第一章 緒論
臨床放射學（Clinical Radiology）含X線診斷學及放射治療學。X線診斷學（Diagnostic Roentgenology）是應用X線特性，通過人體后在透視熒光屏或照片上顯示正常和異常的影像，結合基礎醫學和臨床醫學的知識，加以分析、歸納，作出診斷的一種科學。它不僅用以診斷疾病，還可以觀察臨床的治療效果，亦可以用于預防醫學，如體檢、防癆、腫瘤、職業病和地方病等的普查防治。X線診斷學是本門課程的主要內容。放射治療學（Radiotherapeutics）包括X射線、60鈷及電子加速器等治療機，應用其物理特性對身體各部位的腫瘤進行治療的一種科學，將在本講義第八章進行簡要介紹。
近十年來由于電子科學進展，顯像手段多樣化，臨床放射學的診斷部分得到許多擴充，影像診斷不只限于X線診斷，還包括超聲，γ閃爍攝影、CT、MRI等，綜合稱為影像診斷（Imagediagnosis），亦稱醫學影像學（Medical imagiology）。
第一節 X線檢查的基本原理和方法
一、X線的特性
X線是一種波長很短的電磁波，是一種光子，診斷上使用的X線波長為0.08－0.31埃（埃A=10-8cm），X線有下列持性（主要應用于醫學方面）：
（一）穿透性
X線能穿透一般可見光所不能透過的物質，包括人體在內。其穿透能力的強X線的波長以及被穿透物質的密度與厚度有關。X線波長愈短，穿透力就愈大；特質密度愈低，厚度愈薄，則X線愈易穿透。在實際工作中，常以通過球管的電壓伏值（Kilovolt,KV）的大小代表X線的穿透性（即X線的質），而以單位時間內通過X線的電流（milliampere,mA）與時間的乘積代表X線的量。
（二）熒光作用
X線波長很短，肉眼看不見，但照射在某些化合物（如鎢酸鈣，硫氧化釓等）被其吸收后，就可發生波長較長且肉眼可見的熒光，熒光的強弱和所接受的X線量多少成正比，與被穿透物體的密度及厚度成反比。根據X線的熒光作用，利用以上化合物制成透視熒光屏或照相暗匣里的增感紙，供透視或照片用。
（三）感光作用
X線和日光一樣，對攝影膠片有感光作用。感光強弱和胱片接受的X線量成正比。膠片涂有溴化銀乳劑，感光后放出銀離子（Ag+）,經暗室顯影定影處理后，膠片感光部分因銀離子沉著而顯黑色，其余未感光部分的溴化銀被清除而顯出膠出本色，亦即白色。由于身體各部位組織密度不同，膠片出現黑—灰—白不同層次的圖像，這就是X線照相的原理。
（四）電離作用及生物效應
X線或其它射線（例如γ線）通過物質被吸收時，可使組成物質的分子分解成為正負離子，稱為電離作用，離子的多少和物質吸收的X線量成正比。通過空氣或其它物質產生電離作用，利用儀表測量電離的程度就可以計算X線的量。同樣，X線通過人體被吸收，也產生電離作用，并引起體液和細胞內一系列生物化學作用，使組織細胞的機能形態受到不同程度的影響，這種作用稱為生物效應。X線對人體的生物效應是應用X線作放射治療的基礎。另外，在實施X線檢查時，對檢查者與被檢查者進行防護措施亦基于此理。
二、密度對比概念和影像形成原理
X線影像形成的基本原理，是由于X線的特性和人體組織器官密度與厚度之差異所致，這種密度與厚度之差異稱為密度對比（Contrast），可分為自然對比和人工對比。
（一）自然對比
人體各種組織、器官和密度不同；厚度也異，經X線照射，其吸收及透過X線量也不一樣。因此，在透視熒光屏上有亮暗之分，在照片上有黑白之別。這是人體自然，亦是固有的密度差別，稱為自然對比。
