X線成像原理及設(shè)備
    一、X線的產(chǎn)生特性 
    (一)X線的產(chǎn)生 1895年,，德國(guó)科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了具有很高能量,，肉眼看不見(jiàn)，但能穿透不同物質(zhì),，能使熒光物質(zhì)發(fā)光的射線,。因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)射線的性質(zhì)還不了解，因此稱之為X射線,。為紀(jì)念發(fā)現(xiàn)者,，后來(lái)也稱為倫琴射線，現(xiàn)簡(jiǎn)稱X線(X-ray) ,。
    一般說(shuō),，高速行進(jìn)的電子流被物質(zhì)阻擋即可產(chǎn)生X線。具體說(shuō),，X線是在真空管內(nèi)高速行進(jìn)成束的電子流撞擊鎢(或鉬)靶時(shí)而產(chǎn)生的,。因此,，X線發(fā)生裝置，主要包括X線管,、變壓器和操作臺(tái),。
    X線管為一高真空的二極管，杯狀的陰極內(nèi)裝著燈絲,；陽(yáng)極由呈斜面的鎢靶和附屬散熱裝置組成,。
    變壓器為提供X線管燈絲電源和高電壓而設(shè)置。一般前者僅需12V以下,，為一降壓變壓器,；后者需40～150kV(常用為45～90kV)為一升壓變壓器。
    操作臺(tái)主要為調(diào)節(jié)電壓,、電流和曝光時(shí)間而設(shè)置,，包括電壓表、電流表,、時(shí)計(jì),、調(diào)節(jié)旋鈕和開(kāi)關(guān)等。
    在X線管,、變壓器和操作臺(tái)之間以電纜相連,。X線機(jī)主要部件及線路見(jiàn)圖1-1-1。
    X線的發(fā)生程序是接通電源,，經(jīng)過(guò)降壓變壓器,，供X線管燈絲加熱，產(chǎn)生自由電子并云集在陰極附近,。當(dāng)升壓變壓器向X線管兩極提供高壓電時(shí),，陰極與陽(yáng)極間的電勢(shì)差陡增，處于活躍狀態(tài)的自由電子,，受強(qiáng)有力的吸引,，使成束的電子，以高速由陰極向陽(yáng)極行進(jìn),，撞擊陽(yáng)極鎢靶原子結(jié)構(gòu),。此時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)換，其中約1%以下的能量形成了X線,，其余99%以上則轉(zhuǎn)換為熱能,。前者主要由X線管窗口發(fā)射，后者由散熱設(shè)施散發(fā),。
    (二)X線的特性 X線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波,。波長(zhǎng)范圍為0.0006～50nm。目前X線診斷常用的X線波長(zhǎng)范圍為0.008～0.031nm(相當(dāng)于40～150kV時(shí))。在電磁輻射譜中,，居γ射線與紫外線之間,，比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)要短得多，肉眼看不見(jiàn),。
    除上述一般物理性質(zhì)外,，X線還具有以下幾方面與X線成像相關(guān)的特性：
    穿透性：X線波長(zhǎng)很短，具有很強(qiáng)的穿透力,，能穿透一般可見(jiàn)光不能穿透的各種不同密度的物質(zhì)，并在穿透過(guò)程中受到一定程度的吸收即衰減,。X線的穿透力與X線管電壓密切相關(guān),，電壓愈高，所產(chǎn)生的X線的波長(zhǎng)愈短,，穿透力也愈強(qiáng),；反之，電壓低,，所產(chǎn)生的X線波長(zhǎng)愈長(zhǎng),，其穿透力也弱。另一方面,，X線的穿透力還與被照體的密度和厚度相關(guān),。X線穿透性是X線成像的基礎(chǔ)。
    熒光效應(yīng)：X線能激發(fā)熒光物質(zhì)(如硫化鋅鎘及鎢酸鈣等),，使產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的熒光,。即X線作用于熒光物質(zhì)，使波長(zhǎng)短的X線轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)長(zhǎng)的熒光,，這種轉(zhuǎn)換叫做熒光效應(yīng),。這個(gè)特性是進(jìn)行透視檢查的基礎(chǔ)。
    攝影效應(yīng)：涂有溴化銀的膠片,，經(jīng)X線照射后,，可以感光，產(chǎn)生潛影,，經(jīng)顯,、定影處理，感光的溴化銀中的銀離子(Ag加)被還原成金屬銀(Ag),，并沉淀于膠片的膠膜內(nèi),。此金屬銀的微粒，在膠片上呈黑色,。而未感光的溴化銀,，在定影及沖洗過(guò)程中，從X線膠片上被洗掉，因而顯出膠片片基的透明本色,。依金屬銀沉淀的多少,，便產(chǎn)生了黑和白的影像。所以,，攝影效應(yīng)是X線成像的基礎(chǔ),。
