X射线在医学上的应用

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1、10摘要x 射线的穿透能力极强，由于人体不同的组织对 x 射线的吸收程度不同， 均匀的 x 线速穿透人体组织后，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，就可以得到病灶的位置信息。文章简单介绍了 x 射线技术自被发现以来的发展史和 x 射线成像的原理，以及现在 x 射线在医学 上的诊断、治疗和层析摄影治疗，以后 x 射线技术在医学上的应用将会无处不 在。关键字：诊断；治疗；层析摄影治疗ABSTRACTstrong x-ray penetration, the different levels of different body tissues absorb x- ra

2、ys, the penetrating body tissue, the non-uniform distribution is actually a uniform tissue projection x line speed. The application of this imaging technique in medicine, you can get the location information of lesions. This paper briefly describes the history of the principle of x-ray technology an

3、d x-ray imaging since been discovered, and now the x-rays in medical diagnosis, treatment and tomography treatment, after x- ray technology in medicine will be no Office is not.Keywords: diagnosis ；treatment ；tomography treatment.X 射线在生物医学上的应用1.绪论1.1 x 射线技术在医学上应用的研究背景X 射线自19世纪被伦琴在实验室发现以来，半个世纪后，发展 了超

4、声波成像、放射性同位素成像、核磁共振成像等， 因为 X 射线 具有强大的穿透能力，能够透过人体显示骨骼和薄金属中的缺陷， 在医疗和金属检测上有重大的应用价值，因此引起了人们极大的兴 趣。许多国家都竞相开展类似的试验。一股热潮席卷欧美，盛况空前。 X 射线迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，后来 又发展到用于金属探伤，对工业技术也有一定的促进作用。11放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他 技术产生诊断图像，这可能是 X 射线技术应用最广泛的地方。X 射 线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当 有用。常见的例子有胸腔 X 射线，用来诊断肺部

5、疾病，如肺炎、肺 癌或肺气肿；而腹腔 X 射线则用来检测肠道梗塞，自由气体（free air，由于内脏穿孔）及自由液体（free fluid） 。某些情况下，使 用 X 射线诊断还存在争议，例如结石（对 X 射线几乎没有阻挡效应） 或肾结石（一般可见，但并不总是可见） 。因此在医学领域、工业领域、研究领域等各方面都有广泛应用， 就 X 射线衍射来说,它对近代科学(物理、化学、材料学、生物学等 等)和近代技术的发展都产生了很大的影响,了解 X 射线的性质以及 产生原理，对我们的生活、学习、生产等各方面有促进作用。1.2 x 射线技术在医学上的应用的研究意义随着社会的发展及科学技术的进步，生命科学

6、越来越引起人们 的关注，人类对于自身的奥妙探索的需求不断增强。在这样的趋势 下，人们对 X 射线影像设备的成像质量要求越来越高，同时还要求 尽可能的减少 X 射线的照射量，这就迫使 X 射线技术不断发展。数 字化医学影像的发展与应用，已经成为现代医院诊断必不可少的设 备。X 射线作为其中最普及的设备，为疾病的诊断与治疗提供了有 力的保证。自从 X 射线被发现以来，经过不断的发展，现今已有各 种各样的 X 射线机为人们服务。X 射线本身对人体也有一定的损伤， 所以，进行 X 射线检查应注意安全。传统 X 射线影像设备在临床的 应用范围很广，常用于骨与关节的疾病。胃肠疾病和呼吸系统疾病 的诊断，用

7、不同的 X 射线对人体病灶部位的细胞进行照射时，使被 照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿 瘤的治疗。在现代医学中，X 射线在医学上的应用无处不显示着它的重要 性。像 CT、核磁共振、介入放射等这些人们并不陌生的放射性检查， 不断用于临床医学，极大地提高了疾病的诊断率。他们每天担负的 工作就是通过 X 射线这双穿透的“法眼”来检查病人体内的各种异 常。目前，普通人在生活中所能接触到的电离辐射主要来自医疗辐 射，这其中 X 线检查所释放的辐射，是非专业人员可能接触到的电2离辐射的主要来源。孕妇需要重点防辐射，尤其是电离辐射，原因 是电离辐射能量大，能使人体分子产生电离，可能

8、对还未发育成形 的胎儿的细胞造成伤害，引起死胎或畸形。电离辐射对人体，尤其是对胎儿的伤害的实例可以参考曾在二 战中遭受核弹袭击的日本广岛和长崎两地居民的状况。这两个地方 在美国投下原子弹之后出现的胎儿畸形情况最为骇人听闻，该地区 儿童患白血病的病例大增，就是辐射伤害健康的证明。当然，核爆 炸的辐射危害远远高于医疗用的 X 射线辐射，不过两者对孕妇腹中 胎儿的伤害原理类似。X 线是一种波长很短，穿透能力很强的电磁波，如果被 X 线照 射过多，就可能产生放射反应，甚至受到一定程度的放射损害。用 于医疗诊断的 X 线射照射剂量有严格控制，一般影响极小。但是， 对准妈妈来说，如果在怀孕期间，尤其是怀孕

