① 影像学的X线成像
(一)X线的产生1895年,德国科学家伦琴发现了具有很高能量,肉眼看不见,但能穿透不同物质,能使荧光物质发光的射线。因为当时对这个射线的性质还不了解,因此称之为X射线。为纪念发现者,后来也称为伦琴射线,现简称X线(X-ray)。
一般说,高速行进的电子流被物质阻挡即可产生X线。具体说,X线是在真空管内高速行进成束的电子流撞击钨(或钼)靶时而产生的。因此,X线发生装置,主要包括X线管、变压器和操作台。
X线管为一高真空的二极管,杯状的阴极内装着灯丝;阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。
变压器为提供X线管灯丝电源和高电压而设置。一般前者仅需12V以下,为一降压变压器;后者需40~150kV(常用为45~90kV)为一升压变压器。
操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置,包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。
在X线管、变压器和操作台之间以电缆相连。X线机主要部件及线路见图1-1-1。
X线的发生程序是接通电源,经过降压变压器,供X线管灯丝加热,产生自由电子并云集在阴极附近。当升压变压器向X线管两极提供高压电时,阴极与阳极间的电势差陡增,处于活跃状态的自由电子,受强有力的吸引,使成束的电子,以高速由阴极向阳极行进,撞击阳极钨靶原子结构。此时发生了能量转换,其中约1%以下的能量形成了X线,其余99%以上则转换为热能。前者主要由X线管窗口发射,后者由散热设施散发。
(二)X线的特性X线是一种波长很短的电磁波。波长范围为0.0006~50nm。X线诊断常用的X线波长范围为0.008~0.031nm(相当于40~150kV时)。在电磁辐射谱中,居γ射线与紫外线之间,比可见光的波长要短得多,肉眼看不见。
除上述一般物理性质外,X线还具有以下几方面与X线成像相关的特性:
穿透性:X线波长很短,具有很强的穿透力,能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质,并在穿透过程中受到一定程度的吸收即衰减。X线的穿透力与X线管电压密切相关,电压愈高,所产生的X线的波长愈短,穿透力也愈强;反之,电压低,所产生的X线波长愈长,其穿透力也弱。另一方面,X线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关。X线穿透性是X线成像的基础。
荧光效应:X线能激发荧光物质(如硫化锌镉及钨酸钙等),使产生肉眼可见的荧光。即X线作用于荧光物质,使波长短的X线转换成波长长的荧光,这种转换叫做荧光效应。这个特性是进行透视检查的基础。
摄影效应:涂有溴化银的胶片,经X线照射后,可以感光,产生潜影,经显、定影处理,感光的溴化银中的银离子(Ag )被还原成金属银(Ag),并沉淀于胶片的胶膜内。此金属银的微粒,在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银,在定影及冲洗过程中,从X线胶片上被洗掉,因而显出胶片片基的透明本色。依金属银沉淀的多少,便产生了黑和白的影像。所以,摄影效应是X线成像的基础。
电离效应:X线通过任何物质都可产生电离效应。空气的电离程度与空气所吸收X线的量成正比,因而通过测量空气电离的程度可计算出X线的量。X线进入人体,也产生电离作用,使人体产生生物学方面的改变,即生物效应。它是放射防护学和放射治疗学的基础。 X线之所以能使人体在荧屏上或胶片上形成影像,一方面是基于X线的特性,即其穿透性、荧光效应和摄影效应;另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。由于存在这种差别,当X线透过人体各种不同组织结构时,它被吸收的程度不同,所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样,在荧屏或X线上就形成黑白对比不同的影像。
因此,X线影像的形成,应具备以下三个基本条件:首先,X线应具有一定的穿透力,这样才能穿透照射的组织结构;第二,被穿透的组织结构,必须存在着密度和厚度的差异,这样,在穿透过程中被吸收后剩余下来的X线量,才会是有差别的;第三,这个有差别的剩余X线,仍是不可见的,还必须经过显像这一过程,例如经X线片、荧屏或电视屏显示才能获得具有黑白对比、层次差异的X线影像。
