X射线及其医学应用初探.docx

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X射线及其医学应用初探

摘要：

X-X-X-射线的穿透能力极强，由于人体不同的组织对射线的吸收程度不同，均匀的线束穿透人体组织后，其不均匀的分布其实就是人体组织的投影。

把这种成像技术应用在医学上，就可以得到病灶X-X-射线对生物组织有破坏效应，的位置信息。

这可以用来治疗肿瘤。

本文介绍射线的概况及其医学应用，X-简单描述了医用射线数字成像技术现状。

关键词：

X-X-CT射线数字减影医用图像处理1引言X-0.0110X-X-射线是一种波长范围在纳米到纳米之间的电磁辐射形式。

射线最初用于医学成像诊断和X-射线结晶学。

经过近百年的发展，射线技术已广泛的应用于医学影像诊断．成为医学临床和科研不可或缺的因素。

2X-射线的简介2.1X-射线的发现与发展X-IvanPuluiEugene早期射线重要的研究者有教授、威廉·克鲁克斯爵士、约翰·威廉·希托夫、GoldsteinCharlesGlover、海因里希·鲁道夫·赫兹、菲利普·莱纳德、亥姆霍兹、尼古拉·特斯拉、爱迪生、Barkla、马克思·冯·劳厄和威廉·康拉德·伦琴。

1876物理学家希托夫观察到真空管中的阴极发出的射线。

当这些射线遇到玻璃管壁会产生荧光。

年这EugeneGoldstein""种射线被命名为阴极射线。

随后，英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放，并且制造了克鲁克斯管。

这是一种玻璃真空管，内有可以产生高电压的电极。

他还发现，当将未曝光的相18874片底片靠近这种管时，一些部分被感光了，但是他没有继续研究这一现象。

年月，尼古拉·特斯拉X-X-开始使用自己设计的高电压真空管与克鲁克斯管研究光。

他发明了单电极光管，在其中电子穿过物质，X-1892发生了现在叫做韧致辐射的效应，生成高能光射线。

年特斯拉完成了这些实验，但是他并没有使用X-光这个名字，而只是笼统成为放射能。

他继续进行实验，并提醒科学界注意阴极射线对生物体的危害性，1892但他没有公开自己的实验成果。

年赫兹进行实验，提出阴极射线可以穿透非常薄的金属箔。

赫兹的学生伦纳德进一步研究这一效应，对很多金属进行了实验。

亥姆霍兹则对光的电磁本性进行了数学推导。

2.1X-伦琴拍摄的一张射线照片，伦琴夫人的手骨与戒指189********1228年月日德国科学家伦琴开始进行阴极射线的研究。

年月日他完成了初步的实验'sPhysical-MedicalSociety报告“一种新的射线”。

他把这项成果发布在维尔茨堡杂志上。

为了表明这是一X-种新的射线，伦琴采用表示未知数的来命名。

很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对，但,1901是这一名称直至今日仍然被广泛使用尤其在德语国家。

年伦琴获得诺贝尔物理学奖。

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1895X-18963年爱迪生研究了材料在光照射下发出荧光的能力，发现钨酸钙最为明显。

年月爱迪生X-1903X-发明了荧光观察管，后来被用于医用光的检验。

然而年爱迪生终止了自己对光的研究，因为他X-公司的一名玻璃工人喜欢将光管放在手上检验，得上了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。

1906X-X-年物理学家贝克勒耳发现射线能够被气体散射，并且每一种元素有其特征谱线。

他因此获得了1917年诺贝尔物理学奖。

2080X-在世纪年代，射线激光器被设置为罗纳德·里根总统的战略主动防御计划的一部分。

然而对该装置（一种类似激光炮，或者死亡射线的装置，由热核反应提供能量）最初的、同时也是仅有的试验并X-没有给出结论性的结果。

同时，由于政治和技术的原因，整体的计划（包括射线激光器）被搁置了（然而该计划后来又被重新启动——使用了不同的技术，并作为布什总统国家导弹防御计划的一部分）。

2090ChandraX-在世纪年代，哈佛大学建立了射线天文台，用来观测宇宙中强烈的天文现象中产生X-X-的射线。

与从可见光观测到的相对稳定的宇宙不同，从射线观测到的宇宙是不稳定的。

它向人们展示了恒星如何被黑洞绞碎，星系间的碰撞，超新星和中子星。

2.2X-射线的产生X-0.5nmX-0.1X-X-射线波长略大于的被称作软射线。

波长短于纳米的叫做硬射线。

硬射线与波长X-长的（低能量）伽马射线范围重叠，二者的区别在于辐射源，而不是波长：

射线光子产生于高能电子加速，伽马射线则来源于原子核衰变。

2.2X-图水冷射线管的图纸X-产生射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。

撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能X-会以光子形式放出，形成光光谱的连续部分，称之为制动辐射。

