همه‌چیز درباره اشعه‌ ایکس؛ از کشف تصادفی تا تحول دنیای پزشکی

زمانی، ایده‌ی نفوذ به اعماق بدن انسان و آگاهی از وضعیت اندام‌های داخلی بدون جراحی در حد یک رؤیای شیرین بود؛ اما این رؤیا با کشف تصادفی اشعه‌ی ایکس توسط دانشمند آلمانی به‌نام ویلهلم رونتگن (Wilhelm Conrad Röntgen) به واقعیت پیوست. اشعه‌ی ایکس که در ابتدا به دلیل ماهیت ناشناخته‌اش‌ «X» نامیده شد، امروزه به یکی از مهم‌ترین ابزارهای تشخیص پزشکی تبدیل شده است.

این پرتوهای نامرئی، با توانایی نفوذ در بافت‌های بدن، تصاویر دقیق و واضحی از ساختار داخلی بدن ارائه می‌دهند و به پزشکان کمک می‌کنند تا طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها را تشخیص دهند و درمان مناسب را تجویز کنند. در این سفر هیجان‌انگیز با ما همراه شوید تا به بررسی اصول فیزیکی حاکم بر تولید و برهم‌کنش اشعه‌ی ایکس با ماده و کاربردهای متنوع آن‌ها در پزشکی بپردازیم.

شاید باورش عجیب باشد، اما رونگتن در سال ۱۸۹۵ میلادی، اشعه‌ی ایکس را به‌صورت تصادفی و هنگام انجام آزمایش دیگری کشف کرد. با این کشفِ‌ شگفت‌انگیز، دنیای پزشکی به‌طور کامل متحول شد.

در سال ۱۸۹۵، رونگتن در آزمایشگاه خود مشغول انجام آزمایشی با لوله‌ی کاتدی بود. لوله کاتدی که به آن لوله‌ی پرتوی کاتدی (Cathode Ray Tube یا CRT) نیز گفته می‌شود، دستگاهی است که در آن الکترون‌ها از یک کاتد گرم شده که سیمی از جنس تنگستن است، به سمت آند حرکت می‌کنند و یک پرتوی الکترونی تشکیل می‌دهند. این لوله‌ها به‌طور گسترده در تلویزیون‌های قدیمی، مانیتورهای کامپیوتر و اسیلوسکوپ‌ها استفاده می‌شدند.

همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، آند و کاتد داخل محفظه‌ای شیشه‌ای قرار دارند و پرتوی الکترون‌ها با حرکت از کاتد، صفحه‌‌ی فلورسنت را روشن می‌کند.

رونگتن برای جلوگیری از تابش نور فلورسنت به اطراف و خروج آن از محفظه‌ی شیشه‌ای، مقوای نازکی را در به دور لوله‌ی کاتدی پیچید، اما اتفاق بسیار عجیبی رخ داد؛ صفحه‌ی نمایش دیگری خارج از لوله و با فاصله از آن، روشن شد و شروع به درخشیدن کرد. این اتفاق به معنای عبور پرتوهایی نامریی از مقوای نازک پیچیده‌شده به دور لوله‌ی کاتدی بود.

رونگتن هیچ ایده‌ای در مورد ماهیت پرتوهای عبوری از لوله‌ی کاتدی نداشت، بنابراین نام آن‌ها را پرتوهای ایکس گذاشت. این کشفِ بزرگ، سال‌ها بعد جایزه‌ی نوبل را برای این فیزیک‌دان به ارمغان آورد. در ادامه، در مورد آنچه درون لوله‌ی کاتدی اتفاق می‌افتد، صحبت می‌کنیم.

