X线检查的基本原理和方法

临床放射学（Clinical Radiology）含X线诊断学及放射治疗学。X线诊断学（Diagnostic Roentgenology）是应用X线特性，通过人体后在透视荧光屏或照片上显示正常和异常的影像，结合基础医学和临床医学的知识，加以分析、归纳，作出诊断的一种科学。它不仅用以诊断疾病，还可以观察临床的治疗效果，亦可以用于预防医学，如体检、防痨、肿瘤、职业病和地方病等的普查防治。X线诊断学是本门课程的主要内容。放射治疗学（Radiotherapeutics）包括X射线、60钴及电子加速器等治疗机，应用其物理特性对身体各部位的肿瘤进行治疗的一种科学，将在本讲义第八章进行简要介绍。

近十年来由于电子科学进展，显像手段多样化，临床放射学的诊断部分得到许多扩充，影像诊断不只限于X线诊断，还包括超声，γ闪烁摄影、CT、MRI等，综合称为影像诊断（Imagediagnosis），亦称医学影像学（Medical imagiology）。

第一节　X线检查的基本原理和方法

一、X线的特性

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（埃A=10-200px），X线有下列持性（主要应用于医学方面）：

（一）穿透性

X线能穿透一般可见光所不能透过的物质，包括人体在内。其穿透能力的强X线的波长以及被穿透物质的密度与厚度有关。X线波长愈短，穿透力就愈大；特质密度愈低，厚度愈薄，则X线愈易穿透。在实际工作中，常以通过球管的电压伏值（Kilovolt,KV）的大小代表X线的穿透性（即X线的质），而以单位时间内通过X线的电流（milliampere,mA）与时间的乘积代表X线的量。

（二）荧光作用

X线波长很短，肉眼看不见，但照射在某些化合物（如钨酸钙，硫氧化钆等）被其吸收后，就可发生波长较长且肉眼可见的荧光，荧光的强弱和所接受的X线量多少成正比，与被穿透物体的密度及厚度成反比。根据X线的荧光作用，利用以上化合物制成透视荧光屏或照相暗匣里的增感纸，供透视或照片用。

（三）感光作用

X线和日光一样，对摄影胶片有感光作用。感光强弱和胱片接受的X线量成正比。胶片涂有溴化银乳剂，感光后放出银离子（Ag+）,经暗室显影定影处理后，胶片感光部分因银离子沉着而显黑色，其余未感光部分的溴化银被清除而显出胶出本色，亦即白色。由于身体各部位组织密度不同，胶片出现黑—灰—白不同层次的图像，这就是X线照相的原理。

（四）电离作用及生物效应

X线或其它射线（例如γ线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称为电离作用，离子的多少和物质吸收的X线量成正比。通过空气或其它物质产生电离作用，利用仪表测量电离的程度就可以计算X线的量。同样，X线通过人体被吸收，也产生电离作用，并引起体液和细胞内一系列生物化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程度的影响，这种作用称为生物效应。X线对人体的生物效应是应用X线作放射治疗的基础。另外，在实施X线检查时，对检查者与被检查者进行防护措施亦基于此理。

二、密度对比概念和影像形成原理

X线影像形成的基本原理，是由于X线的特性和人体组织器官密度与厚度之差异所致，这种密度与厚度之差异称为密度对比（Contrast），可分为自然对比和人工对比。

（一）自然对比

人体各种组织、器官和密度不同；厚度也异，经X线照射，其吸收及透过X线量也不一样。因此，在透视荧光屏上有亮暗之分，在照片上有黑白之别。这是人体自然，亦是固有的密度差别，称为自然对比。

按照人体组织密度的高低，依次分为骨骼、软组织（包括皮肤、肌肉、内脏、软骨）、液体（血液及体液，密度和软组织相似，X线不能区别），脂肪和存在人体内的气体。各个不同密度的组织相邻排列，吸收及透过X线量不同，才产生透视或照片上影像。在人体内，胸部和骨骼的自然密度对比最好，透视和普通照片上应用最多。凡是密度最大的部份（例如骨骼）吸收X线最多，通过X线量很少，故在照片上显出白色影像；反之，密度较小的部份（例如空气或软组织）在照片上出现黑色影像，此外，还应注意厚度，如心脏的投影，形成明显的白色。