按照人體組織密度的高低，依次分為骨骼、軟組織（包括皮膚、肌肉、內臟、軟骨）、液體（血液及體液，密度和軟組織相似，X線不能區別），脂肪和存在人體內的氣體。各個不同密度的組織相鄰排列，吸收及透過X線量不同，才產生透視或照片上影像。在人體內，胸部和骨骼的自然密度對比最好，透視和普通照片上應用最多。凡是密度最大的部份（例如骨骼）吸收X線最多，通過X線量很少，故在照片上顯出白色影像；反之，密度較小的部份（例如空氣或軟組織）在照片上出現黑色影像，此外，還應注意厚度，如心臟的投影，形成明顯的白色。
總結自然對比和影像關系，列為下表
人體組織密度差異和X線影象關系表
| 組織 |
密度 |
吸收
X線量 |
透過的
X線量 |
X線影象 |
| 透視 |
照片 |
| 骨、鈣化灶 |
高 |
多 |
少 |
暗 |
白 |
| 軟組織、液體 |
稍低 |
稍少 |
稍多 |
較暗 |
灰 |
| 脂肪 |
更低 |
更少 |
更多 |
較亮 |
深灰 |
| 氣體 |
最低 |
最少 |
最多 |
最亮 |
黑 |
同樣，如器官和組織有病理變化，改變了原有的密度，出現新的密度差異，產生密度高低不等的影像，也屬于自然對比的范疇。
密度分辨率（Density resolution）：使用某種射線設備，能分辯人體同一部位的兩種以上不同密度的結構，亦即顯出密度差異，從而形成影像。這種能分辨最小的密度差異，稱為某種設備的密度分辨率。如CT機就具有高分辨率，在頭顱同一層掃描片中，有分辨出灰質與白質、腦室、腦池與腦溝等不同結構，而普通X線的密度分辨率則較低，約為5～10%。
（二）人工對比
人體有些部分，如腹部各臟器，密度大致相同，不具備自然對比的條件，可用對人體無害、密度大或密度小的物質，引入被檢查的組織器官或其周圍，造成密度差異，顯出影像，稱為人工對比。形成人工對比的方法稱為造影檢查，引用的物質叫做造影劑（Contrastmedium）。
三、X線檢查方法
（一）普通檢查
是應用身體的自然對比進行透視或照相。此法簡單易行，應用最廣，是X線診斷的基本方法。
1．透視（Fluoroscopy） 使X線透過人體被檢查部位并在熒光屏上形成影像，稱為透視。透視一般在暗室內進行，檢查前必須做好暗適應，帶深色眼鏡并有暗室內適應一段時間。透視的優點是經濟，操作簡便，能看到心臟、橫膈及胃腸等活動情況，同時還可轉動患者體位，作多方面觀察，以顯示病變及其特征，便于分析病變的性質，多用于胸部及胃腸檢查。缺點是熒光影象較暗。細微病變（如粟粒型肺結核等）和密度、厚度較大的部位（如頭顱、脊椎等）看不太清楚，而且，透視僅有書寫記錄，患者下次復查時不易做精確的比較。
2．照相（Radiography） 亦稱攝影。X線透過人體被檢查的部位并在膠片上形成影像，稱為X線照相，膠片曝光后須經顯影、定影、水洗及晾干（或烤干）等步驟，操作復雜，費用較貴。照片所見影像比透視清楚，適用于頭顱、脊椎及腹部等部位檢查。照片還可留作永久記錄，便于分析對比、集體討論和復查比較。但照片不能顯示臟器活動狀態。一張照片只反映一個體位（體位即照相位置）的X線征象，根據病情和部位，有時需要選定多個投照體位。
照相體位：X線檢查時，患者位于膠片（或熒光板、影像增強器、下同）與球之間，身體位置與膠片、球管的關系，稱為體位。
體位的名稱，通常按兩種方法命名：