هنگامی‌ که الکترون‌های پرانرژی و پرسرعت، داخل لوله‌ی کاتدی به قطعه‌ای فلزی مانند تنگستن برخورد می‌کنند، یکی از دو اتفاق زیر رخ می‌دهد:

• سرعت الکترون‌ها پس از برخورد به قطعه‌ی فلزی کاهش می‌یابد و انرژی جنبشی آن‌ها به انرژی دیگری تبدیل می‌شود.
• الکترون‌های پرسرعت با انرژی بالا پس از برخورد به اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی قطعه‌ی فلزی، تعدادی از الکترون‌های اتم‌های فلز را خارج می‌کنند. با جدا شدن الکترون‌ها از اتم، ساختار اتم به‌طور کلی تغییر می‌کند. الکترون‌ها در اطراف هسته‌ی اتم در لایه‌های مختلفی قرار دارند. وقتی یک الکترون جدا می‌شود، الکترون‌های دیگر مجبور می‌شوند جای خود را تغییر دهند و در یک آرایش جدید قرار بگیرند. این آرایش جدید نیز با آزاد کردن انرژی همراه است.

در هر یک از دو حالتِ فوق، انرژی به شکل اشعه‌ی ایکس می‌تابد. اشعه‌ی ایکس نوعی موج الکترومغناطیس و انرژی آن بیشتر از نور مریی و کمتر از پرتوهای گاما است. انرژی اشعه‌ی ایکس به اندازه‌‌ای زیاد است که بتواند به داخل بسیاری از مواد نفوذ و از آن‌ها عبور کند. به‌دلیل این ویژگی منحصربه‌فرد، از اشعه‌ی ایکس می‌توانیم برای تصویربرداری از اندام‌های داخلی بدن استفاده کنیم. اما قبل از توضیح این کاربرد، فرایند تولید اشعه‌ی ایکس داخل لوله‌ی کاتدی را با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم.

اشعه‌ی ایکس در فرایندی مشخص تولید می‌شود و برای تولید آن به سه چیز نیاز داریم:

• منبع الکترون
• وسیله‌ای برای دادن انرژی یا شتاب‌دار کردن الکترون‌های خارج‌شده از منبع
• وسیله‌ای برای کاهش انرژی یا شتاب‌ الکترون‌ها

در صورتِ حذف هر یک از مراحلِ فوق، اشعه‌ی ایکس تولید نخواهد شد. در تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس یا رادیوگرافی، هر سه مرحله‌ی تولید اشعه‌ی ایکس داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایکس قرار گرفته‌اند. همان‌طور که در قسمت‌های قبل اشاره کردیم، الکترون‌ها در رشته سیم کاتد که داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایکس قرار گرفته است، تولید می‌شوند. به فرایند تولید الکترون در کاتد، تابش ترمویونیک یا تابش گرمایونی (Thermionic Emission) می‌گوییم.

در این فرایند، الکترون‌ها با دریافت انرژی گرمایی کافی از سطح ماده‌ای جامد، معمولا فلز، خارج می‌شوند. هنگامی‌که جسمی را گرم می‌کنیم، اتم‌های آن شروع به ارتعاش می‌کنند و الکترون‌های لایه‌ی خارجی اتم‌های مرتعش، انرژی لازم برای رها شدن از قیدِ هسته را به‌دست می‌آورند و از سطح فلز خارج می‌شوند.

کاتد، منبع تولید الکترون است که با عبور جریان الکتریکی با مقداری مشخص، داغ می‌شود. دمای فلز به اندازه‌ای بالا می‌رود که الکترون‌ها از سطح آن جدا می‌شوند و ابر الکترونی در اطراف رشته سیم تشکیل می‌شود.

این حالت مشابه رشته سیمِ داخل لامپ رشته‌ای است. در این لامپ‌ها، جریان عبوری از رشته سیم، گرما تولید می‌کند و نور در اثر تولید گرما، ایجاد می‌شود. دمای رشته سیمِ داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایکس به حدی بالا می‌رود که الکترون‌ها از سطح فلز به بیرون پرتاب می‌شوند. در این حالت، الکترون آزاد و بدون هیچ قیدی به هسته‌ی اتم داریم که به صورت ابر الکترونی در اطراف رشته قرار گرفته‌اند. اما با این ابر الکترونی نمی‌توانیم به هدف خود که تولید اشعه‌ی ایکس است، برسیم.