通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。

于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出0.1波长在纳米左右的光子。

由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在X-某些部分，形成了光谱中的特征线，此称为特性辐射。

X-此外，高强度的射线亦可由同步加速器或自由电子雷射产生。

同步辐射光源，具有高强度、连续波X-长、光束准直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性，因而成为科学研究最佳之光光源。

2.3X-射线的效应2.3.1物理效应●穿透作用X-射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，X-X-X-表现出很强的穿透能力。

射线穿透物质的能力与射线光子的能量有关，射线的波长越短，光子的能X-量越大，穿透力越强。

射线的穿透力也与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来。

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2.3.1X-图射线行李检查仪●电离作用X-X-物质受射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。

利用电离电荷的多少可测定射线的X-照射量，根据这个原理制成了射线测量仪器。

在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。

●荧光作用X-射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质X-X-发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与射线量成正比。

这种作用是射线应用于透视的基础，利X-用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察射线通过人体组织的影像，也可制成增感屏，用作摄影时增强胶片的感光量。

●其它作用X-热作用——物质所吸收的射线能大部分被转变成热能，使物体温度升高；干涉、衍射、反射、折X-射作用——这些作用在射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。

2.3.2X-图射线显微镜2.3.2化学效应●感光作用X-X-X-射线同可见光一样能使胶片感光。

胶片感光的强弱与射线量成正比，当射线通过人体时，因X-X-人体各组织的密度不同，对射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得射线的影像。

●着色作用X-射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，可使其结晶体脱水而改变颜色。

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2.3.3生物效应X-射线照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、X-病理和生化等方面的改变。

不同的生物细胞，对射线有不同的敏感度，可用于治疗人体的某些疾病，特X-别是肿瘤的治疗。

在利用射线的同时，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X-病等射线伤害的问题，在应用射线的同时，也应注意其对正常机体的伤害，注意采取防护措施。

3X-射线的医学应用3.1X-射线在治疗方面的应用X-射线在临床上的应用除诊断之外，还可用于治疗。

特别是对恶性肿瘤的治疗，其历史较长，效果也X-不错。

其治疗机制是，射线通过人体组织能产生电离作用、康普顿散射及生成电子对，由此可诱发出一X-系列生物效应。

研究表明，射线对生物组织有破坏作用，尤其是对于分裂活动旺盛或正在分裂的细胞，X-X-X-其破坏能力更强。

用于治疗的射线设备有两种，即普通射线治疗机和“一刀”。

普通治疗机与常规X-X-X-射线机的结构基本相同，只是射线管采取了大焦点，常用来治疗皮肤肿瘤。

“一刀”是利用直线加X-270360180速器产生的高能射线和电子线作为放射源，围绕等中心作—度旋转，依其垂直旋转与操作台度范围内的水平旋转。

在靶区形成多个非共面的聚焦照射弧，是照射先集中于某中心点上以获得最大的辐X-X-射量。

“一刀”可用于各器官、组织肿瘤的放射治疗。

由于射线能引起生物效应，因此人体组织受过X-量的射线照射后会引起某些疾病。

3.1X-图治疗肿瘤的刀3.2X-射线在药物分析方面的应用X-射线光衍射特性能用来分析物质成分结构。

在中草药研究工作中有广泛的作用，可以用来分析中草药的有效成分的结构，寻求代用品，在保护自然生态环境方面，发挥了重大作用。

Laue1879-19601912X-X-●劳厄（，）年通过射线在晶体中衍射的实验，同时证实了射线的波动性质和晶体内部的周期结构。

1913W.H.Bragg1862-1942andW.L.Bragg1890-1971X-●年布拉格父子（，，）通过射线的衍射强度分布测定晶体的晶格结构。

M.Perutz1914-2002C.Kendrew1917-19971953X-●佩鲁兹（，）和肯特鲁（，）年通过射线衍射法完成了血红蛋白和肌红蛋白的结构分析。

1947UnitforResearchontheMolecular●年卡文迪许实验室建立了“生物系统的分子结构单元”（“StructureofBiologicalSystems1962”），年扩大为“分子生物学实验室”。

