X射線機(jī)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(shí),，用一只嵌有兩個(gè)金屬電極(一個(gè)叫做陽極,，一個(gè)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(jī)從玻璃管內(nèi)抽出空氣,。為了遮住高壓放電時(shí)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(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí),，偶然發(fā)現(xiàn)距離玻璃管兩米遠(yuǎn)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(jìn)一步試驗(yàn),，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(shí),，競在紙板上看到了手骨的影像,。
當(dāng)時(shí)倫琴認(rèn)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(jì)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(gè)諾貝爾獎(jiǎng)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(shí)踐和研究,，逐漸揭示了X射線的本質(zhì)，證實(shí)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?！?．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(shí)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)?？梢姽庖蚱洳ㄩL較長,，光子其有的能量很小，當(dāng)射到物體上時(shí),，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(shí),，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(qiáng)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(qiáng)。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(shí),，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(jìn)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(fù)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(gè)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(jī)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(shí),，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(jià)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(qiáng)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(qiáng)器中的輸入屏等。熒光屏用作透視時(shí)觀察X射線通過人體組織的影像,，增感屏用作攝影時(shí)增強(qiáng)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(shí),，能使銀粒子．沉淀而使膠片產(chǎn)生“感光作用”。膠片感光的強(qiáng)弱與X射線量成正比,。當(dāng)X射線通過人體時(shí),，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(jī)體時(shí),，生物細(xì)胞受到抑制、破壞甚至壞死,，致使機(jī)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(xì)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(jī)體也有傷害,，因此要嘞人體的防護(hù),。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(jìn)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(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,，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(xì)胞組織進(jìn)行照射時(shí),，即可使被照射的細(xì)胞組織受到破壞或抑制，從而達(dá)到對某些疾病,，特別是腫瘤的治療目的,。
(三)X射線防護(hù)
在利用X射線的同時(shí)，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(hù)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(hù),。
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(jìn)展可分為以下幾個(gè)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(shí)X射線機(jī)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(yùn)用笨重的感應(yīng)線圈發(fā)生高壓,，裸露式的高壓機(jī)件，更沒有精確的控制裝置,。X射線機(jī)裝置容量小,、效率低、穿透力弱,、影像清晰度不高,、缺乏防護(hù)0據(jù)資料記載，當(dāng)時(shí)拍攝一張X射線骨盆像,，需長達(dá)40～60min的曝光時(shí)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(bào)告,。1913年開始實(shí)際使用,，它的最大特點(diǎn)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(dú)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(diǎn)X射線管，解決了X射線攝影的需要,。X射線管的功率可達(dá)幾千瓦,，矩形焦點(diǎn)的邊長僅為幾毫米,，X射線影像質(zhì)量大大提高。同時(shí),，造影劑的逐漸應(yīng)用,，使X射線的診斷范圍也不斷擴(kuò)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(shí),，X射線在治療方面也開始得到應(yīng)用。