همان‌طور که توضیح دادیم، برای تولید اشعه‌ی ایکس به سه مرحله نیاز داریم. مرحله‌ی اول منبع تولید الکترون بود که انجام شد. اکنون باید به الکترون‌های تولیدشده شتاب و انرژی جنبشی زیادی دهیم. برای انجام این کار ولتاژ الکتریکی به نام قله‌ی کیلوولت (Kilovoltage Peak یا kVp) اعمال می‌کنیم. پس از اعمال این ولتاژ، بار منفیِ بسیار قوی داخل رشته سیم ایجاد می‌شود و الکترون‌ها به‌دلیل نیروی دافعه‌ی ایجادشده از کاتد دور و به آند با بار مثبت نزدیک می‌شوند.

هرچه kVp بیشتر باشد، الکترون‌ها با سرعت بیشتری به آند برخورد می‌کنند و در نتیجه انرژی اشعه‌ی ایکس تولیدشده نیز بیشتر خواهد بود. اشعه‌ی ایکس با انرژی بالاتر، قدرت نفوذ بیشتری در مواد دارد. دومین مرحله‌ی تولید اشعه‌ی X نیز با موفقیت طی شد. تا اینجا با اعمال جریان الکتریکی به کاتد و افزایش دمای آن، تعدادی الکترون از سطح فلز جدا شدند و با اعمال ولتاژ kVP، الکترون‌های آزادشده انرژی زیادی به‌دست آوردند و به سمت آند حرکت و با آن برخورد کردند.

مقدار ولتاژ الکتریکی اعمال‌شده برای شتاب گرفتن الکترون‌ها و حرکت دادن آن‌ها از کاتد به سمت آند به‌طور معمول بین ۲۰ تا ۱۵۰ کیلوولت است. قطب منفی منبع ولتاژ‌ را به کاتد و قطب مثبت آن را به آند وصل می‌کنیم. برای آنکه الکترون‌ها در مسیر حرکت خود از کاتد به آند انرژی جنبشی خود را در اثر برخورد با مولکول‌های هوا از دست ندهند، هوای داخل لوله را خارج و محیطی با خلأ مناسب ایجاد می‌کنیم.

اکنون به آخرین مرحله برای تولید اشعه‌ی ایکس رسیده‌ایم؛ کاهش انرژی جنبشی الکترون‌ها. الکترون‌ها با انرژی جنبشی بسیار زیاد به آند برخورد می‌کنند و انرژی جنبشی آن‌ها کاهش می‌یابد و به شکل گرما یا اشعه‌ی ایکس آزاد می‌شود. بیش از ۹۹ درصد برخوردها، منجر به تولید گرما می‌شوند. این به دلیل برخورد الکترون‌ها با الکترون‌های دیگر در ماده هدف است.

تعداد کمی از الکترون‌ها به نزدیکی هسته‌ی اتمی در ماده‌ی هدف می‌رسند. بار مثبت هسته، الکترون‌ها را جذب و کند می‌کند. این کند شدن باعث می‌شود که الکترون‌ها انرژی خود را به صورت اشعه‌ی ایکس آزاد کنند. به این پدیده، «تابش ترمزی» می‌گوییم که در تصویر زیر نشان داده شده است.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، الکترون با سرعت زیاد به هسته‌ی اتم نزدیک می‌شود، اما به‌دلیل نیروی جاذبه‌ی بین هسته و الکترون، سرعت الکترون، کاهش می‌یابد و مسیر آن تغییر می‌کند. تفاوت بین انرژی الکترون به هنگام نزدیک شدن به هسته و دور شدن از آن، به‌صورت اشعه‌ی ایکس آزاد می‌شود.

اشعه‌ی ایکس به‌دلیل حرکت الکترون‌ها داخل اتم نیز تولید می‌شود. الکترون‌ها در اطراف هسته در لایه‌های مختلفی به نام اوربیتال یا تراز انرژی قرار می‌گیرند. هر اوربیتال می‌تواند تعداد مشخصی الکترون را در خود جای دهد. الکترون‌ها در این اوربیتال‌ها به دور هسته می‌چرخند و ابر الکترونی را تشکیل می‌دهند. هنگامی‌که یک الکترون پرانرژی با یک الکترون درونی اتم تنگستن برخورد و آن را از مدار خود خارج می‌کند، یک خلأ الکترونی در اتم ایجاد می‌شود. برای پر کردن این خلأ، الکترونی از لایه‌ی بیرونی به لایه‌ی داخلی جهش می‌کند. جهش الکترون از لایه‌ی بیرونی به لایه‌ی درونی با آزاد شدن انرژی به شکل تابش اشعه‌ی ایکس همراه است.

