第二章　影像设备与临床应用

第一节　X线成像

一、X线成像原理

（一）X线的产生和特性

1.X线的产生　X线是高速运行的电子流撞击钨（或钼、铑等）靶时产生的，是能量转换的结果。当X线球管接通电源后，灯丝变压器提供6～12V电压为X线管灯丝加热，并在其周围产生自由电子云；高压变压器向X线管两极提供高电压（40～140kV），使阴极处于活跃状态的自由电子高速向阳极运行，撞击阳极靶面，并发生能量转换，其中约1%以下的能量转换为X线，其余99%以上的能量则转换为热能。（图1-2-1）

2.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，用于X线成像的常用波长范围为0.008～0.031nm（相当于40～150kV时），在电磁波谱中，居γ射线与紫外线之间，比可见光的波长要短得多，肉眼不可见。X线除上述一般物理性质外，还具有以下几方面与X线成像相关的特性：

（1）穿透性（penetrability）　X线能穿透可见光不能穿透的物质，并在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。其穿透力与X线管电压密切相关，电压愈高，穿透力愈强，反之，电压愈低，其穿透力愈弱。穿透性是X线成像的基础。

（2）荧光效应（fluorescence effect）　X线能激发荧光物质（如碘化铯、硫化锌镉、钨酸钙等），使不可见的X线转换成可见光，称为荧光效应。荧光效应是传统暗室透视检查（目前已基本淘汰）的基础，也是探测器或平板成像光电转换的重要环节。

（3）感光效应（photosensitivity）　X线能使涂有溴化银的胶片感光并产生潜影，经显影、定影处理后显影。传统胶片成像利用了感光效应，目前已很少使用。

（4）电离效应（ionizing effect）　X线穿透生物体时，可引起原子或分子电离，直接破坏某些大分子结构（如使蛋白分子链断裂），甚至可直接损伤细胞结构，称为电离效应或生物学效应。电离效应不用于X线成像，但可对某些病变组织（如肿瘤）进行集中照射治疗。由于电离效应，应在进行X线检查时注意防护。电离效应是放射防护学和放射治疗学的基础。

（二）X线成像原理

当X线穿过人体，由于人体内不同组织器官存在不同的密度与厚度，X线被吸收的程度有所差别，因此到达胶片或探测器（或平板）的X线量有差异，这样，在胶片上或经计算机处理后就形成黑白或明暗对比不同的影像。（图1-2-2）

人体组织结构中各单位体积内不同元素量的总和有所不同，因此在X线图像中有不同的密度。X线图像中的密度分为三类：①高密度：骨组织和钙化灶等；②中等密度：软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等；③低密度：脂肪组织及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。

二、X线设备与检查技术

（一）X线设备

近年来，传统的X线直接作用于胶片成像已逐渐被数字化成像取代，其胶片由计算机输出电信号，经打印机得到。主要设备包括计算机X线摄影、数字X线摄影和数字减影血管造影等。

1.计算机X线摄影（computed radiography，CR）　是将X线影像信息存储在影像板（image plate，IP）上，经过激光扫描，将存储的信号转换为光电信号，再通过模/数转换后，输入计算机处理，形成较好质量的数字图像。

2.数字X线成像（digital radiography，DR）　是X线摄影装置或透视装置与电子计算机结合，X线探测器将通过人体的X线影像信息转变成电信号，再经过计算机进行模/数转换成数字信息，从而得到数字化图像的技术。此种成像明显优于传统X线成像，图像处理系统可调节影像对比，投照条件宽容范围较大，图像质量很好。（图1-2-3）

3.数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）　是在血管内注入对比剂，经计算机将受检部位注入对比剂前后的图像数字信息相减，获得去除骨骼、肌肉和其他软组织而仅有血管显影的成像技术。经DSA处理的图像，血管影像清晰，主要用于血管疾病的诊断，使在进行介入手术时更为安全。（图1-2-4）

（二）X线检查技术

1.普通检查　是应用人体的自然对比进行透视或摄影。此法简单易行，应用最广，是X线诊断的基本方法。

（1）透视（fluoroscopy）　其优点是经济，操作简便，能观察器官的运动状态，如心脏、横膈等的活动，同时还可转动患者体位；但难于观察细小病灶，并且无客观记录，辐射剂量偏大。目前已不作为常规检查，仅作为摄片的补充检查方法。

（2）X线摄影（radiography）　具有良好的对比度和清晰度，使密度差别小、厚度较大的部位能够清晰显影，并有客观记录，便于复查对比；但摄片不能显示脏器活动状态，有时需要选定多个投照体位，常规选用正侧位摄片。