（1）按X線進行的方向命名：X線玩管位于檢查部位的后面，膠片位于其前面，X線由后向前投照，故稱為后前位。反之，X線由前向后投照，則稱為前后位。
（2）按接近膠片的部位命名：某些部位檢查時（例如心臟、脊椎等），須作斜位檢查。以胸部為例，使旋轉成右肩前方貼近膠片，則稱為右前斜位；反之，如左肩前方貼近膠片，則稱為左前斜位。側位投照亦然，依被檢部位的某一側貼近膠片命名，例如左例位和右側位等。
（二）特殊縮影
1．斷層縮影（Photofluorography） 是在暗箱裝置內，用快速照相機把熒光屏上的影像攝成70mm或100mm的縮小照片。這種照片的工作效率比透視高、費用低，還可減少接受放射線的劑量。機器可裝成流動式，直接到部隊、工廠、學校、農村，為廣大工農兵作胸部體檢。
2．斷層縮影（Tomography） 又稱分層照相或體層照相。是應用一種特殊裝置專照某一體層的影像，使該層影像顯示清楚，而不在此層的影像模糊不清，這就可以避免普通照片上各層影像彼此重迭混淆的缺點。斷層照相常用于檢查肺內包塊、空洞及大支氣管情況；此外，還可用于其它部位的檢查。根據照相時X線球管轉動的形式（即軌跡），斷層照相分為幾種。最常用的是直線式斷層照相，設備簡單，裝置容易。另一種是多軌跡斷層照相，除直線外，還有大圓、小圓、橢圓和梅花及螺旋形等軌跡，其優點是避免直線斷層照片上縱行線條狀影，且顯示細微結構較好，既能取得薄層又能取得厚層影像，其中薄層照相對復雜微細結構（如中耳、內耳），能獲得清晰的影像。
△3. 鉬靶軟X線照相（Molybdenum target radiography） X線束含有不同的波長，線束波在長短決定于X線球管陽極靶面金屬材料的原子序數。絕大多數的X線球管都使用鎢靶，鎢的原子序數為74，能產生短波射線（硬線）多，穿透力強，適用于身體各部位的X線照相，但對于較薄的部位（如手指），特別是軟組織，影像效果沒有鉬靶好。鉬的原子序數為42，能產生長波射線（軟線）多，穿透力強，適用于軟組織X線照相，尤其多用于乳腺疾病的診斷。
△4. 放大照相（Magnification radiography） 攝影時增加照相部位與膠片間的距離，使投照的影像放大，稱為放大照相。為著使放大后的影像不致模糊失真，必須使用0.3mm以下的微焦點球管，使X線束窄小，從而獲得病變放大后的清晰影像。此法可用于顯示矽肺結節，對早期診斷有幫助，亦可用于顯示骨骼的細微結構及早期破壞灶。
△5. 高電壓照相 亦稱高仟伏相，是指用120KV以上的電壓拍照X線照片。1常用120～150KV。其優點是X線穿透力強，以胸部照片而論，如被鎖骨、肋骨或縱膈遮蔽的病灶容易顯見；胸水或胸膜增厚遮蔽的肺部病灶也能夠看到。
（三）造影檢查
前已述及人體內有些器官與組織缺乏自然對比，須引入造影劑形成密度差異以下扼要敘述常用的造影劑與檢查方式。
1．造影劑及其種類 高密度造影劑含鋇劑、碘制劑等。
鋇劑（Barium）：使用醫用硫酸鋇，作鋇餐與鋇灌腸檢查；或制成鋇膠漿用于支氣管造影檢查。
碘制劑及分油劑與水劑、片劑（丸劑）等。
（1）油劑：A、碘化油（Oleum Iodinatum）是碘與植物油結合的機碘化物，無色或淡黃色，不溶于水，能與水分散乳化。濃度40%的碘化油，用于支氣管造影、瘺道造影、膿腔造影及子宮輸卵管造影。乳化之碘化油可用作肝癌之栓塞劑。碘化油如有游離磺分支，其色變為棕紅色，則不可使用。B碘苯酯（Iophendylatum）無色或淡黃色油狀液體，不溶于水，粘稠度比碘油低，適用于脊髓造影及腦室造影。
