探索x射线在医学影像诊断领域的应用及发展

探索 X 射线在医学影像诊断领域的应用及发展 摘要： 根据国内 x 射线设备的应用情况，从 x 射线的发现及原理出发，介绍 x 射线的成像原 理及其在医学影像诊断领域的应用以及近年来我国在防范电离辐射方面的举措，分析国内 x 射线诊断设备应用存在的问题并提出相关展望。 关键词：x 射线成像；医学影像诊断：电离辐射 引言：20世纪90年代以来，x 射线在我国医学影像诊断、放射治疗、介入放射的应用在数 量和质量上都发生了较大变化，据医疗世界2O06年的市场调研报告数据，全世界约有 44万台 x 射线机，其中我国约有 l0万台，每年1亿5千万次检查，检查频率1451人次， 万人口，年递增率1015。同时，我国 CT 机拥有量已达世界第3位，新一代螺旋 CT、电子束等均己投入使用。本文对 X 射线的发现、成像原理、在医学影像诊断领域的应 用以及近年来我国在防范电离辐射方面的举措进行综述，同时分析国内 X 射线诊断设备应 用存在的问题。 一、X 射线的发现及原理 1895年伦琴在研究阴极射线管中气体放电现象时，偶然发现一种人眼看不见、但能 穿透物体的射线，因当时无法科学解释它的产生原理，伦琴就借用数学中代表未知数的 x 称之为 x 射线。直到20世纪初，人们才知道 x 射线是一种波长比可见光更短的电磁波，波 长范围0001100nm，医学上应用的 x 射线波长约在 O00l01nm 之间。 X 射线发生装置主要包括 x 射线管、变压器和操作台，x 射线管是具有阴极和阳极的 真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极(靶极)用高熔点金属制成。变压器 在阴极灯丝和阳极靶两端产生高压电场，使阴极灯丝上活跃的电子加速流向阳极，当高速 电子流撞击阳极上金属元素的原子和其外围轨道上的电子时，就会产生 x 射线。 二、X 射线成像原理 x 射线通过人体后，之所以能在荧光屏或胶片上形成影像，一方面基于 x 射线的穿透 性、荧光作用和感光作用等；另一方面基于人体组织器官存在密度和厚度的差异。当 x 射 线照射人体后，如被照射的组织或器官密度高或厚度大，x 射线衰减就多，在荧光屏上激 发的荧光少，所以发暗，在胶片上乳剂感光少，所以呈白色；如被照射的组织或器官密度 低或厚度小，情况则相反。根据吸收 x 射线的差别，人体组织一般可分为骨骼、软组织 (包括液体)、脂肪 气体四大类，它们的比重、x 射线吸收系数和影像密度的关系。 三、X 射线在医学影像诊断领域的应用 强度均匀的 x 射线透过人体不同部位时的衰减程度不同，在荧光屏或摄影胶片上引起 的荧光或感光作用就有强弱差别，从而在荧光屏或摄影胶片上(经过显影、定影)显示出不 同密度的阴影。根据阴影浓淡的对 匕结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断骨 折的程度、肺结核病灶、体内肿瘤的位置和大小等。 (一)X 射线在医学影像诊断中的基本应用：拍片和透视拍片检查时 x 射线受到被检体 的吸收及散射，穿过被检体的 x 射线经处理后投射至胶片上，经显影处理后成为可见影像。 拍片的优点：对比度和清晰度较好，能将影像永久性留存，所需 X 射线剂量小。缺点：不 能立即看检查结果，不能观察器官的活动情况，投照一次只能显示一个部位。 透视检查时，患者被置于 x 射线管与荧光屏(影像增强器)之间，X 射线透过的影像呈 现在荧光屏或监视器上， 由医生即时观察分析。透视的优点是检查范围广，可移动患者， 从不同角度观察；能动态观察器官的活动，例如心脏搏动、胃肠蠕动和膈肌运动等。缺点 是透视时对病变的影像不能记录下来，不利于对病变的复查和对比；透视的影像不太清晰， 对细小的病灶和细微的结构不易观察；X 射线剂量大，若长时间透视对人体有一定损害。 (二)X 射线与计算机技术在医学影像诊断中的发展和应用2O 世纪70年代以来计算机技 术与 x 射线成像的结合应用，使得在医学影像诊断方面，出现了计算机 x 射线摄影(PUTED radiography；CR)、数字化 x 射线摄影(Digital RADIOG DR)、数字减影血管造影 (digital subtraction angiography；DSA)、电子计算机 X 射线断层扫描(computed tomography：CT)等一系列 X 射线成像的新技术。 (1)计算机 X 射线摄影(CR)，是用影像板(IMAGIg plate；IP)代替胶片，实现常规 x 射线摄影信息数字化；能提高图像的分辨、显示能力，突破常规 x 射线摄影技术的局限 性；同时，可利用计算机对图像进行各种后期处理，增加显示信息的层次；可降低 x 射线 摄影的辐射剂量，减少辐射损伤。CR 已被广泛应用于头颅和骨关节，胃肠造影等的影像 诊断。 (2)数字化 x 射线摄影(DR)，是在 x 射线成像系统的基础上，使模拟视频信号经过采 样、模，数转换(analog to digit；AD)后直接在计算机中进行存储、分析和保存。x 射线数字图像的空间分辨率高、动态范围大，其影像可以观察对比度低于1、直径大于 2ram 的物体，在病人身上测量到的表面 x 射线剂量只有常规摄影的110。DR 系统的成像 速度约为 CR 的三倍，如果与医学影像存档与通信系统结合，可在快速完成对影像的捕获、 保存和预览。由于 DR 的高效性及安全性，其多被运用于急诊室、儿科等部门。 (3)数字减影血管造影(DSA)，通过对血管造影的影像进行数字化处理，把不需要的组 织影像删除掉，只保留血管影像。 DSA 的特点是图像分辨率高，对观察血管病变，血管狭窄的定位测量，诊断及介入治 疗提供真实的立体图像，为各种介入治疗提供必备条件。DSA 主要适用于全身血管性疾病、 肿瘤、冠心病、瓣膜病等的诊断。 (4)电子计算机 X 射线断层扫描(CT)，通过单一轴面的 x 射线旋转照射人体，由探测 器接收透过该层面的 X 射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，然后用电脑的三 维技术重建出 x 射线扫描的断层面影像，将断层影像层层堆栈，最后形成立体影像。CT 设备的探测器从1个发展到现在的多达4800个，扫描方式也从平移旋转、旋转，旋转、 旋转固定，发展到螺旋 cT 扫描(spiral CT scan)，己被广泛运用于中枢神经系统、头 颈部、胸部、甲状腺等疾病的诊断。 四、近年来我国在防范电离辐射方面的举措 随着 X 射线诊断学的发展普及，医用 x 射线照射已远高于职业照射和公众照射，成为 公众所受电离辐射照射的最大人工来源，我国也逐渐意识到电离辐射对人体的伤害。为职 业性和非职业原因照射后发生的白血病、肺癌等五种肿瘤的辐射病因概率提供判断标准， 依据这个标准，对放射工作人员中发生的恶性肿瘤源自辐射的病因做出的判断具有法律效 力； 五、国内 x 射线诊断设备应用存在的问题及展望 随着医学影像诊断技术的不断发展，X 射线将发挥越来越重要的作用，但是国内 x 射线诊断的应用方面仍存在如下问题：(1)地区间经济水平不均衡导致的 x 射线诊断设备 每百万人口拥有量的分布不均衡，部分发达地区已接近甚至达到发达国家水平，而欠发 达地区远低于全世界的平均水平；(2)有限投入与需求不成比例，专用 X 射线机数量过少， 存在利用普通 X 射线机进行牙科和乳腺等专科检查，或者用胃肠造影机进行其他类型检 查的情况，容易导致入射体表剂量(ESD)远超国际电离辐射防护和辐射源安全基本安全 标准(IBSS)的有关规定；(3)相比放射诊断影像学的快速发展，正规人才培养滞后， x 射 线诊断设备操作人员中初级职称人员比重过大，高中级职称人员比重偏低，导致 x 射线 诊断设备使用水平偏低解决上述问题，需要进一步掌握国内 x 射线诊断设备应用的基本 情况和发展趋势，发现存在问题，找出薄弱环节，以便有针对性地加强 X 射线诊断的防 护工作，同时更有效地促进 X 射线诊断设备的正确使用。 参考文献： (1)专著：李果珍临床 CT 诊断学 M.中国科学技术出版社， 1994.605 (2)论 文 ： 马 国 平 ， 贾 周 雄 ， 李 强 数字减影脑血管造影技术在脑血管病诊断中的应用