X 光如何看穿你的颈椎、腰椎病

－文字稿－

低头玩手机！长时间久坐！你是否每天下班回家，都觉得肩颈僵硬！腰酸背痛！

别再苦苦支撑了！快去医院，照 X 光、扫 CT ，看看你的颈椎、腰椎到底出了什么问题！

人体的脊椎，从上到下共有 33 块骨头，靠椎间盘、肌肉、韧带连接而成，周围还紧紧依附着血管和神经。

健康的脊椎会在颈、胸、腰、骶四处微微弯曲，增强整体韧性，支撑躯干。而长期低头弯腰，很容易造成颈椎、腰椎的曲度变直最终压迫血管或神经。

X 光可以快速看出你的脊椎是直是弯。

这是一台 X 光机，其中最重要的部件是 X 光球管，外壳是熔点高、绝缘强度大的钼组硬质玻璃，内部真空，并分成两极，通电时，电压差可达 150kV。

在阴极的这个位置，装有钨制灯丝，单独接入 6~12V 的低压电，像灯泡一样发光发热并放出高能电子，温度越高，电子越多。

在两极电压差的影响下，电子将从阴极快速撞击在由铼钨合金制成的阳极靶盘上，因为减速，电子损失的动能就会转化成“制动辐射”。

此外，阳极靶盘上的原子，其本身低能级的内层电子会被阴极发出的电子撞飞，这时高能级的外层电子就会往里跃迁，填补空位，损失的能量就会转化成“特征辐射”。

在这里，两种辐射就是 X 光，波长在 0.01~10nm 之间，会从阳极靶盘 6~17.5° 的斜面射到球管外面。

而阳极靶盘在电机驱动下，每分钟可转一万圈，以免电子持续轰击在一点上，损坏盘面。

球管外循环流动着散热油，一起封装在铅制管套内，防止辐射外泄，只留一个窗口放出 X 光。

X 光能穿透人体，但体内不同密度的组织会让 X 光不同程度地衰减，最终投影在探测器上。

其中，低密度的脂肪，因为衰减的少，在 X 光片上偏黑，而高密度的骨骼或其他钙化组织则偏白，在 X 光片上也最明显。

我们先看颈椎，从第二椎体的齿状突上缘至第七椎体下缘连线，画出一个弓形。正常情况下，弓顶在第五椎体上缘，且到连线的距离约 7~17mm 。

距离过小就意味着曲度变直，乃至更严重的反弓。

不论颈椎、腰椎，曲度变直都可能伴随其他病变，比如韧带钙化、骨质增生、椎间隙过窄。

椎间隙过窄，就很可能有椎间盘病变。但椎间盘不是骨骼，在 X 光片上看不到，要想确诊最好再做 CT——计算机断层扫描。

这是一台 CT 机，在扫描架中有一个 X 光球管，对面则是一排探测器。当扫描架绕着人体旋转一圈，X 光也照了一圈，经计算机处理后就能得到截面图。

这个过程看上去简单，但其实需要非常复杂的计算。

当 X 光从一个角度照射人体，只能得到 X 光经过所有组织衰减后的投影，我们无法确定不同组织对 X 光分别衰减了多少，也就无法区分各个组织有多厚以及在哪个位置。

所以用 CT 照完一圈后，只能得到这样一个图像，称为正弦图（Sinogram），横坐标上不同的位置就对应着不同角度获得的投影。

 

   

要想还原正弦图，最直接的方法是反投影。

我们看一个简单的例子。画面上有两个方块，用 X 光从横、竖、斜向照射后会得到三个投影。

     

我们先把横向的投影延伸到整个画面，再叠加上竖向、斜向的反投影，不断叠加其他角度的反投影，就可以大致看到原始的两个方块。

但有个问题，方块周围原本没有东西的区域也被高亮了，一旦反投影复杂图案就会出现光晕，边界模糊，这称为“星状伪迹”。

     

所以在反投影前最好先滤波，简单来说，单个角度的投影可以转化成波形图，代入一个函数使波形图中高峰两侧出现负值的低谷，在反投影时就表现为越亮的区域两侧越暗，这样在多角度反投影后，方块周围就基本不会有星状伪迹。

同样，对于复杂图案，滤波反投影后也能还原出更清晰的边界。

  

需要注意，CT 截面重建的核心数学原理是拉东变换和傅里叶切片定理，过程非常曲折。

有了 CT 图像，我们就可以看到椎间盘形态。这是一个正常的椎间盘。

而其他这些 CT 则分别显示椎间盘外围纤维环钙化、左后旁中央型突出、椎间盘膨出压迫椎管。

X 光和 CT 虽然可以快速看穿你的颈椎、腰椎病，但也伴随着辐射。脊椎单次 X 光的辐射剂量可达 1.5mSv ，单次 CT 可达 6mSv。

不过根据国际放射防护委员会的研究，成人单次剂量在 50mSv 以下，在统计上未发现显著的致癌风险。

     

需要注意，身材越胖，X 光衰减也越多，所以为了获取清晰的图像，医生可能会在安全范围内稍微提高剂量，如果你特别担心这点辐射的话，最好还是减肥吧。

来源：回形针PaperClip
编辑：Quanta Yuan
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