【醫學百科】了解X-ray的原理和產生,為甚麼感光底片上會留下深淺不一的陰影?

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我們在醫院常使用的X光又是如何產生呢?X-ray是肉眼看不到的,它對物體的穿透力很強,人體構造中密度較高的部分,如骨骼,能吸收較多的X光,所以會在感光底片上留下陰影,也就是說,人體組織密度的不同,會在感光底片上留下深淺不一的陰影。
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X-ray是如何被發現的?

X-ray (俗稱X光) 是在1895年11月8日,由德國物理學家侖琴 (Wilhelm Rontgen)在進行陰極射線研究時無意中發現的,由於當初不知道此射線為何物,侖琴就用未知數「X」來命名,稱它為 X射線。後來侖琴發現X光可以穿透人體,於12月22日拍攝其夫人的手掌,發現照片上手骨清晰可見,連戒指也可以顯示在影片上。侖琴因發現X射線,獲1901年諾貝爾物理獎。

 

X-ray的原理

用加速後的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中,電子突然減速,其損失的動能會以光子形式放出,形成X光光譜的連續部分,稱之為制動輻射。通過加大加速電壓,電子攜帶的能量增大,則有可能將金屬原子的內層電子撞出。於是內層形成電洞,外層電子躍遷回內層填補電洞,當原子外層電子移向內層電子空軌道時,放出的能量是移動兩個能階的能量差,這個能量差所形成射線,就是X-射線。

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X-ray是如何產生的?

當X射線束穿過身體時,身體組織和骨骼根據其密度以不同的量吸收或阻擋。 這就產生了一個在膠片上我們看到的陰影或放置在光束另一側的傳感器 – 就像手持手電筒並在牆上投下陰影一樣。

X光的產生是由大量帶負電的電子,經由高壓電場的加速作用,以高速撞擊由重金屬(高原子序製成的靶極(即陽極Anode,通常是鎢金屬製成),由於陽極金屬原子結構的內部作用,高速電子的能量會消失而被轉換成別種型式,其中99%會轉換成熱的型態,僅約1%的能量轉換成X光(電磁波的一種),這些能量轉換就在X光管球內部發生。

當這能量轉換成X光後穿透人體,由於人體組織間對輻射吸收能力不同,密度較高的組織吸收較多的X光量,因此到達影像成像板所接收到的X光劑量也不同,因此會在成像板上出現不同的黑白對比訊號,會使得影像IP板上呈現白色(例如骨骼、金屬)相反的密度較低的組織吸收較少的X光量則會在IP板上呈現黑色(例如肺部空氣、或其他如腸胃道的空氣)。

由於X光穿透人體後,人體會有不同程度的吸收,因此醫師們就以此作為診斷的依據。

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資料來源:LiveScience 、台灣慈濟大學醫學資訊學系

Text by Medical Inspire

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