X光片、CT扫描、透视的成像机制及致癌风险
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X射线，和可见光一样，同属于电磁波，都可以想象成由一个个光子叠加而成
因此，X射线也称为X光
X光片、X光透视、CT扫描等医疗诊断过程，都会用到X射线
X射线的频率和能量较高，对人体组织具有较强的穿透力
进入微观世界，体内的各种物质由原子构成，原子由原子核和核外电子构成
X射线在穿过人体的瞬间
会与体内的各种原子或电子发生相互作用，出现散射、光电效应等现象
其中散射主要分两种：弹性散射和康普顿（非弹性）散射
弹性散射是光子与原子或电子相互作用，使其辐射出同频率光子的现象
光子在散射前后频率和能量保持不变，通常传播方向会发生偏离
由于诊断X射线能量较高，弹性散射较少发生，是一个相对次要的因素
康普顿散射才是主导
康普顿散射是光子的部分能量转移到原子的核外电子上
电子随即从原子中逸出，剩余能量的光子被散射到不同方向
光子在散射后能量相应减少，频率也随之降低，传播方向通常也会发生偏离
康普顿因为这一发现，获得了1927年的诺贝尔物理学奖
对于常规的诊断X射线成像，散射主要扮演了捣蛋鬼的角色
散射的X射线光子可能到达探测器，导致图像中出现伪影或噪点，降低图像质量
尽管通过能量过滤或散射校正可以消除部分影响
另外，散射还会带来辐射危害，X射线从患者体内散射出来，会产生背景辐射，导致不必要的辐射暴露
对诊断X射线成像起关键作用的是著名的光电效应
光电效应是指光子能量被电子完全吸收，电子随即从原子中逸出的现象，逸出的电子被称为光电子
爱因斯坦因为成功给出了光电效应的理论解释，获得了1921年的诺贝尔物理学奖
当X射线的能量刚好等于或略高于电子的结合能时，光电效应通常最为显著
由于外层电子的结合能较小，诊断X射线能量较高，光电效应主要发生在离原子核最近的K层
X射线光子的能量被K层电子吸收后，K层电子逸出成为光电子
随即外层电子会跃迁到空缺的K层，同时释放能量，能量大小取决于电子跃迁的能级差
发生在K层的跃迁，能级差较大，能量通常以X射线的形式释放，我们称之为特征X射线
另外，能量也可能转移到另一个电子上，随即该电子从原子中逸出，逸出的电子被称为俄歇电子
光电效应与元素的原子序数（Z）密切相关
随着原子序数的增加，K层电子的结合能随之增加，诊断X射线的光电效应通常也会更加显著
体内的软组织主要由氢、碳、氮、氧等元素构成
原子序数低，K层电子的结合能也低，光电效应较弱
骨骼、牙齿中含有大量钙，其原子序数和电子结合能相对较高，光电效应较为明显
因此，骨骼、牙齿与软组织中的X射线衰减会呈现明显差异，X射线也常用于骨骼或牙齿的检查
钡和碘的原子序数更高，K层电子的结合能更接近大多数诊断X射线的能量值
光电效应通常也更明显，因此钡和碘经常作为X射线成像中的造影剂
康普顿散射和光电效应都会导致电子从原子中逸出，产生带正电荷的离子和带负电荷的自由电子
此过程被称为电离，因此X射线属于电离辐射
电离辐射可以直接电离具有生物活性的大分子，如核酸、蛋白质等
同时还可以电离体内大量存在的水、氧气等含氧物质
产生二次电子、低能电子、水合电子、氢自由基、羟自由基等各种活性物质
羟自由基等高活性物质就是传说中的衰老元凶，会四处破坏和攻击核酸、蛋白质、脂质等各种生物活性分子
前面有一期视频：《自由基是什么？维生素E与抗氧化、抗自由基、抗衰老》
对自由基有比较详细的讲解，感兴趣的同学可以点击观看
诊断X射线的剂量较低，急性辐射损伤的风险通常可以忽略
但潜在的基因突变和致癌风险备受关注
一般而言，细胞分裂活跃的组织对电离辐射更为敏感
如造血组织骨髓、淋巴组织、小肠上皮、皮肤等
另外，胚胎、儿童时期，细胞分裂较为活跃
而且基因突变会随着年龄累积，电离辐射导致的致癌风险相对更高
因此，孕妇、儿童应谨慎使用CT、透视等电离辐射相关成像，如有需要也应做好防护
最后需要说明的是，对于低剂量X射线的致癌风险，目前存在较多争议
是否存在剂量阈值或阈值范围，各路专家也是各执一词
视频列出的是部分参考文献，感兴趣的同学可以继续研究，或在评论区进一步探讨