2.特殊检查　主要有软X线摄影，是采用能发射软X线的钼靶X线管的检查技术。X线管两端电压在40kV以下，产生的X线能量低，波长较长（约0.07nm），穿透能力较弱，主要用于乳腺检查。

3.造影检查　当人体内器官与组织缺乏自然对比时，人为将密度高或低的物质引入器官内或其周围间隙，造成密度差而产生对比，即造影检查。

（1）对比剂　常用高密度对比剂如钡剂、碘剂等。①钡剂：常用医用硫酸钡，用于食管及胃肠道造影检查。②碘剂：主要为有机碘剂，分离子型和非离子型。离子型对比剂具有高渗特性，常用的有泛影葡胺（urografin），进入血液循环后的毒副反应发生率明显高于非离子型，已很少使用；非离子型对比剂具有相对低渗性、低黏度、低毒性的优点，常用的有碘苯六醇（iohexol）、碘普罗胺（iopromide）等，主要用于血管造影和CT增强扫描。

（2）造影方法　①直接引入法：是将对比剂直接引入目标部位进行造影，包括：口服，如食管及胃肠道的钡餐检查；灌注，如钡剂灌肠、逆行尿路造影及子宫输卵管造影；穿刺注入或经导管直接注入，如心血管造影、脊髓造影等。②间接引入法：经口服或静脉注射对比剂后，利用该对比剂具有选择性经某脏器生理聚积或排泄，暂时停留于管道或内腔使之显影，例如静脉肾盂造影等。

（3）碘剂使用前注意事项及副反应的处理　由于碘剂可能引起副作用，使用前应注意：①严格掌握碘对比剂使用的禁忌证，了解患者有无碘过敏史，对有碘过敏史的患者禁止使用碘对比剂；②造影前应做碘过敏试验；③甲状腺功能亢进、心肾功能衰竭患者禁用碘对比剂，有肝功能严重损害的患者应慎用碘对比剂；④尽量应用非离子型碘剂，使用中注意浓度和剂量；⑤做好抢救严重毒副反应的准备。毒副反应可分为轻度和重度。轻度毒副反应，常表现为荨麻疹、颜面潮红、恶心、呕吐等，可对症处理；严重毒副反应包括呼吸、循环衰竭，喉头水肿，哮喘，休克等，应立即停止造影，并进行抗过敏、抗休克等紧急抢救治疗。

三、X线图像特点

1.重叠图像　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，是该穿透路径上各个结构相互叠加在一起的影像。例如，后前位胸片X线投影中，心影中还包含前方胸骨和后方胸椎的影像。

2.灰阶图像　X线图像由从黑到白不同灰度的影像组成。以密度来反映人体组织结构的解剖及病理状态，高密度、中等密度和低密度分别表达为白影、灰影和黑影。当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灰度改变。

3.锥形X线束对图像的影响　X线束是从X线管向人体作锥形投射的，因此，X线影像有一定程度的放大，并使被照体的形状失真，产生半影。半影使X线影像的清晰度减低。且X线管靶面具有一定面积，而非几何学上的一个点，也使影像欠清晰。

四、X线的临床应用及限度

X线检查空间分辨率高，目前主要用于骨关节、呼吸系统、胃肠道、心脏大血管和乳腺等疾病的诊断，是影像诊断中最基本的方法。

X线摄影是二维影像，组织结构相互重叠，故有时容易出现漏诊；X线的密度分辨率有限，对密度差异较小的组织和器官以及病变不易分辨，如中枢神经系统、肝、胆、胰、脾等一般不采用X线检查；对于造影剂过敏的患者，造影检查绝对禁忌；此外，X线具有电离效应，检查时应注意时间的控制，检查也不宜过频。

五、X线的防护

由于X线具有电离效应，对生物体具有损害作用，因此，在使用X线检查时应注意防护。

1.X线管只有在通电情况下才产生X线，此时具有电离辐射。

2.临床防护常用铅制品，如铅门、铅玻璃、铅屏风及铅衣、铅帽等，此外，足够厚的墙体也能起到防护作用。

3.人体受照累计剂量的大小与受照时间成正比，应注意避免同一部位进行多次照射。

4.X线的辐射剂量与距离的平方成反比，因此应尽量远离X线源。

5.新陈代谢旺盛、更新较快的组织器官对X线较为敏感，孕妇应避免X线检查，儿童应慎用，生殖腺、甲状腺等部位在检查时应注意防护。

总之，放射防护应遵循时间防护、距离防护和屏蔽防护的原则，并按照国家有关放射防护卫生标准规定制定放射工作人员防护措施，执行保健条例。