（2）水劑：又分無機磺化物與有機碘化物（含離子型造影與非離子型造影劑）。
A、無機碘化物：為磺化鈉，有效濃度為12.5%，價格低，易配制，用于逆行腎盂造影、膀胱造影及手術后膽道造影。缺點為刺激性大，不宜多用。目前，幾乎不用。
B、有機碘化物：種類多，用途廣。由于其排泄徑路不同，又分為兩大類。其一，進入體內后經肝細胞分泌至膽管再進入膽囊，故用于膽囊造影或膽管造影。此類有兩種造影劑：一是碘番酸（Acidum Iopanoicum）片劑；吡羅勃定（Biloptin）膠囊，用作口服法膽囊造影，另一是50%膽影葡胺（Meglumine iodipamide），用作靜脈法膽管造影。其二，有機碘通過腎臟排泄，用于各部位血管造影、心臟造影及靜腎盂造影。此類造影劑也有兩種：一為離子型造影劑，國內普遍使用，產品為60—70%泛影葡胺（Meglumine diatrizoate）及異泛影葡胺（Meglumine iothalamate），后者又稱康銳（Conray）。兩者皆含有陽離子（葡甲胺離子或鈉離子）與陰離子（有機碘酸離子）。另一為非離子型影劑，不含離子，不帶電，其產品有碘笨六醇（Iohexol）、甲泛醣胺（Metrizamide）、以及優維顯(Iopromide或Uitravist)。非離子型造影劑較離子型造影劑具有更多的缺點，但由于經濟價值高，尚不能普遍應用。
低密度造影劑含空氣、氧氣及二氧化碳等。多用于器官腔內或組織間隙內造影，如氣腹造影、腹膜后充氣造影及關節造影等。氣腦造影及腦室造影由于CT檢查的開展已很少采用。
2．引入途徑 分直接引入法與生理積聚兩種形式。
（1）直接引入法：又分為兩種途徑；其一是經自然通道口引入造影劑至相應的某器官，如從口腔或肛門引入鋇劑行胃道鋇餐或鋇灌腸檢查；經鼻腔（或口腔）插管至氣管注射碘油行支氣管造影；經尿道逆行插管注射碘水至尿道或/和膀胱是為尿道或/和膀胱造影，需要時可將導管再引入輸尿管作逆行腎盂造影；經陰道插管至子宮腔內注射碘劑稱為子宮輸卵管造影；還有經病變或手術形碭瘺道引入造影劑，為瘺道造影或術后膽管造影等。其二是經皮膚穿刺，自針管或聯結導管注射造影劑，引入與外界隔離的腔道或器官內，如各種血管造影、心臟造影、氣腦造影及腦室造影等。
（2）生理積聚或生理排泄法：經口服或靜脈注射造影劑，利用該造影劑具有選擇性經某臟器生理聚積或排泄，暫時停留于管道或內腔使之顯影，例如口服膽囊造影，靜脈腎盂造影等。
3．造影前準備和造影反應的處理
為使造影檢查順利進行并獲得預期效果，造影前對病人的預先準備工作顯得重要。各器官的造影前準備工作在相應地章節介紹，此處著重介紹有關碘制劑造影前應注射事項：（1）查詢患者有無造影的禁忌證如碘過敏、心腎嚴重疾病。（2）向患者解釋造影的程度以求得合作。（3）作碘過敏試驗，將擬用的造影劑1.0ml經靜脈注入,觀察15min內有無不良反應—輕者，表現為周身灼熱感、惡心、嘔吐、蕁麻疹等；重者，反應為心血管、中樞神經系統及呼吸功能障礙，如休史、驚厥、喉頭水腫及呼吸循環衰竭等。嚴重反應致死者極其少見，如無上述反應，才能做造影。過敏試驗雖有一定的參考意義，但實踐中也有作試驗時無癥狀，而在造影時卻發生反應。因此，每次注射碘劑時應準備好急救藥品以防不測。如果在造影過程中出現嚴重癥狀時，應立即終止造影并進行抗過敏、抗休史和其它對癥治療。若有心臟停搏則需立即進行心臟按摩術等。
△（四）技術設備改進與檢查方法的新進展簡介
