自從1895年倫琴發現X線以來,在醫學領域首先應用于拍攝、透視骨像,然后從外科領域逐步過渡到內科領域,使X線的應用范圍擴展到那些自然對比度較差(吸收差較小)的組織、器官(胃、腸道、支氣管、血管以及腦室等),使X線診斷技術日益成熟。 醫用X線診斷技術是世界上最早應用的非創傷性體內器官的檢查技術。
一、X線機的研制歷程
從出現X線機到現在100多年的歷史中,常規X線技術發展十分迅速,大體上可分為以下4個時代:
①氣體X線管和感應圈時代(1895~1916年)。
這個時代的X線機主要是由氣體X線管和感應圈組成,或由靜電起電機組成。倫琴使用的X線機的管電壓只有40kV~50kV,管電流強度電流僅有1mA,當時拍攝一張手的X線照片要用30min~1h。
②熱電子X線管、變壓器式高壓發生器的實用化時代(1910~1925年)。
這個時期由于考林杰發明了熱電子X線管,納斯科開發了變壓器式高壓發生裝置,從而奠定了現代X線設備的基礎。
③防電擊、防散射X線設備的實用化時代(1925~1945年)。
在這個時代的前半個時期,防電擊、防散射型X線機,三相高壓發生器,電容充放電X線裝置,旋轉陽極X線球管相繼出現,可以說是診斷X線機的成熟時代。在1935年,西門子公司已能生產單相全波、65kV、400mA,85kV、300mA的X線機;同年也制成了三相六峰60kV、1000mA的X線機等產品。
④高條件、大容量、控制技術現代化時代(1945年~現在)。
大功率旋轉陽極X線球管的問世是X線機大功率化的前提,并使X線像質有了明顯提高,使某些活動器官的診斷和細微結構的放大攝影成為可能。在這個時期各種輔助裝置相繼出現,也使X線機本身及有關X線診斷技術得到進一步的改進和提高,如斷層、記波和光學縮影等。這時X線成像設備已成為基礎研究和臨床各科診療工作中不可缺少的常規設備了。20世紀50年代初,X線影像增強器的出現,使診斷X線機的性能和應用范圍有了一個新的發展。最引人注目的是X線電視、錄像和間接動態攝影技術的出現,它們在一定程度上解決了動態檢查、影像再現等問題,簡化了操作,機械運動更靈活、安全,X線防護措施更完善,為現代醫療技術發展提供了日益完善的診斷手段。與此同期,盡管出現了一系列的新的影像技術,如B型超聲、紅外熱像、纖維光學內窺鏡等,但X線成像設備仍顯示出越來越重要的地位。
20世紀60年代初,電子技術飛速發展,特別是20世紀70年代以來,電子計算機和信息技術滲透到各行各業,X線技術和設備發生了更深刻的變化,X線計算機斷層掃描(X-CT) 的出現是X線技術的一個重要突破。從而使X線診斷學向包括X-CT影像、核素成像、紅外熱像、超聲影像等的影像綜合診斷學拓延。與此同時,X線機已不再是一個簡單的機電產品,而發展成為一類包含多學科技術的醫用工程設備。
二、現代醫學對X線成像設備發展的要求
由于現代醫療技術的進步,對X線成像設備的要求也越來越高,越來越嚴格,概括起來主要包括提高成像質量、降低照射劑量和實現操作自動化3個方面,其針對性的改良措施于下面詳述。
1.提高X線成像質量
(1)高壓發生裝置中頻化 高壓發生裝置由工頻(50Hz)變壓器式結構改為中頻或高頻(200Hz~18kHz)逆變器式。這將在以下各方面顯示其優點:①X線頻譜單色化。即提高了X線質的平均強度(半價層)或感光 有效成分。由于中頻機電壓脈動量小,它提供的X線質量與三相十二峰相當,因此皮膚劑量低,曝光時間短,成像質量高。②X線輸出穩定。中頻機一般采用橋式串聯逆變電路,可以通過調頻而獲得不同的電壓值,同時達到自動穩定電壓,且不存在電壓和空間電荷補償問題。③實現了變壓器結構小型化。按照E/(f·n·A)=常數的規律,要得到同樣電壓E,如果頻率f增加若干倍,則變壓器繞組匝數n和鐵芯截面積A的乘積就可以減少至若干分之一。④有利于向智能化發展。中頻機已經全部電子化,很容易引進微機技術。微機的應用將使X線成像設備的性能提高到一個嶄新的水平,為X線影像數字化創造了條件。
(2)采用特殊造影方法 為適應不斷提高成像質量的要求,出現了一系列特殊造影法(如心血管造影、小片攝影、乳腺攝影等新技術),開發出了各種型號和規格的旋轉陽極X線球管。
(3)采用足夠短的曝光時間來減少影像的動態模糊度 為此,需用大功率X線管和供電主機,選用能供給接近直流或矩形脈沖的高壓電路;選用動作迅速的無觸點開關或高壓控制元件;采用自動曝光控時裝置和自動負載調整系統,充分利用X線管的負載特性以達到進一步縮短曝光時間的目的。
2.降低對醫務人員和受檢者照射量的措施
(1)選用間接攝影方式、稀土增感屏、高敏感膠片。
(2)采用X線電視系統或脈沖錄像裝置以及其他高效能熒光轉換器件。
(3)采用大功率短時間曝光、新型狹縫攝影法等。
3.實現操作和診斷自動化的手段
(1)采用脈沖透視的攝影條件自動化、智能化。
(2)采用器官部位選擇攝影條件的單鈕技術。
(3)采用遙控診視床,包括自動透視亮度調節、自動照射野調節、自動定位等裝置來進行攝影。
因此,現代X線成像設備的設計和制造,除從自身經濟上和工藝上的考慮外,大都是按上述思路進行改進的。