同样，如器官和组织有病理变化，改变了原有的密度，出现新的密度差异，产生密度高低不等的影像，也属于自然对比的范畴。

密度分辨率（Density resolution）：使用某种射线设备，能分辩人体同一部位的两种以上不同密度的结构，亦即显出密度差异，从而形成影像。这种能分辨最小的密度差异，称为某种设备的密度分辨率。如CT机就具有高分辨率，在头颅同一层扫描片中，有分辨出灰质与白质、脑室、脑池与脑沟等不同结构，而普通X线的密度分辨率则较低，约为5～10%。

（二）人工对比

人体有些部分，如腹部各脏器，密度大致相同，不具备自然对比的条件，可用对人体无害、密度大或密度小的物质，引入被检查的组织器官或其周围，造成密度差异，显出影像，称为人工对比。形成人工对比的方法称为造影检查，引用的物质叫做造影剂（Contrastmedium）。

三、X线检查方法

（一）普通检查

是应用身体的自然对比进行透视或照相。此法简单易行，应用最广，是X线诊断的基本方法。

1．透视（Fluoroscopy）　使X线透过人体被检查部位并在荧光屏上形成影像，称为透视。透视一般在暗室内进行，检查前必须做好暗适应，带深色眼镜并有暗室内适应一段时间。透视的优点是经济，操作简便，能看到心脏、横膈及胃肠等活动情况，同时还可转动患者体位，作多方面观察，以显示病变及其特征，便于分析病变的性质，多用于胸部及胃肠检查。缺点是荧光影象较暗。细微病变（如粟粒型肺结核等）和密度、厚度较大的部位（如头颅、脊椎等）看不太清楚，而且，透视仅有书写记录，患者下次复查时不易做精确的比较。

2．照相（Radiography）　亦称摄影。X线透过人体被检查的部位并在胶片上形成影像，称为X线照相，胶片曝光后须经显影、定影、水洗及晾干（或烤干）等步骤，操作复杂，费用较贵。照片所见影像比透视清楚，适用于头颅、脊椎及腹部等部位检查。照片还可留作永久记录，便于分析对比、集体讨论和复查比较。但照片不能显示脏器活动状态。一张照片只反映一个体位（体位即照相位置）的X线征象，根据病情和部位，有时需要选定多个投照体位。

照相体位：X线检查时，患者位于胶片（或荧光板、影像增强器、下同）与球之间，身体位置与胶片、球管的关系，称为体位。

体位的名称，通常按两种方法命名：

（1）按X线进行的方向命名：X线玩管位于检查部位的后面，胶片位于其前面，X线由后向前投照，故称为后前位。反之，X线由前向后投照，则称为前后位。

（2）按接近胶片的部位命名：某些部位检查时（例如心脏、脊椎等），须作斜位检查。以胸部为例，使旋转成右肩前方贴近胶片，则称为右前斜位；反之，如左肩前方贴近胶片，则称为左前斜位。侧位投照亦然，依被检部位的某一侧贴近胶片命名，例如左例位和右侧位等。

（二）特殊缩影

1．断层缩影（Photofluorography）是在暗箱装置内，用快速照相机把荧光屏上的影像摄成70mm或100mm的缩小照片。这种照片的工作效率比透视高、费用低，还可减少接受放射线的剂量。机器可装成流动式，直接到部队、工厂、学校、农村，为广大工农兵作胸部体检。

2．断层缩影（Tomography）又称分层照相或体层照相。是应用一种特殊装置专照某一体层的影像，使该层影像显示清楚，而不在此层的影像模糊不清，这就可以避免普通照片上各层影像彼此重迭混淆的缺点。断层照相常用于检查肺内包块、空洞及大支气管情况；此外，还可用于其它部位的检查。根据照相时X线球管转动的形式（即轨迹），断层照相分为几种。最常用的是直线式断层照相，设备简单，装置容易。另一种是多轨迹断层照相，除直线外，还有大圆、小圆、椭圆和梅花及螺旋形等轨迹，其优点是避免直线断层照片上纵行线条状影，且显示细微结构较好，既能取得薄层又能取得厚层影像，其中薄层照相对复杂微细结构（如中耳、内耳），能获得清晰的影像。

3. 钼靶软X线照相（Molybdenum target radiography）　X线束含有不同的波长，线束波在长短决定于X线球管阳极靶面金属材料的原子序数。绝大多数的X线球管都使用钨靶，钨的原子序数为74，能产生短波射线（硬线）多，穿透力强，适用于身体各部位的X线照相，但对于较薄的部位（如手指），特别是软组织，影像效果没有钼靶好。钼的原子序数为42，能产生长波射线（软线）多，穿透力强，适用于软组织X线照相，尤其多用于乳腺疾病的诊断。