M.Wilkins1916R.Franklin1920-1958X-●威尔金斯（，）和弗兰克林（，）通过射线衍射法研究DNA分子的结构。

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3.3X-射线在诊断方面的应用3.3.1X-X-射线摄影及射线透视与造影X-X-由于人体不同组织或脏器对射线的吸收效应不同，强度均匀的射线透过人体不同部位后的强度是X-X-不同的，透过人体后的射线透射到荧光屏上，就可以显示出明暗不同的荧光像。

这种方法称为射线透X-视术。

如果让透过人体的射线投射到照相胶片上，显像后就可以在照片上观察到组织或脏器的影像，该X-X-技术称为射线摄影。

射线透视或摄影可以清楚地观察到骨折的程度、肺结核病灶、体内肿瘤的位置和X-大小、脏器形状以及断定体内异物的位置等。

射线摄影的位置分辨能力和对比度分辨能力都比较好，照X-片还可以永久保存。

射线透视时，荧光屏上的影像也可以用胶片记录下来，以保存和长时间观察，但分X-X-辨力不及直接摄影，这种方法主要用于普查。

在射线摄影时，由于射线的贯穿本领大．致使胶片上乳胶吸收的射线量不足。

如果在胶片前后各放置一个紧贴着的荧光屏，就可以使摄影胶片上的感光量增加许X-多倍，这个屏称为增感屏。

使用增感屏摄影时可以降低射线的强度或缩短摄影时间，从而减少患者所接X-受的照射量。

人体某些脏器或病灶对射线的衰减程度与周围组织相差很少，在荧光屏或照片上就不能显示出来。

一种解决办法就是给这些脏器或组织注入衰减系数较大或较小的物质来增强它和周围组织的对比，X-如“钡餐”。

射线图像也可在存储性磷光板镀层上生成以取代屏幕一胶片组合。

存储在磷光体镀层上的潜X-CRX-在图像可用激光扫描仪读出。

通过这种方法，可获得数字线图像，这就是技术。

如果射线照射在DR由硒做成的检测器上，检测器排成矩阵，就可以直接生成数字图像，这就是技术。

3.3.1X-图数字式微焦射线透视检查装置3.3.2DSA数字减影血管造影（）X-通常血管吸收的射线和周围的组织一样多，故难以在线图像中分辨出来。

通过在血管中注入对比剂X-可看到这些血管。

因为对比剂含有能吸收线的碘。

但当骨骼存在时，血管中对比剂引起的反差在骨骼存3在的部位很难分清，因为肉眼不能检测小于％的反差。

故有必要利用一种过程增强反差，这种过程称血（DSA）管数字减影。

X-在此过程中，原来的线阴影图像仍在影像增强器的帮助下获得，然后把来自电视摄像机的信号数字化后存储在计算机中。

接着将对比剂注入静脉，重复前法再一次获得图像并数字化后存储。

应用对比剂以前的图像称为掩模，通过图像处理器把对比剂注射后的图像减去掩模，则生成的图像仅包含掩模中没有的信息，也即对比剂位置的信息。

由于对比剂充满血管，所以最终的分布图像中只显示血管；骨骼影像的干扰则在减影过程中被除去。

DSA然而当病人移动时，的图像质量会下降。

通过适当的软件程序，可在某种程度上纠正此种偏移。

此种程序可以通过与相邻图像最大程度相关的方法移动或旋转掩模，从而消除由于运动引起的伪影。

由于对比剂以小团形式注入，最初的减影图像中通常先见到血管树的近端部分，在随后的减影图像中可看到更多的末梢部分。

通过合适的软件，可创建整个血管树的图像。

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由于图像以数字格式表示，故除了图像可视化以外，还可测量图像。

