【科普】X射线的前世今生

伦琴发现X射线的实验室和实验装置

典型的X射线管的结构

X线管为一真空管，其两端分别称为阴极和阳极，二者之间存在着数数十千伏至一百五十千伏的电势差，称为管电压。

阴极的金属灯丝在通电后，释放出自由电子，在管电压的作用下加速向阳极侧飞行。当高能量的电子撞击到阳极的金属靶面后，产生X射线并射出X线管。

X射线的产生原理

X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。

韧致辐射

用加速后的电子撞击金属靶，撞击过程中，电子突然减速，电子在原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生急剧的变化，一部分动能转化为光子的能量而辐射出去，这就是轫致辐射。这形成了X射线光谱的连续部分。

特征辐射

当电子能量增大时，靶原子的内层电子有机会受到撞击而产生跃迁而产生空穴，外层电子回填到内层的空穴时，将释放出波长为0.1纳米左右的光子，这些光子将在X射线光谱中形成几条不连续的线状谱线，这种辐射称为特征辐射。特征光谱与靶金属的材料有关。

X射线的特性

X射线是一种波长极短，能量很大的电磁波。医学所用的X射线波长约在0.001～0.1纳米之间。分别应用于医学影像诊断和深部放射治疗。

穿透作用

X射线因其波长短，能量大，当其照射在人体上时，仅一部分被人体所吸收，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射线的穿透性也与被照射区域物质密度有关，利用不同组织之间穿透性不同的特点，可以把密度不同的物质区分开来，这是X线影像的基础。

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；亦可以在有机体内诱发各种生物效应。

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。

感光作用

X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比，当X射线通过人体时，因人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。

生物作用

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。在利用X射线的同时，应该注意其对正常机体的伤害，努力减少辐射课题，并注意采取防护措施。

X射线的应用

所有行业发展都经历了一个从0到1再到N、从低级到高级、从简单到丰富的演变过程。X射线一经发现，很快就在医学领域中发挥了巨大的作用。根据不同的X射线波长和物理和生物特性，分别应用于医学影像诊断和深部放射治疗。以下以影像诊断为例：

1. X线摄影：

普通X线成像，又叫X光摄影，是最早应用的X光设备，虽然基础， 但是可以说是影像设备的先驱呢。纵观X光设备发展史，根据成像技术不同，X射线普放设备（主要指用于基础影像检查诊断的X射线设备）可以大致分为四个阶段：模拟成像时代、间接数字化成像时代、直接数字化成像时代、可视化成像时代。

2. CT：

提起CT，不管是业内还是业外，知名度可是响当当的。大名鼎鼎的CT目前应该说是影像设备的中坚力量。CT中文全称是 【X线】电子计算机断层扫描，X线因为太有名了，大家都知道，所以通常被省略了。英文全称是Computed tomography。

集技术与颜值于一身的CT设备：开源CT Somatom Force 

3. DSA：

数字减影血管造影（Digital subtraction angiography）简称DSA。即血管造影的影像通过数字化处理，把不需要的组织影像删除掉，只保留血管影像，这种技术叫做数字减影技术，其特点是图像清晰，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了真实的立体图像，为各种介入治疗提供了必备条件。主要适用于全身血管性疾病及肿瘤的检查及治疗。应用DSA进行介入治疗为心血管疾病的诊断和治疗开辟了一个新的领域。主要应用于冠心病、心律失常、瓣膜病和先天性心脏病的诊断和治疗。