X線成像原理和百科知識(shí)

X線是醫(yī)學(xué)上六大成像設(shè)備之一，是診斷疾病的常用工具，也是各醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。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(hào)，稱為“X”射線（或稱X射線或簡(jiǎn)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。～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。

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。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，在穿透過程中被吸收后剩余下來的X線量，才會(huì)是有差別的；第三，這個(gè)有差別的剩余X線，仍是不可見的，還必須經(jīng)過顯像這一過程，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)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，透過的X線少，薄的部分則相反。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。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：（1）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；（2）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；（3）屬于高密度的有骨組織和鈣化灶等。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，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。

由此可見，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表達(dá)影像的白影與黑影。