4. 放大照相（Magnification radiography）摄影时增加照相部位与胶片间的距离，使投照的影像放大，称为放大照相。为着使放大后的影像不致模糊失真，必须使用0.3mm以下的微焦点球管，使X线束窄小，从而获得病变放大后的清晰影像。此法可用于显示矽肺结节，对早期诊断有帮助，亦可用于显示骨骼的细微结构及早期破坏灶。

5. 高电压照相　亦称高仟伏相，是指用120KV以上的电压拍照X线照片。1常用120～150KV。其优点是X线穿透力强，以胸部照片而论，如被锁骨、肋骨或纵膈遮蔽的病灶容易显见；胸水或胸膜增厚遮蔽的肺部病灶也能够看到。

（三）造影检查

前已述及人体内有些器官与组织缺乏自然对比，须引入造影剂形成密度差异以下扼要叙述常用的造影剂与检查方式。

1．造影剂及其种类　高密度造影剂含钡剂、碘制剂等。

钡剂（Barium）：使用医用硫酸钡，作钡餐与钡灌肠检查；或制成钡胶浆用于支气管造影检查。

碘制剂及分油剂与水剂、片剂（丸剂）等。

（1）油剂：A、碘化油（Oleum Iodinatum）是碘与植物油结合的机碘化物，无色或淡黄色，不溶于水，能与水分散乳化。浓度40%的碘化油，用于支气管造影、瘘道造影、脓腔造影及子宫输卵管造影。乳化之碘化油可用作肝癌之栓塞剂。碘化油如有游离磺分支，其色变为棕红色，则不可使用。B碘苯酯（Iophendylatum）无色或淡黄色油状液体，不溶于水，粘稠度比碘油低，适用于脊髓造影及脑室造影。

（2）水剂：又分无机磺化物与有机碘化物（含离子型造影与非离子型造影剂）。

A、无机碘化物：为磺化钠，有效浓度为12.5%，价格低，易配制，用于逆行肾盂造影、膀胱造影及手术后胆道造影。缺点为刺激性大，不宜多用。目前，几乎不用。

B、有机碘化物：种类多，用途广。由于其排泄径路不同，又分为两大类。其一，进入体内后经肝细胞分泌至胆管再进入胆囊，故用于胆囊造影或胆管造影。此类有两种造影剂：一是碘番酸（Acidum Iopanoicum）片剂；吡罗勃定（Biloptin）胶囊，用作口服法胆囊造影，另一是50%胆影葡胺（Meglumine iodipamide），用作静脉法胆管造影。其二，有机碘通过肾脏排泄，用于各部位血管造影、心脏造影及静肾盂造影。此类造影剂也有两种：一为离子型造影剂，国内普遍使用，产品为60—70%泛影葡胺（Meglumine diatrizoate）及异泛影葡胺（Meglumine iothalamate），后者又称康锐（Conray）。两者皆含有阳离子（葡甲胺离子或钠离子）与阴离子（有机碘酸离子）。另一为非离子型影剂，不含离子，不带电，其产品有碘笨六醇（Iohexol）、甲泛醣胺（Metrizamide）、以及优维显(Iopromide或Uitravist)。非离子型造影剂较离子型造影剂具有更多的缺点，但由于经济价值高，尚不能普遍应用。

低密度造影剂含空气、氧气及二氧化碳等。多用于器官腔内或组织间隙内造影，如气腹造影、腹膜后充气造影及关节造影等。气脑造影及脑室造影由于CT检查的开展已很少采用。

2．引入途径　分直接引入法与生理积聚两种形式。

（1）直接引入法：又分为两种途径；其一是经自然通道口引入造影剂至相应的某器官，如从口腔或肛门引入钡剂行胃道钡餐或钡灌肠检查；经鼻腔（或口腔）插管至气管注射碘油行支气管造影；经尿道逆行插管注射碘水至尿道或/和膀胱是为尿道或/和膀胱造影，需要时可将导管再引入输尿管作逆行肾盂造影；经阴道插管至子宫腔内注射碘剂称为子宫输卵管造影；还有经病变或手术形砀瘘道引入造影剂，为瘘道造影或术后胆管造影等。其二是经皮肤穿刺，自针管或联结导管注射造影剂，引入与外界隔离的腔道或器官内，如各种血管造影、心脏造影、气脑造影及脑室造影等。