如可测量某些细节的大小，获得血管的狭窄程度或分析心肌的运动等。

3.3.2X-图日本东芝血管造影线机3.3.3X-（X-CT）射线计算机辅助断层扫描成像装置－X-X-CTX-射线计算机辅助断层扫描成像装置，简称—机。

它通过射线管环绕人体某一层面的扫描，利用探测器得到从各个透过该层面后的射线强度值。

利用计算机及图像重建原理，获得该层面的图像。

当X-穿透人体的射线经组织吸收后，投射部分的强度可用探测器接收，其信号强弱决定于人体组织的密度。

不同的信号强度反映不同组织的特性，也就是衰减系数不同，于是把衰减系数值作为一种成像参数。

所以，X-CTX-一幅—图像实际上是反映层面射线衰减系数的空间分布。

如何求得层面中每一个体素的衰减系数X-CT值，是—基本原理的关键。

图像重建的数学方法主要有：

联立方程法，反投影法，滤波反投影法，二维傅里叶变换法，卷积反投影法及迭代法等。

计算机按照一定的图像重建方法。

经快速运算得到层面个CRT体素的相对值，这些原始数据再由计算机按层面体素矩阵与象素矩阵一一对应进行排列组合及数学处理，得出可在荧光屏上显示图象的数据。

CTX-CT像素的值：

一幅—的图像是由一定数量由黑到白的不同灰度小方块，按矩阵排列方式组成，这些小方块称为像素．其灰度与观测层面相对应体素的衰减系数大小有关。

单在图像重建过程中。

并不直CT接运用衰减系数来进行处理，而是应与此有关且能表达组织密度的合适数值来反映，这一数值较像素的值。

实际上，它是将待检体的衰减系数与水的衰减系数作为比值计算，并以骨和空气的衰减系数分别作为上下限进行分度。

CT2000窗口技术：

人体组织的值范围大致可分为个等级，但人眼无论如何已分辨不出如此微小的灰CT度差别。

为了提高图像的分辨率，在成像中，常把感兴趣的部分的对比度增强，无关紧要部位的对比CTCTCRT度压缩，使值差别小的组织能得到分辨，这一工作称为窗口技术。

即把某一段值扩大到整个CRTCTCRTCT的灰度等级。

常用窗宽表示所显示的值范围：

用窗位表示所显示的中心值位置。

窗宽的上限和下限所包含的范围叫窗口。

3.3.3X-图射线电子计算机断层扫描6

4X-医用射线数字成像技术现状X-目前医用射线成像装置的总体发展趋势是成像速度更快、图像更为清晰、所用剂量逐渐减少、操作日趋方便。

国外医学界认为，在这类装置领域中正篷勃发展的全数字化放射学、图像导引和远程放射等三21种相互关联的革新技术，将会改变世纪初影像诊断学的面貌。

X-近年，各种医用图像成像装置都已进入数字化家族，唯独传统的射线摄影装置和荧光透视装置还留在门外，不过，目前这种状况正在改变。

X-X-X-CT光胶片被数字图象显示终端所完全取代，是当前射线诊断技术发展的必然趋势。

如—和MRIX-，其优点之一是简化了数据的存储和传送，而这正是传统射线摄影亟待解决的问题。

虽然目前国外75X-约有％的射线诊断还是采用卤化银胶片进行的，但已受到越来越强的有力冲击，临床界对数字化的X-射线摄影装置呼声日趋高涨。

据国外近几年的统计报告，新生产的此类装置采用数字化技术的已占总量7034的％，而且市场看好。

对于数字成像的优点，看法也不尽相同，据调查％认为是提高了诊断图像质量，251810％认为是降低了辐射剂量，％认为是提高了边缘清晰度，而仅有％认为是提高了使用速度。

X-数字化的射线摄影装置之所以使人感兴趣，在于实际证明了用更少的人去做更多的工作。

因此，在现在化管理和医疗改革的时代，它们是极富生命力的。

数字技术的高性能、实时性是满足少量人做大量工作这一要求的关键。

同时其计算机图像处理可提高轮廓清晰的图像，边缘增强、辉度、对比度和局部放大，提高了装置的灵活性。

但是，现在运用什么样的数字技术和怎么样最有效而又最廉价，还不是很清楚。

关2048X-20482K于理想图像的获取也是有争议的，某些人认为至少要显示出像素，也即称为图像才能取得X-1K胶片那样的分辨率。

另外一些专家却坚持认为，对于射线摄影图像成像就足够了。

另外，争议的焦2K30X-点还有售价问题，有的公司型售价高达万美金。

能够肯定的是，数字化射线成像技术提高了图像X-的质量。

使其能进行医学图像处理、计算机辅助诊断及远程放射成像，从而射线摄影装置也跟上了数字化发展潮流，进入了数字化家族。

此外，数字化装置的优点还在于它的通用性、经济性、安全性都较传统装置好。

4X-图高频数字医用射线机5结论X-X-原文介绍了射线的发现与发展历史，简单描述了射线的产生原理，从物理、化学、生物三个角X-X-X-度介绍了射线的效应。

将射线应用于治疗、药物分析、诊断等方面，可以获得了刀、数字减影血DSA（X-CT）X-管造影（）、计算机辅助断层扫描成像装置－等技术成果。

在医用数字成像方面，射线的相应装置基本达到数字化，有着良好的性能。

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