انرژی اشعه‌ی ایکس تولیدشده به جریان عبوری از لوله‌ی کاتدی، ولتاژ‌ اعمال‌شده به دو سر کاتد و آند (kVp) و زمان تابش بستگی دارد. با افزایش جریان عبوری، تعداد الکترون‌های تولیدشده داخل لوله‌ی کاتدی افزایش می‌یابد. افزایش تعداد الکترون‌ها به معنای افزایش تعداد فوتون‌ها و افزایش تعداد هر کمیتی به معنای بیشتر شدن شدت آن کمیت است.

تغییر ولتاژ kVp و اثر آن بر انرژی اشعه‌ی ایکس اندکی متفاوت است. با افزایش این ولتاژ، انرژی الکترون‌ها داخل لوله‌ی اشعه‌ی ایکس افزایش می‌یابد، نه تعداد آن‌ها. به بیان دیگر، الکترون‌ها با افزایش ولتاژ، سریع‌تر حرکت می‌کنند. افزایش انرژی الکترون‌ها به‌طور مستقیم انرژی اشعه‌ی ایکس تولید شده را افزایش می‌دهد. در این حالت می‌توانیم کیفیت پرتوی تولیدشده را تعیین کنیم.

همچنین، با افزایش انرژی الکترون‌ها، مقدار اشعه‌ی ایکس تولیدشده نیز افزایش خواهد یافت. دلیل این موضوع آن است که الکترون‌هایی با انرژی بالاتر با احتمال بیشتری اشعه‌ی ایکس تولید می‌کنند. درنتیجه، افزایش ولتاژ اعمالی به دو سر کاتد و آند، مقدار و انرژی اشعه‌ی ایکس تولیدشده را افزایش می‌دهد.

هرچه زمان تابش (مدت زمان حرکت الکترون‌ها در لوله‌ی اشعه‌ی ایکس) بیشتر باشد، تعداد فوتون‌های اشعه‌ی ایکس یا مقدار اشعه‌ی ایکس تولیدشده نیز افزایش می‌یابد. مدیریت و کنترل این زمان برای تنظیم کیفیت و مقدار پرتوهای ایکس تولیدشده بسیار مهم است، به‌خصوص در کاربردهای پزشکی و علمی که دوز تابش باید دقیق تنظیم شود تا بهترین نتیجه به‌دست بیاید.

تا اینجا فهمیدیم که برای تولید اشعه‌ی ایکس به منبعی برای تولید الکترون، وسیله‌ای برای شتاب‌دار کردن الکترون‌های خروجی و وسیله‌ای برای کاهش سرعت آن‌ها نیاز داریم. پس از تولید اشعه‌ی ایکس، می‌توانیم از آن برای تصویربرداری از اندام‌های داخلی بدن و تشخیص بیماری‌های مختلف استفاده کنیم. قبل از صحبت در مورد تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس، کمی در مورد برهم‌کنش اشعه‌ی ایکس با ماده صحبت می‌کنیم.

انرژی پرتوی ایکس تولیدشده به‌اندازه‌ای زیاد است که بتواند به داخل بسیاری از مواد نفوذ کند. مقدار نفوذ این پرتو به نوع ماده بستگی دارد. باتوجه‌به ولتاژ اعمال‌شده بین کاتد و آند در لوله‌ی اشعه‌ی ایکس، انرژی اشعه‌ی ایکس تولیدشده تغییر می‌کند. پرتوی ایکس با محدوده‌ی انرژی مشخصی برای تصویربرداری استفاده می‌شود. در این محدوده‌ی انرژی، سه نوع برهم‌کنش رخ می‌دهند:

• برهم‌کنش با الکترون‌های اتمی: این برهم‌کنش زمانی رخ می‌دهد که پرتوهای ایکس با الکترون‌های بیرونی اتم‌ها برخورد می‌کنند.
• برهم‌کنش با نوکلئون‌ها (نوترون‌ها و پروتون‌ها): در این برهم‌کنش، اشعه‌ی ایکس می‌تواند با ذرات داخل هسته‌ی اتم مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها برهم‌کنش داشته باشند. این برهم‌کنش در محدوده‌ی انرژی‌هایی که معمولاً برای تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شوند، کمتر رخ می‌دهد.
• برهم‌کنش با میدان‌های الکتریکی مرتبط با الکترون‌ها و هسته‌های اتمی: پرتوهای ایکس می‌توانند با میدان‌های الکتریکی هسته‌ها و میدان‌ الکتریکی که الکترون‌ها اطراف هسته‌ها ایجاد می‌کنند، برهم‌کنش داشته باشند. این برهم‌کنش‌ها باعث انحراف پرتوهای ایکس می‌شوند که به آن‌ها پراکندگی می‌گویند.

در نتیجه‌ی این برهم‌کنش‌ها، فوتون‌های پرتوی ایکس می‌توانند به‌طور کامل جذب شوند (جذب کامل)، به شکل الاستیک یا کشسان (پراکندگی بدون تغییر انرژی) یا به شکل غیرالاستیک یا غیرکشسان (پراکندگی با تغییر انرژی) پراکنده شوند. در تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس، کاهش شدت تابش یا کاهش تعداد فوتون‌هایی که به آشکارساز می‌رشند، یکی از مهم‌ترین فرایندها است. این فرایند را معمولاً به‌عنوان تضعیف (Attenuation) می‌شناسیم.

ماده‌ای همگن به طول x را در نظر بگیرید که پرتوی ایکس تک‌فام به آن می‌تابد. پرتوی ایکس تک‌فام طول موج و انرژی معینی دارد و از پرتوهای ایکس با طول موج‌های مختلف تشکیل نشده است. استفاده از پرتوهای ایکس تک‌فام می‌تواند به بهبود دقت و کیفیت تصاویر کمک کند. شدت اشعه‌ی ایکس پس از برخورد به ماده و عبور از آن، به صورت نمایی تضعیف می‌شود.

رابطه‌ی فوق نشان می‌دهد که شدت پرتوی ایکس با افزایش طول ماده و ضریب جذب آن، کاهش می‌یابد. نسبت شدت پرتوی ایکس تابیده‌شده به شدت پرتوی خروجی نقش مهمی را در تصویربرداری سی‌تی‌اسکن ایفا می‌کند که در ادامه در مورد آن توضیح می‌دهیم.

در اثر فوتوالکتریک، انرژی فوتون اشعه‌ی ایکس، بزرگ‌تر از انرژی پیوندی الکترون در اتم ماده‌ی هدف است. در این حالت، تمام انرژی پرتوی اشعه‌ی ایکس،‌ صرفِ آزادسازی الکترون از لایه‌ی داخلی اتم خواهد شد. پس از خروج الکترون از لایه‌ی داخلی، حفره‌ای در محل آن تشکیل می‌شود. در این حالت، الکترونی از لایه‌ی بیرونی‌تر با جهش به لایه‌ی پایین‌تر و محل تشکیل حفره، آن را پر می‌کند.

ازآنجاکه که الکترونِ لایه‌ی بیرونی در حالت انرژی بالاتری قرار دارد، جهشِ آن به لایه‌ی درونی‌تر و محل تشکیل حفره، با آزاد شدن فوتونی با انرژی مشخص همراه خواهد بود. برای موادی با ساختاری مشابه بافت‌های بدن انسان، انرژی پیوندی الکترون‌های لایه‌ی k (داخلی‌ترین لایه‌ی الکترونی اتم با دو الکترون) بسیار کوچک است. بنابراین، فوتون‌های پرتوی ایکس تقریباً تمام انرژی خود را به فوتوالکترون‌ها منتقل می‌کنند. این فرآیند باعث می‌شود که فوتوالکترون‌ها با انرژی بالا از اتم جدا شوند که از این ویژگی در تصویربرداری پزشکی برای ایجاد تصاویر دقیق از بافت‌های نرم استفاده می‌کنیم.