（2）生理积聚或生理排泄法：经口服或静脉注射造影剂，利用该造影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，例如口服胆囊造影，静脉肾盂造影等。

3．造影前准备和造影反应的处理

为使造影检查顺利进行并获得预期效果，造影前对病人的预先准备工作显得重要。各器官的造影前准备工作在相应地章节介绍，此处着重介绍有关碘制剂造影前应注射事项：（1）查询患者有无造影的禁忌证如碘过敏、心肾严重疾病。（2）向患者解释造影的程度以求得合作。（3）作碘过敏试验，将拟用的造影剂1.0ml经静脉注入,观察15min内有无不良反应—轻者，表现为周身灼热感、恶心、呕吐、荨麻疹等；重者，反应为心血管、中枢神经系统及呼吸功能障碍，如休史、惊厥、喉头水肿及呼吸循环衰竭等。严重反应致死者极其少见，如无上述反应，才能做造影。过敏试验虽有一定的参考意义，但实践中也有作试验时无症状，而在造影时却发生反应。因此，每次注射碘剂时应准备好急救药品以防不测。如果在造影过程中出现严重症状时，应立即终止造影并进行抗过敏、抗休史和其它对症治疗。若有心脏停搏则需立即进行心脏按摩术等。

△（四）技术设备改进与检查方法的新进展简介

X线诊断学近30年来，由于物理学、药理学、医学生物工程及电子工业的发展，促进X线诊断机硬件的改善，从而获得新的影像，促进诊断学的发展。

1．大功率X线机、配备影像增强器及影像转化装置 X线机的基本结构为高压发生器、X线球管及控制台上三大部件。由于高压发生器及X线球管结构改进，使得球管能量（即功率）加大，可达100KV（Kilowatt），同时球管焦点微小（0.1—0.3mm,甚至0.05mm），故摄取照片采用高mA短时间曝光，X线摄像对比好，清晰度强。现在常用1000、1250或2000mA大型X线机作特殊检查及造影检查。

近代X线机常配备影像增强器（Image intensifier，简称Ⅱ）及电视设备（Television,简称TV）。电视屏幕上影象亮度很大，能显示较小的病灶，比普通透视优越。操作可在比较明亮的机房或传送到其它房间内察看，后者称为隔室遥控检查，工作人员可避免射线的照射。有时还配备荧光缩影、磁带录象（Video-tape）及电影（Cine-radiography）装置，将影像记录留存，及时拍照脏器病变及功能变化，便于分析研究及会诊示教之用。上述荧光缩影、电视技术（包括录相）和电影照相等称为影像转换装置，多用于胃肠检查，观察心脏搏动，特别是在大功率X线机上配备影像转换装置，对于心脏造影及各种血管造影的诊断准确性有明显的提高。

影像增强器能减少X线用量。未配备Ⅱ的普通透视，X线球管需发射3～5mA才能达到诊断要求；而配备Ⅱ后，X线球管只须发射0.3～0.5mA,不仅合乎诊断要求，而且亮度比普通透视高。因此，Ⅱ既能减少球管损耗，又能降低患者及工作人员所接受的X线辐射剂量。

2．选择性心、血管造影（1）选择性心脏造影（Selective cardiography）：通过左心或右心导管将高浓度有机碘溶液注入某心腔内，称为选择性心腔造影，由于心脏搏动快及血液稀释作用，这种造影必须配备高压快速注射和快速换片装置。近年来，由于使用大功率双向球管同时投照正侧位照片，并结合电视、录像及电影设备从从而提高影像质量。（2）选择性血管造影（Selective angiography）：采用顶端有不同弯度形状的特异导管，经皮穿刺（多穿刺股动脉），送入特定血管内，注射有机碘溶液（多用泛影葡胺），称为选择性血管造影，这种造影应该范围极其广泛，如冠状动脉造影、经颈动脉脑血管造影、椎动脉造影以及腹主动脉各分支之造影（含腹腔动脉、肠系膜上动脉、肠系膜下动脉、肾动脉等），还有其它血管等。各种造影对诊断脏器肿瘤及血管性病变（如栓塞、出血）皆有明显帮助，亦是开展介入放射学的基础。

3．数字减影血管造影（Digital subtraction angiography,DSA）DSA强化血管造影的分辨率，显示细小血管，是促进医学影像学发展的手段之一。DSA分为两种：