X線診斷學近30年來，由于物理學、藥理學、醫學生物工程及電子工業的發展，促進X線診斷機硬件的改善，從而獲得新的影像，促進診斷學的發展。
1．大功率X線機、配備影像增強器及影像轉化裝置 X線機的基本結構為高壓發生器、X線球管及控制臺上三大部件。由于高壓發生器及X線球管結構改進，使得球管能量（即功率）加大，可達100KV（Kilowatt），同時球管焦點微小（0.1—0.3mm,甚至0.05mm），故攝取照片采用高mA短時間曝光，X線攝像對比好，清晰度強。現在常用1000、1250或2000mA大型X線機作特殊檢查及造影檢查。
近代X線機常配備影像增強器（Image intensifier，簡稱Ⅱ）及電視設備（Television,簡稱TV）。電視屏幕上影象亮度很大，能顯示較小的病灶，比普通透視優越。操作可在比較明亮的機房或傳送到其它房間內察看，后者稱為隔室遙控檢查，工作人員可避免射線的照射。有時還配備熒光縮影、磁帶錄象（Video-tape）及電影（Cine-radiography）裝置，將影像記錄留存，及時拍照臟器病變及功能變化，便于分析研究及會診示教之用。上述熒光縮影、電視技術（包括錄相）和電影照相等稱為影像轉換裝置，多用于胃腸檢查，觀察心臟搏動，特別是在大功率X線機上配備影像轉換裝置，對于心臟造影及各種血管造影的診斷準確性有明顯的提高。
影像增強器能減少X線用量。未配備Ⅱ的普通透視，X線球管需發射3～5mA才能達到診斷要求；而配備Ⅱ后，X線球管只須發射0.3～0.5mA,不僅合乎診斷要求，而且亮度比普通透視高。因此，Ⅱ既能減少球管損耗，又能降低患者及工作人員所接受的X線輻射劑量。
2．選擇性心、血管造影（1）選擇性心臟造影（Selective cardiography）：通過左心或右心導管將高濃度有機碘溶液注入某心腔內，稱為選擇性心腔造影，由于心臟搏動快及血液稀釋作用，這種造影必須配備高壓快速注射和快速換片裝置。近年來，由于使用大功率雙向球管同時投照正側位照片，并結合電視、錄像及電影設備從從而提高影像質量。（2）選擇性血管造影（Selective angiography）：采用頂端有不同彎度形狀的特異導管，經皮穿刺（多穿刺股動脈），送入特定血管內，注射有機碘溶液（多用泛影葡胺），稱為選擇性血管造影，這種造影應該范圍極其廣泛，如冠狀動脈造影、經頸動脈腦血管造影、椎動脈造影以及腹主動脈各分支之造影（含腹腔動脈、腸系膜上動脈、腸系膜下動脈、腎動脈等），還有其它血管等。各種造影對診斷臟器腫瘤及血管性病變（如栓塞、出血）皆有明顯幫助，亦是開展介入放射學的基礎。
3．數字減影血管造影（Digital subtraction angiography,DSA）DSA強化血管造影的分辨率，顯示細小血管，是促進醫學影像學發展的手段之一。DSA分為兩種：
（1）靜脈數字減影血管造影（Intravenous DSA,IV,DSA）DSA極大地強化動脈內低濃度造影劑的影像，故靜脈注射造影劑能使周身大部分動脈較好地顯影。此法稱為Iv DSA。IV DSA的優點是比動脈插管創傷性大，操作簡易。缺點是需要增加造影劑的用量，以增大血管內碘濃度，致使其應用仍有限制，不能取代動脈插管法。