    電離效應(yīng)：X線通過(guò)任何物質(zhì)都可產(chǎn)生電離效應(yīng)?？諝獾碾婋x程度與空氣所吸收X線的量成正比,，因而通過(guò)測(cè)量空氣電離的程度可計(jì)算出X線的量。X線進(jìn)入人體,，也產(chǎn)生電離作用,，使人體產(chǎn)生生物學(xué)方面的改變，即生物效應(yīng),。它是放射防護(hù)學(xué)和放射治療學(xué)的基礎(chǔ),。
    二、X線成像的基本原理
    X線之所以能使人體在熒屏上或膠片上形成影像,，一方面是基于X線的特性,，即其穿透性、熒光效應(yīng)和攝影效應(yīng),；另一方面是基于人體組織有密度和厚度的差別,。由于存在這種差別，當(dāng)X線透過(guò)人體各種不同組織結(jié)構(gòu)時(shí),，它被吸收的程度不同,，所以到達(dá)熒屏或膠片上的X線量即有差異。這樣,，在熒屏或X線上就形成黑白對(duì)比不同的影像,。
    因此，X線影像的形成,，應(yīng)具備以下三個(gè)基本條件：首先,，X線應(yīng)具有一定的穿透力，這樣才能穿透照射的組織結(jié)構(gòu),；第二,，被穿透的組織結(jié)構(gòu)，必須存在著密度和厚度的差異,，這樣,，在穿透過(guò)程中被吸收后剩余下來(lái)的X線量，才會(huì)是有差別的,；第三,，這個(gè)有差別的剩余X線,，仍是不可見(jiàn)的，還必須經(jīng)過(guò)顯像這一過(guò)程,，例如經(jīng)X線片,、熒屏或電視屏顯示才能獲得具有黑白對(duì)比、層次差異的X線影像,。人體組織結(jié)構(gòu),，是由不同元素所組成，依各種組織單位體積內(nèi)各元素量總和的大小而有不同的密度,。人體組織結(jié)構(gòu)的密度可歸納為三類：屬于高密度的有骨組織和鈣化灶等,；中等密度的有軟骨、肌肉,、神經(jīng),、實(shí)質(zhì)器官、結(jié)締組織以及體內(nèi)液體等,；低密度的有脂肪組織以及存在于呼吸道、胃腸道,、鼻竇和乳突內(nèi)的氣體等,。
    當(dāng)強(qiáng)度均勻的X線穿透厚度相等的不同密度組織結(jié)構(gòu)時(shí)，由于吸收程度不同,，因此將出現(xiàn)如圖1-1-2所示的情況,。在X線片上或熒屏上顯出具有黑白(或明暗)對(duì)比、層次差異的X線影像,。
    在人體結(jié)構(gòu)中,，胸部的肋骨密度高，對(duì)X線吸收多,，照片上呈白影,；肺部含氣體密度低，X線吸收少,，照片上呈黑影,。
     X線穿透低密度組織時(shí)，被吸收少,，剩余X線多,，使X線膠片感光多，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)還原的金屬銀也多,，故X線膠片呈黑影,；使熒光屏所生熒光多，故熒光屏上也就明亮,。高密度組織則恰相反
病理變化也可使人體組織密度發(fā)生改變,。例如，肺結(jié)核病變可在原屬低密度的肺組織內(nèi)產(chǎn)生中等密度的纖維性改變和高密度的鈣化灶。在胸片上,，于肺影的背景上出現(xiàn)代表病變的白影,。因此，不同組織密度的病理變化可產(chǎn)生相應(yīng)的病理X線影像,。
    人體組織結(jié)構(gòu)和器官形態(tài)不同,，厚度也不一致。其厚與薄的部分,，或分界明確,，或逐漸移行。厚的部分,，吸收X線多,，透過(guò)的X線少，薄的部分則相反,，因此,，X線投影可有圖1-1-3所示不同表現(xiàn)。在X線片和熒屏上顯示出的黑白對(duì)比和明暗差別以及由黑到白和由明到暗,，其界線呈比較分明或漸次移行,，都是與它們厚度間的差異相關(guān)的。圖1-1-3中的幾種情況,，在正常結(jié)構(gòu)和病理改變中都有這種例子,。
     A.X線透過(guò)梯形體時(shí)，厚的部分,，X線吸收多,，透過(guò)的少，照片上呈白影,，薄的部分相反,，呈黑影。白影與黑影間界限分明,。熒光屏上,，則恰好相反 B.X線透過(guò)三角形體時(shí)，其吸收及成影與梯形體情況相似,，但黑白影是逐步過(guò)渡的,，無(wú)清楚界限。熒光屏所見(jiàn)相反 C.X線透過(guò)管狀體時(shí),，其外周部分,，X線吸收多，透過(guò)的少,，呈白影,，其中間部分呈黑影,，白影與黑影間分界較為清楚。熒光屏所見(jiàn)相反由此可見(jiàn),，密度和厚度的差別是產(chǎn)生影像對(duì)比的基礎(chǔ),，是X線成像的基本條件。