人体组织结构,是由不同元素所组成,依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。人体组织结构的密度可归纳为三类:属于高密度的有骨组织和钙化灶等;中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等;低密度的有脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。
当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密度组织结构时,由于吸收程度不同,因此将出现如图1-1-2所示的情况。在X线片上或荧屏上显出具有黑白(或明暗)对比、层次差异的X线影像。
在人体结构中,胸部的肋骨密度高,对X线吸收多,照片上呈白影;肺部含气体密度低,X线吸收少,照片上呈黑影。
X线穿透低密度组织时,被吸收少,剩余X线多,使X线胶片感光多,经光化学反应还原的金属银也多,故X线胶片呈黑影;使荧光屏所生荧光多,故荧光屏上也就明亮。高密度组织则恰相反病理变化也可使人体组织密度发生改变。例如,肺结核病变可在原属低密度的肺组织内产生中等密度的纤维性改变和高密度的钙化灶。在胸片上,于肺影的背景上出现代表病变的白影。因此,不同组织密度的病理变化可产生相应的病理X线影像。
人体组织结构和器官形态不同,厚度也不一致。其厚与薄的部分,或分界明确,或逐渐移行。厚的部分,吸收X线多,透过的X线少,薄的部分则相反,因此,X线投影可有图1-1-3所示不同表现。在X线片和荧屏上显示出的黑白对比和明暗差别以及由黑到白和由明到暗,其界线呈比较分明或渐次移行,都是与它们厚度间的差异相关的。
A.X线透过梯形体时,厚的部分,X线吸收多,透过的少,照片上呈白影,薄的部分相反,呈黑影。白影与黑影间界限分明。荧光屏上,则恰好相反B.X线透过三角形体时,其吸收及成影与梯形体情况相似,但黑白影是逐步过渡的,无清楚界限。荧光屏所见相反C.X线透过管状体时,其外周部分,X线吸收多,透过的少,呈白影,其中间部分呈黑影,白影与黑影间分界较为清楚。荧光屏所见相反
由此可见,密度和厚度的差别是产生影像对比的基础,是X线成像的基本条件。应当指出,密度与厚度在成像中所起的作用要看哪一个占优势。例如,在胸部,肋骨密度高但厚度小,而心脏大血管密度虽低,但厚度大,因而心脏大血管的影像反而比肋骨影像白。同样,胸腔大量积液的密度为中等,但因厚度大,所以其影像也比肋骨影像为白。需要指出,人体组织结构的密度与X线片上的影像密度是两个不同的概念。前者是指人体组织中单位体积内物质的质量,而后者则指X线片上所示影像的黑白。但是物质密度与其本身的比重成正比,物质的密度高,比重大,吸收的X线量多,影像在照片上呈白影。反之,物质的密度低,比重小,吸收的X线量少,影像在照片上呈黑影。因此,照片上的白影与黑影,虽然也与物体的厚度有关,但却可反映物质密度的高低。在术语中,通常用密度的高与低表达影像的白与黑。例如用高密度、中等密度和低密度分别表达白影、灰影和黑影,并表示物质密度。人体组织密度发生改变时,则用密度增高或密度减低来表达影像的白影与黑影。 X线图像是X线束穿透某一部位的不同密度和厚度组织结构后的投影总和,是该穿透路径上各层投影相互叠加在一起的影像。正位X线投影中,它既包括有前部,又有中部和总后的组织结构。重叠的结果,能使体内某些组织结构的投影因累积增益而得到很好的显示,也可使体内另一些组织结构的投影因减弱抵消而较难或不能显示。
由于X线束是从X线管向人体作锥形投射,因此,将使X线影像有一定程度放大并产生伴影(图1-1-4)。伴影使X线影像的清晰度减低。
锥形投射还可能对X线影像产生如图1-1-5所示的影响。处于中心射线部位的X线影像,虽有放大,但仍保持被照体原来的形状,并无图像歪曲或失真;而边缘射线部位的X线影像,由于倾斜投射,对被照体则既有放大,又有歪曲。
② X线成像原理是
X线成像基本原理,一方面是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应;另一方面是基于人体组织之间有密度和厚度的差别。当X线透过人体不同组织结构时,被吸收的程度不同,所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样,在荧屏或X线片上就形成明暗或黑白对比不同的影像。
