X射線機原理及構(gòu)造
一,、X射線的發(fā)現(xiàn)
1895年德國物理學(xué)家倫琴(W．C．ROntgen)在研究陰極射線管中氣體放電現(xiàn)象時,，用一只嵌有兩個金屬電極(一個叫做陽極，一個叫做陰極)的密封玻璃管,，在電極兩端加上幾萬伏的高壓電,，用抽氣機從玻璃管內(nèi)抽出空氣。為了遮住高壓放電時的光線(一種弧光)外泄,，在玻璃管外面套上一層黑色紙板,。他在暗室中進行這項實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)距離玻璃管兩米遠的地方,，一塊用鉑氰化鋇溶液浸洗過的紙板發(fā)出明亮的熒光,。再進一步試驗，用紙板,、木板,、衣服及厚約兩千頁的書，都遮擋不住這種熒光,。更令人驚奇的是,，當(dāng)用手去拿這塊發(fā)熒光的紙板時，競在紙板上看到了手骨的影像,。
當(dāng)時倫琴認定：這是一種人眼看不見,、但能穿透物體的射線。因無法解釋它的原理,，不明它的性質(zhì),，故借用了數(shù)學(xué)中代表未知數(shù)的“X”作為代號，稱為“X”射線(或稱X射線或簡稱X線),。這就是X射線的發(fā)現(xiàn)與名稱的由來,。此名一直延用至今,。后人為紀念倫琴的這一偉大發(fā)現(xiàn)，又把它命名為倫琴射線,。
X射線的發(fā)現(xiàn)在人類歷史上具有極其重要的意義,，它為自然科學(xué)和醫(yī)學(xué)開辟了一條嶄新的道路，為此1901年倫琴榮獲物理學(xué)第一個諾貝爾獎金,。
科學(xué)總是在不斷發(fā)展的,，經(jīng)倫琴及各國科學(xué)家的反復(fù)實踐和研究，逐漸揭示了X射線的本質(zhì),，證實它是一種波長極短,，能量很大的電磁波。它的波長比可見光的波長更短(約在0．001～100nm,，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的X射線波長約在0．001,。～0．1nm之間),，它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍,。因此，X射線除具有可見光的一般性質(zhì)外,，還具有自身的特性,。
二、X射線的性質(zhì)
(一)物理效應(yīng)
1．穿透作用 穿透作用是指X射線通過物質(zhì)時不被吸收的能力,。X射線能穿透一般可見光所不能透過的物質(zhì),。可見光因其波長較長,，光子其有的能量很小,，當(dāng)射到物體上時，一部分被反射,，大部分為物質(zhì)所吸收,，不能透過物體；而X射線則不然,，咽其波長短,，能量大,，照在物質(zhì)上時,，僅一部分被物質(zhì)所吸收，大部分經(jīng)由原子間隙而透過,，表現(xiàn)出很強的穿透能力,。X射線穿透物質(zhì)的能力與X射線光子的能量有關(guān)，X射線的波長越短,，光子的能量越大,，穿透力越強,。X射線的穿透力也與物質(zhì)密度有關(guān)，密度大的物質(zhì),，對X射線的吸收多,，透過少；密度小者,，吸收少,，透過多。利用差別吸收這種性質(zhì)可以把密度不同的骨骼,、肌肉,、脂肪等軟組織區(qū)分開來。這正是X射線透視和攝影的物理基礎(chǔ),。
2．電離作用 物質(zhì)受X射線照射時,，使核外電子脫離原子軌道，這種作用叫電離作用,。在光電效應(yīng)和散射過程中,，出現(xiàn)光電子和反沖電子脫離其原子的過程叫一次電離，這些光電子或反沖電子在行進中又和其它原子碰撞,，使被擊原子逸出電子叫二次電離,。在固體和液體中。電離后的正,、負離子將很快復(fù)合,，不易收集。但在氣體中的忘離電荷卻很容易收集起來,，利用電離電荷的多少可測定X射線的照射量：X射線測量儀器正是根據(jù)這個原理制成的,。由于電離作用，使氣體能夠?qū)щ?；某些物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng),；在有機體內(nèi)可以誘發(fā)各種生物效應(yīng)。電離作用是X射線損傷和治療的基礎(chǔ),。
3．熒光作用 由于X射線波長很短,，因此是不可見的。但它照射到某些化合物如磷,、鉑氰化鋇,、硫化鋅鎘、鎢酸鈣等時,，由于電離或激發(fā)使原子處于激發(fā)狀態(tài),，原子回到基態(tài)過程中，由于價電子的能級躍遷而輻射出可見光或紫外線,，這就是熒光,。X射線使物質(zhì)發(fā)生熒光的作用叫熒光作用,。熒光強弱與X射線量成正比。這種作用是X射線應(yīng)用于透視的基礎(chǔ),。在X射線診斷工作中利用這種熒光作用可制成熒光屏,，增感屏，影像增強器中的輸入屏等,。熒光屏用作透視時觀察X射線通過人體組織的影像,，增感屏用作攝影時增強膠片的感光量。
4．熱作用物質(zhì)所吸收的X射線能,，大部分被轉(zhuǎn)變成熱能,，使物體溫度升高，這就是熱作用,。
5．干涉,、衍射、反射,、折射作用這些作用與可見光一樣,。在X射線顯微鏡、波長測定和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中都得到應(yīng)用,。
(二)化學(xué)效應(yīng)
