111年 輻射在醫學診斷上之應用
文 尹學禮( 美洲保健物理學會 台灣總會副理事長)
一、 前言
游離輻射雖然是看不見ヽ摸不著，但是它具有放出能量可以穿透不同物質的特性，因此在我們周圍不同的工作與生活領域，包括工業界ヽ學術界，特別是在醫療領域裡，都有著非常蓬勃的應用發展。在醫院裡，我們最常聽到的就是「放射診斷」，是指採用低能量的游離輻射穿透人體不同的組織與器官以產生影像，供醫師能更有效針對相關的疾病作診斷，例如：胸腔或牙齒照相的X 光機、電腦斷層造影、乳房攝影及心血管與下腸胃道攝影等。另外游離輻射在醫療領域也發展出「放射治
療」，就是採用高能量的游離輻射針對人體內的腫瘤照射，達到殺死腫瘤細胞的目的。此外，「核子醫學」是用口服、吸入或血管注射方式，使核醫藥物進入體內特定器官產生影像進行診斷，或利用其釋放的輻射線進行治療行為。
由於放射診斷的X 光機( 圖1)，發展歷史最為悠久，應用層面也最為廣泛，因此針對X 光機的發展歷史ヽ簡單原理ヽ使用方式及相關應用逐一介紹。
二、 X 光機的發展歷史與原理
德國物理學家侖琴(W.C. Roentgen) 於1895 年偶然的機會下發現X 光，當時正在做有關陰極射線的實驗，使用黑紙包好放電管然後通電，他發現附近塗上螢光物質的紙發出了亮光。
侖琴用其他東西代替黑紙，觀察從放電管出來不明射線的穿透性。在此射線照射時紙張變得如同透明一般，即使隔著一本書的厚度，螢光幕依舊發出亮光。將錫箔或鉛玻璃放在螢光幕前面，則會擋住射線而造成影子。若將手放在螢光幕前面，會在螢光幕上顯出手部骨骼的形狀。由於當時尚無法知道此射線的組成，只是注意到此射線可使密封的底片感光，為了表明這是一種新的射線，侖琴採用表示未知數的X 來命名。雖然很多科學家主張命名為侖琴射線，但是侖琴本人堅決反對，使得X
射線這一名稱迄今仍在使用。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( 通常是鎢金屬製成的陽極)，如圖2 所示。電子由陰極(K) 經電場加速撞向陽極(A)，高速電子的能量會消失，其中99% 會轉換成熱的型態，僅約1% 的能量會以光子形式放出形成Ｘ光( 電磁波的一種)，此輻射稱之為制動輻射。圖2 中顯示之W 代表以水流帶走所產生的熱量。當電子打到靶時，有些電子會被撞擊出，並造成外殼層電子回補，並放出特定頻率的多
餘能量，稱為特性輻射。
圖2. X 光管示意圖
三、 X 光的成像方式與延伸應用
因為X 光具有能穿透物質的特性，並且對不同密度的物質有著不同的穿透能力，利用X 光穿透人體不同密度的組織後，會呈現不同的灰階影像，因此廣泛被醫學界用來診斷人體內部組織與器官情況的工具。一般X 光攝影檢查的項目包含：頭部、胸部( 圖3)、腹部、脊椎及四肢等。而隨著科技的發展與診斷的需求，相關診斷上新型的儀器設備也不斷推陳出新，包括有電腦斷層掃描儀、牙科型X 光機、乳房X光攝影儀、骨質密度儀以及透視攝影X 光機等，以下將分別作一概要性的介紹。
1. 一般X 光機( 第16 頁圖1)
在做X 光檢查前，需要先將身上的物品，如耳環、皮帶、項鍊等物品取下，以免造成可能的假影或陰影，影響診斷的品質。對外傷或行動不變的病人，也要注意病人安全，於有必要時可由他人協助進行檢查，亦可提供鉛衣作為照護者必要的防護。
2. 移動式X 光機
其原理與一般診斷使用的X 光機相同，當遇有急診重大傷患、加護病房病患、年老或無法行動病患時，可視情況由醫護人員協助，由醫事放射師操作移動式X 光機取得病患之影像資料。同樣的，輻射防護仍是不可免的，在照相時，醫事放射師及必要之照顧者可穿上鉛衣或鉛裙，以避免受到非必要的輻射照射。
3. 透視攝影( 圖4)
透視攝影又稱螢光透視攝影，主要構造有X 光機、影像倍增管及光學系統。其中影像倍增管的主要功能是將X 光轉換成可見光並增加影像的亮度，使醫師可以看到較清楚的X 光影像。透視攝影主要用於動態檢查，例如作消化道檢查時，可以即時看到的顯影劑通過消化道時的情形。因此透視攝影可廣泛應用於各項檢查，包括脊髓攝影ヽ泌尿道攝影、關節攝影、子宮輸卵管攝影等。醫師於診斷時可經由透視立即觀察顯影劑流動的情形，並可做瞬間的取像以有效的提高診斷價值。
