X射线与CT技术在中学物理教学中的应用

X射线发现以后，最早的应用是在医学上。通过X射线可以看清骨骼上的小裂痕也可以发现关节疾病，初期肺结核和人体中异物等。X射线发现的消息传到美国仅4天，就用它发现了留在患者脚里的子弹［7］。随着临床诊断的发展，很快形成了X射线诊断的专门学科，现已被广泛应用。随着X射线电视技术的发明和影像增强器的使用，使医生摆脱了暗室操作，避免了X射线辐射。也大大减少了对患者的伤害。但X射线成像方法只能得到立体结构的平面像，不同层面影像互相重叠。为克服这个缺点发明了计算机断层成像技术（CT）。1917年奥地利数学家Radon首先从数学上证明了物体投影的无限集合重建三维图像的可能性。1961年美国物理学家Cormack对数学重建方法用于放射医学作了深入研究［8］。从1967年开始英国电子工程师Hounsfield将计算机技术引入，1968年申请了专利，1970年研制成用于头部扫描的CT机。1971年第一台应用于临床的XCT机安装在英国伦敦的阿特金森-莫里医院，10月4日检查了第一例病人。他们二人共获1979年诺贝尔生理学医学奖。

CT机的发明震动了医学界，被称为自X射线发现以来放射诊断学上最重要的成就。很快地XCT技术被广泛应用。可以说只要存在检测信号就期望能用计算机断层成像技术（CT），以得到高分辨率断层成像。核磁共振就是一例［2］。早在1924年理论物理学家泡利为了解释原于光谱的精细结构，提出原子核具有角动量的假设。1946年美国哈佛大学教授珀塞尔（E.M.Purcell）和斯坦福大学教授布洛赫（F.Bloch）各自独立地发现了核磁共振（NMR）现象，并荣获1952年诺贝尔物理学奖。1967年杰克逊在活体中得到NMR信号。20世纪60年代末CT机发明以后，设想用NMR信号作为CT信号，经许多科学家的努力，终于在20世纪80年代初用于临床。

XCT机发明以前核医学已经有相当地发展，人们利用扫描机和γ照相机探测注射入人体内的示踪医学核素发射的γ光子来诊断疾病。但由于受计数的制约，空间分辨率低。CT机发明以后，人们把CT技术引入检测体内γ光子分布情况。这种技术叫发射型计算机断层摄影（ECT），它分为单光子发射型CT（SPECT）和正电子发射型CT（PECT）［9］。目前SPECT已广泛应用于临床。虽然其空间分辨率不如XCT高、在反映器官上的解剖图像上能力差，但在反映正常组织和病态组织的功能差异上却比XCT优越。PECT是使病人吸入或注入半衰期很短的能释放正电子的核素，正电子与人体内负电子在极短时间内相遇湮灭放出一对γ光子。检测这一对γ光子，得到图像所需数据。PECT在临床上可用于器官显像、动态功能测定和形态观察。它是目前唯一能够无损伤情况下直接观测正常人脑活动的仪器。它的对比度和深度分辨率均优于常规医学图像。但因为它需附设生产半衰期短的放射性同位素的加速器装置，价格昂贵，需多种专业人员合作，尚不能广泛应用。

一般情况下X照相不能得到血管信息，20世纪80年代兴起了一项医学影像新技术——数字减影血管造影（简称DSA），他的原理是利用计算机系统将造影部位注射造影剂前的透视影像转换成数字形式贮存于记忆盘中称作蒙片。然后将注入造影剂后的造影区的透视影像也转换成数字，并减去蒙片的数字，将剩余的数字再转换成图像，剩下的只是清晰的纯血管造影［10］。(www.xing528.com)

超声CT（USCT）是用超声波作为探射线的计算机断层成像系统，称为超声CT。由于超声波在人体内传播会发生散射、折射甚至衍射，重建理论比较复杂。所以断层成像分辨率和清晰度不够好。目前只用于XCT不便使用的软组织如乳房、睾丸、颈部等。同样在同步辐射中X射线有很大用途。

科学是无止境的，如对X射线成像目前正在研究充分利用平板薄膜板晶体管（TFT）技术（有源阵列），制成“高分辨率实时成像板”，使X射线摄影彻底实现无胶片化，全数字化。光学CT，这将是21世纪继续研究的领域。启动于20世纪后期，利用近红外或红外波段的光进行断层成像。由以上围绕X射线发现及有关的诺贝尔奖项分析，清楚地看出一项重大的发现和技术发明会产生多么巨大的影响。它不仅仅是近代物理学的起点，而且使物理学发展成为一次现代科学革命。可以说X射线的发现开辟了一个新的科学技术的时代，而且还要继续发展下去。