跟着robin去冒险（Robin博士重要节日不陪老婆会怎样）

首发公众号：Robin博士1895年12月22日，圣诞节前夕，德意志巴伐利亚王国的一间大学实验室里图｜情景再现——人类医学史上第一次拍摄X光片 （来源：科技大观园），我来为大家科普一下关于跟着robin去冒险?以下内容希望对你有帮助!

跟着robin去冒险

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1895年12月22日，圣诞节前夕，德意志巴伐利亚王国的一间大学实验室里。

图｜情景再现——人类医学史上第一次拍摄X光片 （来源：科技大观园）

这是医学显像史上具有跨时代意义的一张照片。由于一时还搞不清楚这种新射线的本质，伦琴问妻子叫什么名字好，妻子说既然这是一种未知的射线，我们就叫它X射线（X Rays）吧。至此，X射线正式诞生。

图｜伦琴夫妇和世界上第一张清晰的X射线片—伦琴夫人的手以及象征着伦琴和妻子的爱情的戒指，撒狗粮咯~

1901年，伦琴成为首个获得诺贝尔物理学奖的科学家。

1919年，伦琴的妻子去世。伦琴晚年在贫困中罹患癌症(Robin博士注：癌症或许与伦琴的研究内容有关，后有详述)，四年后也随妻子而去。两人没有留下子女，伦琴和那个年代大多数跨时代的科学家一样，选择放弃X射线的专利。

看透一个人很难，可是伦琴做到了，以一种无比硬核的方式。

X射线到底是什么？它是如何用来医学成像的？

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电磁波X射线

X射线是一种电磁波。电磁波通常以频率、波长或光子能量这三种物理量之中的任意一种物理量来描述。它们彼此之间的关系可以用方程表示：

其中， f 是频率， λ是波长， E 是光子能量，c 是真空的光速， h 是普朗克常数。

通过公式可以推断：电磁波频率越高，波长越短，能量越强，对应的穿透力也越强。

图｜电磁波树状图 (来源：维基百科)

X射线是一种高能电磁波，具有放射性，其波长范围在0.01纳米到10纳米之间。波长短于0.2-0.1 nm的叫做硬X射线，波长略大者被称作软X射线。硬X射线与伽马射线中波长较长的部分有重叠范围，二者的区别在于辐射源，而不是波长：X射线光子产生于高能电子加速，伽马射线则来源于原子核衰变。

高能X射线粒子会轰击DNA片段使得细胞的遗传信息受到破坏，这也许就是伦琴患癌的原因。

基于X射线的胸片，骨骼片，计算机断层扫描技术（CT）是医生临床诊断的重要依据。医院显像科在给患者做X射线成像的时候，会严格控制X射线剂量(Dose)。即使这样，受限于目前探测器灵敏度低等技术问题，总体辐射剂量依然维持在一个较高的位置，普通人一年之内能够进行X射线检测的次数十分有限，孕妇，老人等特殊群体更是限制重重。

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X射线与医学成像

放射线照相术（Radiography）用X射线来产生诊断图像。材料对X射线的吸收系数（ μ ）只与材料的原子序数（ Z ）有关，即：

原子序数越大，则材料对X射线的吸收能力越强。医院显像科，机场安检往往用厚厚的铅板（Pb，原子序数82）阻挡X射线泄露(Robin博士注：在地铁或者机场安检时切不可急躁把铅帘掀开拿行李)。

吸收特性根据朗伯-比尔定律有：

其中， 为入射光强度， 为出射光强度。

人体骨骼中钙和钡的原子序数分别为20和56，远远大于软组织中的氢(1)、碳(6)、氮(7)、氧(8)等元素。当X射线照射人体，部分X射线被人体吸收，部分穿透人体投射在由晶体管阵列组成的光电探测面板。由于原子序数的差异，骨骼部分的吸收强，则穿透的X射线少，在阵列上激发的电流小；软组织部分的吸收弱，在阵列上激发的光生电流大。光信号经过这一步转化为电信号。

图｜X射线成像面板示意图

值得注意的是，现时部分核成像技术利用X射线激发荧光板产生可见光再进行二次成像，基本原理一致，只是多一个X射线转换可见光的步骤，不再赘述。

此时，二维晶体管阵列光电探测面板不同区域会有不同的电流大小。以计算机断层扫描技术（CT）为例，电流信号会再经过傅里叶变换进行成像。

图｜光电探测器的电信号需经傅里叶变换转换成图像

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尾声

神的道是活泼的，是有功效的，比一切两刃的剑更快，甚至魂与灵、骨节与骨髓，都能刺入、剖开，连心中的思念和主意都能辨明。

图｜X射线发现者伦琴纪念邮票

伦琴治学十分的严谨，到现在为止还没有人发现他的学术论文里面存在错误。

伦琴夫人那张X光片问世后才几天时间，大洋彼岸的美国医生就发现了这项技术的巨大商业价值。资本家蜂拥而至，出高价购买伦琴的技术。50万美金，100万美金......出价越来越高。

“哪怕1000万也不行！我的发现属于全人类。但愿这一发现能被全世界科学家利用。这样，就会更好地服务于人类……”

伦琴淡淡地一笑答道，“对钱没兴趣”不只是说说而已。他放弃了X射线的专利权，身为基督徒的伦琴决定把这项发明献给上帝。他说：这项专利只属于上帝。

这也许，就是一个科学家的可爱和可敬之处吧！

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参考资料：

[1] Russo, Paolo, ed. Handbook of X-ray imaging: physics and technology. CRC press, 2017.

[2] Wikipedia contributors. "Electromagnetic spectrum." Wikipedia, The Free Encyclopedia. Wikipedia, The Free Encyclopedia, 24 Dec. 2020. Web. 29 Jan. 2021.

[3] Yakunin, Sergii, et al. "Detection of X-ray photons by solution-processed lead halide perovskites." Nature photonics 9.7 (2015): 444-449.

[4] Martz, Harry E., et al. X-ray Imaging: fundamentals, industrial techniques and applications. CRC Press, 2016.

[5] Hasegawa, Bruce H. "The physics of medical x-ray imaging." (1990).

[6] 夏泽民. X 射线在医学影像诊断中的发展与应用[D]. , 2012.

[7] Ables, J. G. "Fourier transform photography: a new method for X-ray astronomy." Proceedings of the Astronomical Society of Australia. Vol. 1. 1968.

[8] Glasser, Otto. Wilhelm Conrad Röntgen and the early history of the Roentgen rays. No. 1. Norman Publishing, 1993.