1．感光作用 同可見光一樣,，X射線能使膠片感光。當(dāng)X射線照射到膠片上的溴化銀時,，能使銀粒子．沉淀而使膠片產(chǎn)生“感光作用”,。膠片感光的強弱與X射線量成正比。當(dāng)X射線通過人體時,，囡人體各組織的密度不同,，對X射線量的吸收不同，致綻膠片上所獲得的感光度不同,，從而獲得X射線的影像,。這就是應(yīng)用X射線作攝片檢查的基礎(chǔ)。
2．著色作用 某些物質(zhì)如鉑氰化鋇,、鉛玻璃,、水晶等，經(jīng)X射線長期照射后,，其結(jié)晶體脫水而改變顏色,，這就叫做著色作用。
(三)生物效應(yīng)’
當(dāng)X射線照射到生物機體時,，生物細胞受到抑制,、破壞甚至壞死，致使機體發(fā)生不同程度的生理,、病理和生化等方面的改變,，稱為X射線的生物效應(yīng)。不同的生物細胞,，對X射線有不同的敏感度,。楓X射線可以治療人體的某些疾病，如腫瘤等,。另一方面,，它對正常機體也有傷害，因此要嘞人體的防護,。X射線的生物效應(yīng)『臼根結(jié)底是由X射線的電離作用造成的,。 由于X射線具有如上種餓!因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè),、科學(xué)研究等客_爪領(lǐng)域,，獲得了廣泛 的應(yīng)用，如工業(yè)探傷,，晶體分析等,。在醫(yī)學(xué)上，X射線技術(shù)已成為對疾病進行診斷和治療的專門學(xué)科,，在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)中占有重要地位,。
三、X射線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,。
(一)X射線診斷
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，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(jīng)過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影,。根據(jù)陰影濃淡的對比,，結(jié)合臨床 表現(xiàn)、化驗結(jié)果和病理診斷,，即可判斷人體某一部分是否正常,。于是，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)。
(二)X射線治療
X射線應(yīng)用于治療,，主要依據(jù)其生物效應(yīng),，應(yīng)用不同能量的X射線對人體病灶部分的細胞組織進行照射時，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制,，從而達到對某些疾病,，特別是腫瘤的治療目的。
(三)X射線防護
在利用X射線的同時,，人們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致病人脫發(fā),、皮膚燒傷、工作人員視力障礙,，白血病等射線傷害的問題,，為防止X射線對人體的傷害，必須采取相應(yīng)的防護措施,。以上構(gòu)成了X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面的三大環(huán)節(jié)——診斷,、治療和防護。
四,、醫(yī)用X射線設(shè)備的發(fā)展簡史
自1895年以來,，X射線診斷與治療技術(shù)有了飛速的發(fā)展，主要進展可分為以下幾個階段：
(一)離子X射線管階段(1895～1912)
這是X射線設(shè)備的早期階段,。當(dāng)時X射線機的結(jié)構(gòu)非常簡單,，使用效率很低的含氣式冷陰極離子X射線管，運用笨重的感應(yīng)線圈發(fā)生高壓,，裸露式的高壓機件,，更沒有精確的控制裝置。X射線機裝置容量小,、效率低,、穿透力弱、影像清晰度不高,、缺乏防護0據(jù)資料記載,，當(dāng)時拍攝一張X射線骨盆像，需長達40～60min的曝光時間,，結(jié)果照片拍成之后,，受檢者的皮膚卻被X射線燒傷。
(二)電子X射線管階段(1913～1928)
隨著電磁學(xué),、高真空技術(shù)及其他學(xué)科的發(fā)展,，1910年美國物理學(xué)家W．D．Coolidge發(fā)表了鎢燈絲X射線管制造成功的報告。1913年開始實際使用,，它的最大特點是*鎢燈絲加熱到白熾狀態(tài)以提供管電流所需的電子,，所以調(diào)節(jié)燈絲的加熱溫度就可以控制管電流,，從而使管電壓和管電流可以分別獨立調(diào)節(jié)，而這正是提高影像質(zhì)量所需要的,。
1913年濾線柵的發(fā)明,，部分地消除了散射線，提高了影像的質(zhì)量,。1914年制成了鎢酸鎘熒光屏,，開始了X射線透視的應(yīng)用,。1923年發(fā)明了雙焦點X射線管,，解決了X射線攝影的需要。X射線管的功率可達幾千瓦,，矩形焦點的邊長僅為幾毫米,，X射線影像質(zhì)量大大提高。同時,，造影劑的逐漸應(yīng)用,，使X射線的診斷范圍也不斷擴大。它不再是一件單純拍攝骨骼影像的簡單工具,，卻已成為對人體組織器官中那些自然對比差(對X射線吸收差小)的胃腸道,、支氣管、血管,、腦室,、腎、膀胱等也能檢查的重要的醫(yī)學(xué)診斷設(shè)施了,。與此同時,，X射線在治療方面也開始得到應(yīng)用。