（2）動脈數字減影血管造影（Intraarterial DSA,IA DSA）；通過動脈插管將導管直接送至特定部位前的動脈（見下述優點③），注射造影劑照相。經數字減影處理后，形成IADSA影像，其優點是，①較清晰地顯示動脈小分支。②減少造影劑用量，比常規動脈造影少用50%造影劑。③不需要將導管深入插至特定部位的動脈（如同選擇性或超選擇性造影那樣），例如在鎖骨下動脈注射可顯出椎動脈，在腹主動脈下部注射可顯出腎動脈等等。④數字信息可儲存并適時顯示，有利于介入放射學的檢查。
DSA的限制：①血管影象重迭，同一部位多血管相互重迭，故需要多體位投照，例如正側位同時投照。②需要病人密切合作，避免一切隨意的運動。③DSA有利于顯示小動脈支，但對0.2mm以下的微小血管尚不能顯示。④非自主亦即不隨意的運動，如吞咽、呼吸、及胃腸蠕動影響圖像清晰度。
4．電子計算機體層攝影（Computed tomography，簡稱CT）是近十年來發展迅速的電子計算機和X線相結合的一項新穎的診斷新技術。其主要特點是具有高密度分辨率，比普通X線照片高10～20倍。能準確測出某一平面各種不同組織之間的放射衰減特性的微小差異，以圖像或數字將其顯示，極其精細地分辨出各種軟組織的不同密度，從而形成對比。如頭顱X線平片不能區分腦組織及腦脊液，而CT不僅能顯示出腦室系統、還能分辨出腦實質的灰質與白質；如再引入造影劑以增強對比度，對其分辨率更為提高，故而加寬了疾病的診斷范疇，還提高了診斷正確率。但CT也有其限制，如對血管病變，消化道腔內病變以及某些病變的定性等。（參考第七章CT檢查與診斷）。
5．磁共振（Magnetic resonance,MR）或磁共振成像（Magnetic resonance Image,MRI） 是利用原子核在磁場內共振而產生影像的一種新的診斷方法。為非射線成像，亦為無創傷性檢查方法之一種，自80年代應用于臨床后，其檢查技術發展非常迅速且日臻完善，成為影像診斷學中重要的成員之一。
MRI是利用含奇數質子的原子核（如1H、13C、19F、23Na）自旋運動（Spin）的特點，置于外加的強大均勻磁場（稱為主磁場）內，使原排列雜亂的原子核在磁力作用下而按周圍磁場方向排列成行，這種原子核圍繞主磁場軸旋轉的現象，稱為旋進（precession）。自旋和旋進是奇數質子原子核的兩種特性，不同元素原子核的旋轉頻率各異。因質子旋進無聚合性，磁化向量是順主磁場力線方向，無切割磁力線的力，故不產生電壓變化，以致不能檢測出磁場變化的信號，為測出其磁場變化，必須將順磁力線的凈磁化移位，因而在外加磁場內，又加用射頻脈沖，使射頻脈沖在質子共振頻率上垂直作用于磁場，則凈磁化移位，在射頻脈沖結束后，可接受到因磁場改變而引起的電壓變化。簡述之，射頻脈沖的頻率如接近某元素的原子核的旋進頻率，該原子即被激發，并改變原子核磁軸的偏斜方向，這一過程稱為MRI。發生射頻脈沖是間斷的，所產生的電磁（能量）經接受器收集并轉換為電信號，再經一系統處理。圖像重建等，形成供診斷使用的MRI圖像。除影像診斷外，還可利用高磁場（1.5T或2.0T）定域頻譜分析（Magnetic Resonance Spectroscopy），顯示該區域的代謝過程，利用某些疾病的早期診斷。MRI與CT相比較，其優越性是非射線成像，且可任何方向切層掃描；如冠狀面、矢狀面、橫斷面以及斜面等，MRI與CT在成像方面還有不同之處是有多個參數，如質子密度，T1與T2弛豫時間。目前軟件的開發，還可不用造影劑而顯示血管，稱為MRA（Magnetic Resonance Angiography）。MRI也有不足之處，如成像時間長，對鈣化不靈敏，費用較昂貴等。 |
