對(duì)比劑以小團(tuán)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(chuàng)建整個(gè)血管樹的圖像。由于圖像以數(shù)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(xì)節(jié)的大小，獲得血管的狹窄程度或分析心肌的運(yùn)動(dòng)等。3XCTX射線計(jì)算機(jī)輔助斷層掃描成像裝置，簡稱XCT機(jī)。它通過X射線管環(huán)繞人體某一層面的掃描，利用探測器得到從各個(gè)透過該層面后的射線強(qiáng)度值，利用計(jì)算機(jī)及圖像重建原理，獲得該層面的圖像。當(dāng)穿透人體的X射線經(jīng)組織吸收后，投射部分

7、的強(qiáng)度可用探測器接收，其信號(hào)強(qiáng)弱決定于人體組織的密度。不同的信號(hào)強(qiáng)度反映不同組織的特性，也就是衰減系數(shù)不同，于是把衰減系數(shù)值作為一種成像參數(shù)。所以，一幅XCT圖像實(shí)際上是反映層面X射線衰減系數(shù)的空間分布。如何求得層面中每一個(gè)體素的衰減系數(shù)值，是XCT基本原理的關(guān)鍵。圖像重建的數(shù)學(xué)方法主要有：聯(lián)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(jì)算機(jī)按照一定的圖像重建方法，經(jīng)快速運(yùn)算得到層面?zhèn)€體素的相對(duì)值，這些原始數(shù)據(jù)再由計(jì)算機(jī)按層面體素矩陣與CRT象素矩陣一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行排列組合及數(shù)學(xué)處理，得出可在熒光屏上顯示圖象的數(shù)據(jù)。像素的CT值：一幅XCT的圖像是由一定數(shù)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(duì)應(yīng)體素的衰減系數(shù)大小有關(guān)。單在圖像重建過程中，并不直接運(yùn)用衰減系數(shù)來進(jìn)行處理，而是應(yīng)與此有關(guān)且能表達(dá)組織密度的合適數(shù)值來反映，這一數(shù)值較像素的CT值。實(shí)際上，它是將待檢體的衰減系數(shù)與水的衰減系數(shù)作為比值計(jì)算，并以骨和空氣的衰減系數(shù)分別作為上下限進(jìn)行分度。窗口技術(shù)：人體組織的CT值范圍大致可分為2000個(gè)等級(jí)，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(duì)比度增強(qiáng)，無關(guān)緊要部位的對(duì)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(shù)。即把某一段CT值擴(kuò)大到

9、整個(gè)CRT的灰度等級(jí)。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(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，主要依據(jù)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(shí)，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(qiáng)弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經(jīng)過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對(duì)比，結(jié)合臨床 表現(xiàn)、化驗(yàn)結(jié)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(shù)便成了世界上最早應(yīng)用的非刨傷性的內(nèi)臟檢查技術(shù)。 5治療X射線在臨床上的應(yīng)用除診斷之外，還可用于治療。特別是對(duì)惡性腫瘤的治療，其歷史較長，效果也不錯(cuò)。其治療機(jī)制是，X射線通過人體組織能產(chǎn)生電離作用、康普頓散射及生成電子對(duì)，由此可誘發(fā)出一系列生物效應(yīng)。研究表明，X射線對(duì)生物組織有破壞作用，尤其是對(duì)于分裂活動(dòng)旺盛或正在分裂的細(xì)胞，其破壞能力更強(qiáng)。用于治療的X射線設(shè)備有兩種，即普通X射線治療機(jī)和“X-刀”（ X-刀是一種用于放射治療的設(shè)備，采用三維立體在人體內(nèi)定位，X射線能夠準(zhǔn)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(shù)刀切除的一樣。X-刀也叫光子刀，是繼

11、伽瑪?shù)吨笱杆侔l(fā)展起來的立體定向放射治療技術(shù)。）。普通治療機(jī)與常規(guī)X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，只是X射線管采取了大焦點(diǎn)，常用來治療皮膚腫瘤?！癤-刀”是利用直線加速器產(chǎn)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(zhuǎn)，依其垂直旋轉(zhuǎn)與操作臺(tái)180度范圍內(nèi)的水平旋轉(zhuǎn)，在靶區(qū)形成多個(gè)非共面的聚焦照射弧，是照射先集中于某中心點(diǎn)上以獲得最大的輻射量?！癤-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(yīng)，因此人體組織受過量的X射線照射后會(huì)引起某些疾病。放射醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)的一個(gè)專門領(lǐng)域，它使用放射線照相術(shù)和其他技術(shù)產(chǎn)生診斷圖像。的確，這可能是X射線技術(shù)應(yīng)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(duì)于探測軟組織的病變也相當(dāng)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(nèi)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(jié)石（對(duì)X射線幾乎沒有阻擋效應(yīng)）或腎結(jié)石。6 藥物