9、早期受 X 光照射，万 一超过胎儿的承受极限，则可能会导致胚胎死亡、胎儿畸形、脑部 发育不良，及增加日后患癌症的几率等风险2.x 射线的发展及性质2.1x 射线的发展史X 射线（X-ray）是由德国实验物理学家伦琴发现的波长非常短， 频率很高的一种电磁波，又叫做艾克斯射线、伦琴射线或 X 光，X 射线，波长范围在 0.01 纳米到 10 纳米之间（对应频率范围 30 PHz 到 30EHz） ，具有波粒二象性，X 射线是 19 世纪末 20 世纪初物理学 的三大发现（X 射线 1895 年、放射线 1896 年、电子 1897 年）之一， 是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。

10、产生 X 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，其损失的动能会以光子形式放出，形成 X 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，同时放出波长在 0.1 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 波长也集中在某些部分，形成了 X 光谱中的特征线。X 射线最初用13于医学成像诊断和 X 射线结晶学。X 射线也是游离辐射等这一类对 人体有危害的射线。后 X 射线被应用于临床医学，首先是用于诊断 骨折和异物，其后逐步应用

11、于人体各部的诊断检查。X 射线是波长范围在 0.01 纳米到 10 纳米之间（对应频率范围 30PHz 到 30EHz） ）的电磁波，具波粒二象性。电磁波的能量以光子 (波包)的形式传递。当 X 射线光子与原子撞击，原子可以吸收其能 量，原子中电子可跃迁至较高电子轨态，单一光子能量足够高(大于 其电子之电离能)时可以电离此原子。一般来说，较大之原子有较大 机会吸收 X 射线光子。人体软组织由较细之原子组成而骨头含较多 钙离子，所以骨头较软组织吸引较多 X 射线。故此，X 射线可以用 作检查人体结构。自伦琴发现 X 射线后，许多物理学家都在积极地研究和探索， 1905年和1909年，巴克拉曾先后

12、发现 X 射线的偏振现象，但对 X 射 线究竟是一种电磁波还是微粒辐射，仍不清楚。1912年德国物理学 家劳厄发现了 X 射线通过晶体时产生衍射现象，证明了 X 射线的波 动性和晶体内部结构的周期性，发表了X 射线的干涉现象一文。劳厄的文章发表不久，就引起英国布拉格父子的关注，当时老 布拉格（WHBragg）已是利兹大学的物理学教授，而小布拉格 （WLBragg）则刚从剑桥大学毕业，在卡文迪许实验室。由于都是 X 射线微粒论者，两人都试图用 X 射线的微粒理论来解释劳厄的照 片，但他们的尝试未能取得成功。年轻的小布拉格经过反复研究， 成功地解释了劳厄的实验事实。他以更简洁的方式，清楚地解释了

13、X 射线晶体衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：nX=Zdsino 这 一结果不仅证明了小布拉格的解释的正确性，更重要的是证明了能 够用 X 射线来获取关于晶体结构的信息。 1912年11月，年仅22岁的小布位格以晶体对短波长电磁波衍 射为题向剑桥哲学学会报告了上述研究结果。老布拉格则于1913 年元月设计出第一台 X 射线分光计，并利用这台仪器，发现了特征 X 射线。小布拉格在用特征 X 射线分析了一些碱金属卤化物的晶体 结构之后，与其父亲合作，成功地测定出了金刚石的晶体结构，并 用劳厄法进行了验证。金刚石结构的测定完美地说明了化学家长期 以来认为的碳原子的四个键按正四面体形状排列的结论。

14、这对尚处 于新生阶段的 X 射线晶体学来说是一个非常重要的事件，它充分显4示了 X 射线衍射用于分析晶体结构的有效性，使其开始为物理学家 和化学家普遍接受。2.2 x 射线的性质2.2.1X 射线的主要特点（1）特征频率值高X 射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为 （200.06）10-8厘米之间。因此 X 射线必定是由于原子在能量 相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以 X 射线光谱是原子 中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃 迁时发射出来的。X 射线在电场磁场中不偏转。这说明 X 射线是不 带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象。（2）辐射同步X 射线谱由

15、连续谱和标识谱两部分组成 ，标识谱重叠在连续 谱背景上，连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的 轫致辐射， 其短波极限 0 由加速电压 V 决定： 0 = hc /( ev ) h 为普朗 克常数， e 为电子电量， c 为真空中的光速。标识谱是由一系列 线状谱组成，它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生，每种元素各 有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构。同步辐射源可产生高 强度的连续谱 X 射线，现已成为重要的 X 射线源。（3）穿透力强X 射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物 质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料 发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电

16、离等效应，波长越短 的 X 射线能量越大，叫做硬 X 射线，波长长的 X 射线能量较低，称 为软 X 射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放 出 X 射线，这就是 X 射线管的结构原理。2.2.2X 射线的基本效应：（1）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，表现出很强的穿透能力。X 射线穿透物质的能力与 X 射线光子的能量有关，X 射线的波长越短，15光子的能量越大，穿透力越强。X 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。（2）电离作用物质受 X 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 X 射线的照射量，根据这个原理制成了 X 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。（3）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，可使物质发生荧光（可见光或紫外线） ， 荧光的强弱与 X 射线量成正比。这种作