1895年德国的物理学家伦琴在一只嵌有两个金属电极(阴极和阳极)的真空玻璃管两端电极上加上几万伏的高压电时,发现在距玻璃管两米远的地方,一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。当用手去拿这块纸板时,竟在纸板上看到手骨的影像。当时伦琴认定:这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。因当时无法解释它的原理和性质,故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号,称之为X射线。
X线影像的形成,是基于以下三个基本条件:
首先,X线具有一定的穿透力,能穿透人体的组织结构;
第二,被穿透的组织结构,存在这密度和厚度的差异,X线在穿透过程中被吸收的量不同,以致剩余下来的X线量有差别;
第三,这个有差别的剩余X线,是不可见的,经过显像过程,例如经过X线片、荧屏或电视屏显示,就能获得具有黑白对比、层次差异的X线图像。
X线实质是一种电磁波,它具有电磁波的共同属性。此外具有物理学、化学、生物学等方面的特有性质。 一.物理特性:
1、X线在均匀的、各项同性的介质中,是直线传播的不可见电磁波。 2、X线不带电,故而不受外界磁场或电场的影响。
3、穿透作用:X线波长短具有较高能量,物质对它吸收弱,因此具有很强的穿透本领。
4、荧光作用:某些物质被X线照射后,能激发出可见荧光。
5、电离作用:具有足够能量的X线光子能够撞击原子中的轨道电子,使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有足够能量去电离更多的原子。
③ x光能干什么
X射线是一种高能射线。也叫伦琴射线。最先是1895年有德国伦琴发现。具有物理特性,如穿透人体或物体。具有化学效应,例如杀死癌细胞。一般医学上使用的它的穿透性,例如透视、拍片、DSA,CT等检查。射线具有致癌性,做检查时最好做防护。孕妇禁止做X射线检查。MR也就是磁共振不是X射线检查,是一种比较安全的检查方法,比较适合神经类等软组织成像。B超也不是X射线,也是安全的。
④ X线的五大特性
(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,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。
这种作用是X射线应用于透视的基础,利用这种荧光作用可制成荧光屏,用作透视时观察X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。
(4)热作用。物质所吸收的X射线能大部分被转变成热能,使物体温度升高。
(5)干涉、衍射、反射、折射作用。这些作用在X射线显微镜(左图)、波长测定和物质结构分析中都得到应用。
(4)x线有什么物理特性扩展阅读
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、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞,对X射线有不同的敏感度,可用于治疗人体的某些疾病,特别是肿瘤的治疗(下图为治疗肿瘤的X刀)。
在利用X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,白血病等射线伤害的问题,在应用X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。
⑤ x线为什么能用于医学检查利用其何种特性
X线本质上是一种波长很短的电磁波,波长范围为0.0006~50nm,而医用X线诊断常用的X线波长范围为0.008~0.031nm。除一般物理性质外,X线具有以下几方面与X线成像相关的特性:
穿透性:
X线波长很短,具有很强的穿透力,并在穿透过程中受到一定程度的吸收即衰减。X线管电压愈高,所产生的X线的波长愈短,穿透力也愈强。另一方面,X线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关。此特性是X线成像的基础。
荧光效应:
X线能激发荧光物质(如硫化锌镉及钨酸钙等),使产生肉眼可见的荧光。此特性是进行透视检查的基础。
摄影效应:
X线能使许多物质产生光化学反应,如照射涂有溴化银的胶片,胶片感光后产生潜影,经显、定影处理,感光的溴化银中的银离子被还原成金属银,并沉淀于胶片的胶膜内而呈黑色。若未感光则显出胶片片基的透明本色。此特性是X线成像的基础。
电离效应:
X线通过任何物质都可使原子、分子电离,进入人体时亦可使人体产生生物学方面的改变,即生物学效应。它是放射防护学和放射治疗学的基础。
⑥ x线具有哪些特性,它们分别是什么的基础
X线的是一种电磁波,它具有电磁波的共同属性。此外具有物理学、化学、生物学等方面的特有性质。
一.物理特性:
1.X线在均匀的、各项同性的介质中,是直线传播的不可见电磁波。
2.X线不带电,故而不受外界磁场或电场的影响。
3.穿透作用:X线波长短具有较高能量,物质对它吸收弱,因此具有很强的穿透本领。
4.荧光作用:某些物质被X线照射后,能激发出可见荧光。
5.电离作用:具有足够能量的X线光子能够撞击原子中的轨道电子,使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有足够能量去电离更多的原子。
6.热作用:X线被物质吸收,最终绝大部分都将变成热能,使物体产生温度升高。
二.化学作用:
1.感光作用:X线和可见光一样,同样具有光化学作用,可使胶片乳剂感光能使很多物质发生光化学作用。
2.着色作用:某些物质如铅玻璃、水晶等经X线长期大剂量照射后,起结晶体脱落渐渐改变颜色称着色作用或者脱水作用。
三.生物效应特性:
X线在生物体内也能产生电离及激发,使生物体产生生物效应。特别是一些增殖性强的细胞,经一定量的X线照射后,可产生拟制、损伤甚至坏死。
⑦ x线是什么
X线是一种波长很短的电磁波,是一种光子,诊断上使用的X线波长为0.08-0.31埃(1埃=0.1纳米=10的-10次方米),在医学上用作辅助检查方法之一。同时也是印刷业中的一个专用术语,表示中间线。
⑧ x线有哪些特性
X线的是一种电磁波,它具有电磁波的共同属性。此外具有物理学、化学、生物学等方面的特有性质。
一.物理特性:
1.X线在均匀的、各项同性的介质中,是直线传播的不可见电磁波。
2.X线不带电,故而不受外界磁场或电场的影响。
3.穿透作用:X线波长短具有较高能量,物质对它吸收弱,因此具有很强的穿透本领。
4.荧光作用:某些物质被X线照射后,能激发出可见荧光。
5.电离作用:具有足够能量的X线光子能够撞击原子中的轨道电子,使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有足够能量去电离更多的原子。
6.热作用:X线被物质吸收,最终绝大部分都将变成热能,使物体产生温度升高。
二.化学作用:
1.感光作用:X线和可见光一样,同样具有光化学作用,可使胶片乳剂感光能使很多物质发生光化学作用。
2.着色作用:某些物质如铅玻璃、水晶等经X线长期大剂量照射后,起结晶体脱落渐渐改变颜色称着色作用或者脱水作用。
三.生物效应特性:
X线在生物体内也能产生电离及激发,使生物体产生生物效应。特别是一些增殖性强的细胞,经一定量的X线照射后,可产生拟制、损伤甚至坏死。
⑨ X射线与普通光比有什么特点
X射线又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X光
X射线的特征是波长非常短介于紫外线和γ射线 间的电磁辐射,频率很高,其波长约为(20~0.06)×10-8厘米之间。具有频率值高,辐射同步,穿透力强等特点
物理效应 ●穿透作用 ●电离作用 ●荧光作用
化学效应 ●感光作用 ●着色作用
医学领域 医学影像
普通光即可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分,可见光谱没有精确的范围;一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间,正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。
波长范围在770~350纳米之间。波长不同的电磁波,引起人眼的颜色感觉不同。770~622nm,感觉为红色;622~597nm,橙色;597~577nm,黄色;577~492nm,绿色;492~455nm,蓝靛色;455~350nm,紫色
← 波长越短 波长越长 →
← 频率越高 频率越低 →
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