در پرتوهای ایکس با انرژی بالا، پدیده‌ی پراکندگی کامپتون به‌عنوان غالب‌ترین نوع برهم‌کنش بین پرتو و ماده‌ای مانند بافت‌های زیستی شناخته می‌شود. پراکندگی کامپتون مشابهِ برخورد یک توپ بیلیارد با توپی دیگر است. در این برخورد، توپ اول (فوتون) بخشی از انرژی خود را به توپ دوم (الکترون) منتقل می‌کند و از مسیر اولیه خود با زاویه‌ای بین صفر تا ۱۸۰ درجه منحرف می‌شود.

پراکندگی ریلی، فرایندی هم‌فاز و پراکندگی غالب در انرژی‌های پایین پرتوی ایکس است. به‌طور معمول، این پراکندگی پس از برهم‌کنش موج ورودی با الکترون‌های لایه‌ی خارجی رخ می‌دهد و در آن هیچ الکترونی از اتم خارح نمی‌شود، بلکه الکترون‌ها و به‌دنبال آن کلِ اتم نوسان می‌کنند. این فرایند معمولاً تأثیر کمی بر تضعیف پرتوهای ایکس در تصویربرداری دارد.

تا اینجا با انواع برهم‌کنش‌های اشعه‌ی ایکس با ماده (اعضای داخلی بدن) آشنا شدیم. در ادامه، در مورد تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس صحبت می‌کنیم.

همان‌طور که در قسمت قبل توضیح دادیم، اشعه‌ی ایکس می‌تواند به درون مواد مختلف، مانند بافت‌های داخلی بدن انسان، نفوذ کند. به‌دلیل این ویژگی‌ جذاب، پزشکان از اشعه‌ی ایکس برای تصویربرداری از اندام‌های داخلی بدن، مانند استخوان‌ها، بدون آسیب رساندن به آن‌ها، استفاده می‌کنند. در حالت کلی اشعه‌ی ایکس هیچ ضرری برای اندام‌های داخلی بدن ندارد، اما این اشعه با احتمال کوچکی ممکن است به جهش ژنتیکی در اندام تناسلی و بافت‌هایی مانند تیرویید منجر شود، بنابراین معمولاً هنگام عکس‌برداری، بیمار لباس مخصوصی می‌پوشد.

همان‌طور که در بخش قبل اشاره کردیم اشعه‌ی ایکس هنگام برهم‌کنش با ماده با الکترون‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن برخورد می‌کند و ممکن است با انتقال تمام انرژی خود به ماده، به‌طور کامل جذب یا تنها بخشی از انرژی خود را به ماده دهد و پراکنده شود. فرکانس اشعه‌ی ایکس پراکنده‌شده به تعداد الکترون‌هایی بستگی دارد که با آن‌ها برخورد کرده است.

اگر ماده‌ی هدف چگالی یا عدد اتمی بالایی (مانند طلا یا پلاتین) داشته باشد، اشعه‌ی ایکس تابیده‌شده با احتمال بالاتری با الکترون‌های بیشتری برخورد می‌کند. استخوان‌ها چگالی بالایی دارند و از کلسیم با عدد اتمی ۲۰ ساخته شده‌اند، در نتیجه اشعه‌ی ایکس را به‌خوبی جذب می‌کنند.

در مقابل، بافت‌های نرم مانند ریه و ماهیچه‌ها چگالی بالایی ندارند و از موادی با عدد اتمی پایین‌تر مانند کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. ازاین‌رو، بیشتر اشعه‌ی ایکس هنگام برخورد به این بافت‌ها، به داخل آن‌ها نفوذ می‌کند و تصویر گرفته‌شده از این قسمت‌ها تاریک‌تر است.

تصویرهای دوبعدی تهیه‌شده تا حدی به پزشکان در تشخیص بیماری‌ها کمک می‌کنند. اشعه‌ی ایکس به هنگام عبور از بدن با اتم‌های زیادی در مسیر خود برهم‌کنش دارد، بنابراین تصویر به‌دست‌آمده تمام این برهم‌کنش‌ها را منعکس می‌کند. این حالت مشابه چاپ کتابی ۱۰۰ صفحه‌ای روی تنها یک کاغذ است. در نتیجه، برای تشخیص دقیق‌تر بیماری‌ها، اشعه‌ی ایکس باید از زوایای مختلفی وارد بدن شود و از تصاویر مختلف در زوایای مختلف برای تشخیص استفاده کنیم. به این حالت سی‌تی‌اسکن (Computed Tomography Scan یا CT) می‌گوییم.