圖3. 人體胸部X 射線影像
4. 電腦斷層攝影
電腦斷層攝影(Computed Tomography,CT) 是一種結合X 光與電腦科技的診斷工具，通過利用X 射線旋轉照射人體，再經由數位處理而重建三維醫學影像的一項技術。由於不同的生物組織對X 射線的吸收程度不同，利用電腦的三維技術重建出斷層面影像，再將斷層影像堆疊形成體內器官、組織的立體影像。
圖4. 透視攝影
電腦斷層攝影對於人體內之頭部、胸部、腹部與脊椎等部位的問題，都能提供醫師診斷所需要的重要資訊，可以藉由這個檢查來確定許多肺、肝、胰臟腫瘤的位置ヽ大小與形狀，達到及早的診斷目的。近年來應用低劑量電腦斷層攝影的技術，更能減少病患所接受之輻射劑量，及早檢查出肺部的可能病變，達到提升治癒的效果。
5. 血管攝影檢查( 圖5)
血管攝影是將一些特殊血管攝影用導管送到欲檢查血管的入口處，然後注射顯影劑，使該部位的血管顯影，並以特別的檢查設備作一系列X 光照相的一種檢查技術。血管攝影檢查因須配合血管的動態活動特性，診斷作業較為困難，須由放射專業醫師操作，並由醫事放射師協助定位及照相、也需要護理人員協助準備儀具及照顧病人，而且為了防止病人感染，檢查過程需在無菌的情形下進行，以確保病患的安全與檢測的成效。
圖5. 血管攝影儀具( 圖片來源：核後端的10 期)
6. 乳房攝影儀( 圖6)
X 光乳房攝影是一種精確及簡單的乳癌偵測方法，也是乳癌篩檢的首要工具。乳房X 光攝影是利用X 射線穿過胸部當中的脂肪、纖維、腺體與其他組織，因組織的不同而產生黑白平面的影像。在執行乳房X 光攝影檢查時，可將乳房影像快速清晰地呈現在螢幕上，提供醫師們做精確的診斷。政府針對45 歲以上之女性，亦提供兩年一次乳房攝影檢查的經費補助。
圖6. 乳房攝影儀
7. 骨質密度偵測儀( 圖7)
骨質疏鬆是今日民眾重視的健康問題，由於鈣是人體不可或缺的營養素之一，若血液中的鈣一旦缺乏，人體內心臟和腦均不能維持正常功能運作，身體就會由骨骼中吸取鈣質，使整個生命能正常運轉，因而造成骨骼內鈣質的流失，嚴重時造成骨質疏鬆的現象。骨質疏鬆的診斷是由量測骨質密度(Bone Mineral Density,BMD)，測量骨頭內礦物質之密度來判定。
圖7. 骨質密度量測儀
骨質密度儀係使用100kV 的X 光管並產生二種不同的能階，經由人體組織( 骨骼、瘦肉、肥肉等) 對二種不同能階所產生之衰減係數，由電腦校正以計算出骨骼之密度。X 光骨質密度測量儀可測量全身任何部位的骨骼結構，但因為骨質密度正常標準值主要由腰椎及髖關節所建立標準的正常數值，其骨質流失時檢測較為準確，並配合了解測試者的狀況，包括家族史、運動量、甲狀腺異常情況等因素，再由專業醫師提供改善之建議方案。
四、國內現況與人員ヽ設備ヽ作業之管制我國各醫療機構設置之診斷用X 光機十分普遍，其應用亦相當廣泛。主要包括有牙科型的X 光機超過14,200 台，診斷型X 光機約2600 台，移動型X 光機約1550台，骨質密度儀亦有420 台以上，而心導管或血管攝影用的X 光機有348 台，另外震波碎石定位用的X 光機與巡迴車用的X光機均各有190 餘台。
由於這些診斷型的X 光機均會放出些游離輻射，因此其申請ヽ使用與日常管理均有相關之規定。針對各種X 光機設備與儀具部分，原子能委員會已依照相關設備之電壓與周圍可能產生游離輻射劑量之大小，將各項設備分為許可類與登記備查類，前者因為放出的游離輻射劑量較高，因此在管理上會較為嚴格，包括其申請程序，作業方式，人員劑量管理以及安全測試等。
另外，原子能委員會針對游離輻射設備或物質的使用，均訂有使用人員的資格規範，包括須具有輻射安全證書或訓練證書等。但是因為在醫療上使用具游離輻射的診斷或治療設備，均屬於醫療行為，因此在醫療院所中，要使用這些放射性的診斷或治療設施，必須具有衛福部所規範之醫事人員資格。因此必須具相關專科醫師資格及醫事放射師資格的人員，才能合格去操作醫療用放射性診斷與治療的設施。隨著科技的進步，放射性診斷在醫療院所中，為民眾之健康福祉做出了許多的貢獻。另外在放射診斷與核子醫學部分，其相關發展亦是日新月異，將在後續文章中繼續做進一步之介紹與探討。