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X射线在医学中的应用

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X射线在医学中的应用

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公司新闻
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来源:
发布时间:
2018/03/13
【摘要】:
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。
  (一)X射线诊断
  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,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。
  (二)X射线治疗
  X射线应用于治疗,主要依据其生物效应,应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时,即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制,从而达到对某些疾病,特别是肿瘤的治疗目的。
  (三)X射线防护
  在利用X射线的同时,人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍,白血病等射线伤害的问题,为防止X射线对人体的伤害,必须采取相应的防护措施。以上构成了X射线应用于医学方面的三大环节——诊断、治疗和防护。
  医用X射线设备的发展简史
  自1895年以来,X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展,主要进展可分为以下几个阶段:
  (一)离子X射线管阶段(1895~1912)
  这是X射线设备的早期阶段。当时X射线机的结构非常简单,使用效率很低的含气式冷阴极离子X射线管,运用笨重的感应线圈发生高压,裸露式的高压机件,更没有精确的控制装置。X射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防护0据资料记载,当时拍摄一张X射线骨盆像,需长达40~60min的曝光时间,结果照片拍成之后,受检者的皮肤却被X射线烧伤。
  (二)电子X射线管阶段(1913~1928)
  随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展,1910年美国物理学家W.D.Coolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告。1913年开始实际使用,它的最大特点是*钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子,所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流,从而使管电压和管电流可以分别独立调节,而这正是提高影像质量所需要的。
  1913年滤线栅的发明,部分地消除了散射线,提高了影像的质量。1914年制成了钨酸镉荧光屏,开始了X射线透视的应用。1923年发明了双焦点X射线管,解决了X射线摄影的需要。X射线管的功率可达几千瓦,矩形焦点的边长仅为几毫米,X射线影像质量大大提高。同时,造影剂的逐渐应用,使X射线的诊断范围也不断扩大。它不再是一件单纯拍摄骨骼影像的简单工具,却已成为对人体组织器官中那些自然对比差(对X射线吸收差小)的胃肠道、支气管、血管、脑室、肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊断设施了。与此同时,X射线在治疗方面也开始得到应用。
  X光的产生方式
  三种方式可产生X光:轫致辐射(Bremsstrahlung)、电子俘获、内转换,x光机产生X光的机理属于轫致辐射。
  电子俘获:
  β衰变包括3种方式:β-衰变、β+衰变和电子俘获(EC).其中电子俘获(EC)这种衰变可以表示为即母核俘获1个核外轨道电子使核内1个质子转变为中子,并放出1个中微子,所以子核的电荷数变为Z-1,而质量数保持不变.在一般情况下,K层上的电子被原子核俘获的居多,因为K层最靠近原子核,被俘获的概率最大,但是L层上的电子被俘获的概率也是存在的.原子核在俘获了电子之后,子核原子的K层或L层上将出现一个电子空位,当某一外层电子来填补这个空位时,可能会出现下面两种情况之一:要么以标识X射线的形式将多余的能量释放,要么将多余的能量交给另一层上的其他电子,此电子获得能量而脱离原子,成为俄歇电子.伴有X射线或俄歇电子的发射是K俘获过程的标志.
  内转换:
  原子核可以通过某种方式(譬如β衰变)达到激发态,处于激发态的原子核可以通过发射γ射线跃迁到低激发态或基态,这种现象称为γ衰变或称γ跃迁.核能级跃迁所发出的光子与原子能级跃迁所发出的光子没本质的差别,不同的是原子能级跃迁发射的光子能量只有eV~keV数量级,而核能级跃迁发射的光子能量却有MeV数量级.在不考虑核的反冲时,光子能量Eg可以表示为下面的形式Eg=Es-Ex.有时原子核从激发态到较低能态的跃迁并不放出光子,而是把能量直接交给核外电子,使电子脱离原子,这种现象称为内转换(IC),脱离原子的电子称为内转换电子.处于激发态的原子核可以通过放射γ光子回到基态,也可以通过产生内转换电子回到基态,究竟发生的是哪种过程,完全决定于核的能级特性.内转换电子的动能与壳层电子的电离能之和应是原子核的两能级间的能量差.也就是等于在两原子核能级间跃迁所辐射出的γ光子的能量.对于内转换的研究是获得有关核能级知识的重要手段.当然通过内转换方式还可以产生原子的特征X射线.
  x光机基本原理
  X-ray是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出能穿透物体的辐射线,在电磁光谱上能量较可见光强,波长较短,频率较高,相类似之辐射线有宇宙射线,X-ray等。
  产生X-Ray必须要有X光球管,而X光球管基本构造必须拥有:
  阴极灯丝(Cathod)
  阳极靶(Anode)
  真空玻璃管(Evacuated glass envelope)
  当然还要有电源能量供应
  X射线特性
  能穿透物体为不可见光於电磁波光谱内波长范围广直线散射光速进行能使萤光物质发光能使底片感光会造成散射线
  当X-ray进入物体时,会有三种情形发生:
  被物体吸收(Absorption)
  产生散射现(Scatter)
  穿透(Penetration)
  影响图像效果之四要素:
  Density(黑化度)-mAs
  Contrast(对比度)-kVp
  Sharpness(清晰度)-motion,几何参数
  Distortion(失真度)-位置,角度
  X射线波长与影片上对比度之关系
  在X-ray穿透过病人,其穿透率主要和病人组织结构及X射线波长有关。
  短波长X-ray(high kV)
  能量较高,穿透性好,造成在影片上较低之对比度(low contrast)。
  长波长X-ray(low kV)
  能量较低,较易被人体所吸收,穿透性较差,而在影片上对比度较高(High contrast)。
  应用
  X光机广泛应用于医疗卫生,科学教育,工业各个领域,例如X光机可用于医院协助医生诊断疾病,用于工业的无损探伤,火车站和机场的安全检查等等。