فرض کنید بیماری تومور دارد؛ تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس در یک زاویه به ما تغییرات چگالی به‌دلیل تومور جامد را نشان می‌دهد و هیچ اطلاعی در مورد شکل ظاهری تومور نمی‌دهد. اما تابش اشعه‌ی ایکس با زوایای مختلف به ما اطلاعاتی را در رابطه با شکل و موقعیت تومور می‌دهد. در دستگاه سی‌تی‌اسکن، پرتوهای اشعه‌ی ایکس به شکل مخروط و با چرخش بیمار در زوایای مختلف به بدن بیمار تابیده می‌شوند.

در تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس، پرتو با شدت اولیه‌ی I0 به بدن می‌تابد و پس از جذب، با شدت I به آشکارساز می‌رسد. به نسبت I/I0 شدت کسری انتقال‌یافته می‌گوییم و به ما مقدار پرتوی ایکس جذب‌شده را نشان می‌دهد. همان‌طور که گفتیم در سی‌تی‌اسکن، پرتوی ایکس در زوایای مختلف به بدن می‌تابد. پرتوها از مواد مختلفی مانند هوا، استخوان‌ها و بافت‌های نرم عبور می‌کنند و با شدت‌های مختلفی به آشکارساز می‌رسند. به‌کمک لگاریتم نسبت I/I0 برای مسیرهای متفاوت پرتو می‌توانیم اطلاعات لازم را برای تصویربرداری دقیق از ساختار داخلی بدن جمع‌آوری کنیم.

کنتراست در تصویر کلی به تفاوتِ چگالی ساختارهای بدن و ضخامت آن ساختارها بستگی دارد. هرچه تفاوت در چگالی یا ضخامت دو ساختار مجاور بیشتر باشد، کنتراست بین آن ساختارها در تصویر بیشتر خواهد بود. از افزایش یا کاهش غیرمنتظره‌ در چگالی یک ساختارِ شناخته شده می‌توان برای تعیین ناهنجاری‌ها استفاده کرد. تصویر زیر تغییرات غیرعادیِ تراکم پرتوهای ایکس را در عکس رادیوگرافی از قفسه‌ی سینه را نشان می‌دهد.

سمت راست تصویر و در منطقه‌ی دایره‌ی سبزرنگ، ناحیه‌ی بزرگی با افزایش تراکم دیده می‌شود که باعث افزایش سفیدی در این بخش از تصویر شده و به‌طور غیرطبیعی روشن‌تر است. سمت چپ تصویر و در منطقه‌ی دایره‌ی قرمزرنگ، تراکم دنده‌ی خلفی کاهش یافته است، بنابراین این قسمت نسبت به حالت عادی سیاه‌تر دیده می‌شود. ناحیه سیاه‌تر عبور بیشترِ اشعه‌ی ایکس و جذبِ کمتر آن را نشان می‌دهد. این کاهش تراکم می‌تواند به علت تخریب یا فقدان بافت استخوانی در این ناحیه باشد. به این ترتیب به کمک اشعه‌ی ایکس می‌توانیم تغییرات اندام‌های داخلی بدن را به‌دقت بررسی کنیم.

کشف تصادفی اشعه‌ی ایکس، پنجره‌ای را به اعماق بدن انسان گشود و انقلابی در دنیای پزشکی ایجاد کرد. این پرتوهای نامرئی، با نفوذ به اعماق بدن، رازهای پنهان بیماری‌ها را برملا می‌کنند و به پزشکان اجازه می‌دهند تا با دقتی شگفت‌انگیز، ساختارهای داخلی بدن را بررسی کنند.

از تشخیص شکستگی‌های ساده تا شناسایی تومورهای پیچیده، اشعه ایکس همواره یار همراه پزشکان در نبرد با بیماری‌ها بوده است. با پیشرفت تکنولوژی و ظهور روش‌های جدید تصویربرداری، آینده‌ی رادیولوژی بسیار روشن است و می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ای نزدیک، شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در این حوزه باشیم.