應(yīng)當(dāng)指出,，密度與厚度在成像中所起的作用要看哪一個(gè)占優(yōu)勢(shì),。例如，在胸部,，肋骨密度高但厚度小,，而心臟大血管密度雖低，但厚度大,，因而心臟大血管的影像反而比肋骨影像白,。同樣，胸腔大量積液的密度為中等,，但因厚度大,，所以其影像也比肋骨影像為白。需要指出,，人體組織結(jié)構(gòu)的密度與X線片上的影像密度是兩個(gè)不同的概念,。前者是指人體組織中單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，而后者則指X線片上所示影像的黑白,。但是物質(zhì)密度與其本身的比重成正比，物質(zhì)的密度高,，比重大,，吸收的X線量多，影像在照片上呈白影,。反之,，物質(zhì)的密度低，比重小,，吸收的X線量少,，影像在照片上呈黑影。因此,，照片上的白影與黑影,，雖然也與物體的厚度有關(guān)，但卻可反映物質(zhì)密度的高低,。在術(shù)語(yǔ)中,，通常用密度的高與低表達(dá)影像的白與黑。例如用高密度,、中等密度和低密度分別表達(dá)白影,、灰影和黑影,，并表示物質(zhì)密度。人體組織密度發(fā)生改變時(shí),，則用密度增高或密度減低來(lái)表達(dá)影像的白影與黑影,。
    三、X線成像設(shè)備
    X線機(jī)包括X線管及支架,、變壓器,、操作臺(tái)以及檢查床等基本部件。60年代以來(lái),，影像增強(qiáng)和電視系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,，使它們逐漸成為新型X線機(jī)的主要部件之一。為了保證X線攝影質(zhì)量,，新型X線機(jī)在攝影技術(shù)參數(shù)的選擇,、攝影位置的校正方面，都更加計(jì)算機(jī)化,、數(shù)字化,、自動(dòng)化。為適應(yīng)影像診斷學(xué)專業(yè)的發(fā)展,，近30多年來(lái),，除通用型X線機(jī)以外，又開(kāi)發(fā)了適用于心血管,、胃腸道,、泌尿系統(tǒng)、乳腺及介入放射,、兒科,、手術(shù)室等專用的X線機(jī)。
    技術(shù)設(shè)備改進(jìn)與檢查方法的新進(jìn)展簡(jiǎn)介
    X線診斷學(xué)近30年來(lái),，由于物理學(xué),、藥理學(xué)、醫(yī)學(xué)生物工程及電子工業(yè)的發(fā)展,，促進(jìn)X線診斷機(jī)硬件的改善,，從而獲得新的影像，促進(jìn)診斷學(xué)的發(fā)展,。
    1．大功率X線機(jī),、配備影像增強(qiáng)器及影像轉(zhuǎn)化裝置 X線機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為高壓發(fā)生器、X線球管及控制臺(tái)上三大部件,。由于高壓發(fā)生器及X線球管結(jié)構(gòu)改進(jìn),，使得球管能量（即功率）加大，可達(dá)100KV（Kilowatt）,，同時(shí)球管焦點(diǎn)微?。?.1—0.3mm,甚至0.05 mm）,，故攝取照片采用高mA短時(shí)間曝光，X線攝像對(duì)比好,，清晰度強(qiáng)?，F(xiàn)在常用1000、1250或2000mA大型X線機(jī)作特殊檢查及造影檢查,。
    近代X線機(jī)常配備影像增強(qiáng)器（Image intensifier,，簡(jiǎn)稱Ⅱ）及電視設(shè)備（Television,簡(jiǎn)稱TV）。電視屏幕上影象亮度很大,，能顯示較小的病灶,，比普通透視優(yōu)越。操作可在比較明亮的機(jī)房或傳送到其它房間內(nèi)察看,，后者稱為隔室遙控檢查,，工作人員可避免射線的照射。有時(shí)還配備熒光縮影,、磁帶錄象（Video-tape）及電影（Cine-radiography）裝置,，將影像記錄留存，及時(shí)拍照臟器病變及功能變化,，便于分析研究及會(huì)診示教之用,。上述熒光縮影、電視技術(shù)（包括錄相）和電影照相等稱為影像轉(zhuǎn)換裝置,，多用于胃腸檢查,，觀察心臟搏動(dòng)，特別是在大功率X線機(jī)上配備影像轉(zhuǎn)換裝置,，對(duì)于心臟造影及各種血管造影的診斷準(zhǔn)確性有明顯的提高,。
    影像增強(qiáng)器能減少X線用量。未配備Ⅱ的普通透視,，X線球管需發(fā)射3～5mA才能達(dá)到診斷要求；而配備Ⅱ后,，X線球管只須發(fā)射0.3 ～0.5mA,不僅合乎診斷要求,，而且亮度比普通透視高。因此,，Ⅱ既能減少球管損耗,，又能降低患者及工作人員所接受的X線輻射劑量。
 

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