（1）静脉数字减影血管造影（Intravenous DSA,IV,DSA）DSA极大地强化动脉内低浓度造影剂的影像，故静脉注射造影剂能使周身大部分动脉较好地显影。此法称为Iv DSA。IV DSA的优点是比动脉插管创伤性大，操作简易。缺点是需要增加造影剂的用量，以增大血管内碘浓度，致使其应用仍有限制，不能取代动脉插管法。

（2）动脉数字减影血管造影（Intraarterial DSA,IA DSA）；通过动脉插管将导管直接送至特定部位前的动脉（见下述优点③），注射造影剂照相。经数字减影处理后，形成IADSA影像，其优点是，①较清晰地显示动脉小分支。②减少造影剂用量，比常规动脉造影少用50%造影剂。③不需要将导管深入插至特定部位的动脉（如同选择性或超选择性造影那样），例如在锁骨下动脉注射可显出椎动脉，在腹主动脉下部注射可显出肾动脉等等。④数字信息可储存并适时显示，有利于介入放射学的检查。

DSA的限制：①血管影象重迭，同一部位多血管相互重迭，故需要多体位投照，例如正侧位同时投照。②需要病人密切合作，避免一切随意的运动。③DSA有利于显示小动脉支，但对0.2mm以下的微小血管尚不能显示。④非自主亦即不随意的运动，如吞咽、呼吸、及胃肠蠕动影响图像清晰度。

4．电子计算机体层摄影（Computed tomography，简称CT）是近十年来发展迅速的电子计算机和X线相结合的一项新颖的诊断新技术。其主要特点是具有高密度分辨率，比普通X线照片高10～20倍。能准确测出某一平面各种不同组织之间的放射衰减特性的微小差异，以图像或数字将其显示，极其精细地分辨出各种软组织的不同密度，从而形成对比。如头颅X线平片不能区分脑组织及脑脊液，而CT不仅能显示出脑室系统、还能分辨出脑实质的灰质与白质；如再引入造影剂以增强对比度，对其分辨率更为提高，故而加宽了疾病的诊断范畴，还提高了诊断正确率。但CT也有其限制，如对血管病变，消化道腔内病变以及某些病变的定性等。（参考第七章CT检查与诊断）。

5．磁共振（Magnetic resonance,MR）或磁共振成像（Magnetic resonance Image,MRI）是利用原子核在磁场内共振而产生影像的一种新的诊断方法。为非射线成像，亦为无创伤性检查方法之一种，自80年代应用于临床后，其检查技术发展非常迅速且日臻完善，成为影像诊断学中重要的成员之一。

MRI是利用含奇数质子的原子核（如1H、13C、19F、23Na）自旋运动（Spin）的特点，置于外加的强大均匀磁场（称为主磁场）内，使原排列杂乱的原子核在磁力作用下而按周围磁场方向排列成行，这种原子核围绕主磁场轴旋转的现象，称为旋进（precession）。自旋和旋进是奇数质子原子核的两种特性，不同元素原子核的旋转频率各异。因质子旋进无聚合性，磁化向量是顺主磁场力线方向，无切割磁力线的力，故不产生电压变化，以致不能检测出磁场变化的信号，为测出其磁场变化，必须将顺磁力线的净磁化移位，因而在外加磁场内，又加用射频脉冲，使射频脉冲在质子共振频率上垂直作用于磁场，则净磁化移位，在射频脉冲结束后，可接受到因磁场改变而引起的电压变化。简述之，射频脉冲的频率如接近某元素的原子核的旋进频率，该原子即被激发，并改变原子核磁轴的偏斜方向，这一过程称为MRI。发生射频脉冲是间断的，所产生的电磁（能量）经接受器收集并转换为电信号，再经一系统处理。图像重建等，形成供诊断使用的MRI图像。除影像诊断外，还可利用高磁场（1.5T或2.0T）定域频谱分析（Magnetic Resonance Spectroscopy），显示该区域的代谢过程，利用某些疾病的早期诊断。MRI与CT相比较，其优越性是非射线成像，且可任何方向切层扫描；如冠状面、矢状面、横断面以及斜面等，MRI与CT在成像方面还有不同之处是有多个参数，如质子密度，T1与T2弛豫时间。目前软件的开发，还可不用造影剂而显示血管，称为MRA（Magnetic Resonance Angiography）。MRI也有不足之处，如成像时间长，对钙化不灵敏，费用较昂贵等。