เครื่องเอ็กซ์เรย์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้รังสีเอ็กซ์ในการใช้งานหลากหลายประเภท รวมถึงทางการแพทย์ การวิเคราะห์ ด้วยรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ การตรวจสอบชิ้นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และการวัดความหนาของวัสดุในกระบวนการผลิต ในทางการแพทย์นักรังสีวิทยา จะใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ เพื่อถ่ายภาพรังสีเอกซ์ของโครงสร้างภายใน (เช่น กระดูก) ของสิ่งมีชีวิต และยังใช้ในการฆ่าเชื้อด้วย

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์จะมีหลอดรังสีเอกซ์เพื่อผลิตรังสีเอกซ์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไอโซโทปรังสี เพื่อสร้างรังสีเอกซ์ได้อีกด้วย ^{[ 1 ]}

หลอดเอ็กซ์เรย์เป็นหลอดสุญญากาศ อย่างง่าย ที่มีแคโทดซึ่งทำหน้าที่นำกระแสอิเล็กตรอนเข้าสู่สุญญากาศ และแอโนดซึ่งทำหน้าที่รวบรวมอิเล็กตรอนและทำจากทังสเตนเพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากการชน เมื่ออิเล็กตรอนชนกับเป้าหมาย ประมาณ 1% ของพลังงานที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยออกมาเป็นรังสีเอ็กซ์โดยอีก 99% ที่เหลือจะถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อน เนื่องจากพลังงานสูงของอิเล็กตรอนที่มีความเร็วระดับสัมพัทธภาพ เป้าหมายจึงมักทำจากทังสเตนแม้ว่าวัสดุอื่นก็สามารถใช้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งาน XRF

เครื่องกำเนิดรังสีเอ็กซ์ยังจำเป็นต้องมีระบบระบายความร้อนเพื่อระบายความร้อนให้กับขั้วบวก เครื่องกำเนิดรังสีเอ็กซ์จำนวนมากใช้ระบบหมุนเวียนน้ำหรือน้ำมัน^{[ 2 ]}

ในการใช้งานด้านการถ่ายภาพทางการแพทย์ เครื่องเอกซเรย์จะมีแผงควบคุมที่นักเทคนิคด้านรังสีวิทยาใช้ในการเลือกเทคนิคเอกซเรย์ที่เหมาะสมสำหรับการตรวจนั้นๆ แหล่งจ่ายไฟที่สร้างและผลิตค่า kVp (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด) และ mA (มิลลิแอมป์ ซึ่งบางครั้งเรียกว่า mAs ซึ่งจริงๆ แล้วคือ mA คูณด้วยระยะเวลาการฉายรังสีที่ต้องการ) ที่ต้องการสำหรับหลอดเอกซเรย์ และตัวหลอดเอกซเรย์เอง

การค้นพบรังสีเอกซ์มาจากการทดลองด้วยหลอดครูกส์ซึ่งเป็นหลอดปล่อยประจุไฟฟ้าแบบทดลองรุ่นแรกๆ ที่คิดค้นโดยวิลเลียม ครูกส์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ในช่วงปี ค.ศ. 1869–1875 ในปี ค.ศ. 1895 วิลเฮล์ม รอนต์เกนค้นพบรังสีเอกซ์ที่แผ่ออกมาจากหลอดครูกส์ และการใช้งานต่างๆ ของรังสีเอกซ์ก็ปรากฏชัดเจนในทันที หนึ่งในภาพถ่ายรังสีเอกซ์ภาพแรกๆ ถ่ายจากมือของภรรยาของรอนต์เกน ภาพนั้นแสดงให้เห็นทั้งแหวนแต่งงานและกระดูกของเธอ ในวันที่ 18 มกราคม ค.ศ. 1896 เฮนรี หลุยส์ สมิธ ได้จัดแสดง เครื่องรังสีเอกซ์อย่างเป็นทางการ และเครื่องที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ถูกนำเสนอต่อสาธารณชนในงานมหกรรมโลกปี ค.ศ. 1904โดยแคลเรนซ์ ดัลลี^{[ 3 ]}เทคโนโลยีพัฒนาอย่างรวดเร็ว: ในปี พ.ศ. 2452 Mónico Sánchez Morenoได้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบพกพาเครื่องแรก และในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 Marie Curieได้เป็นผู้นำในการพัฒนาเครื่องเอ็กซ์เรย์ที่ติดตั้งใน "รถรังสีวิทยา" เพื่อให้บริการเอ็กซ์เรย์เคลื่อนที่สำหรับโรงพยาบาลสนามทางทหาร

ในช่วงทศวรรษ 1940 และ 1950 เครื่องเอ็กซ์เรย์ถูกนำมาใช้ในร้านค้าเพื่อช่วยในการขายรองเท้า เครื่องมือเหล่านี้รู้จักกันในชื่อฟลูออโรสโคปสำหรับวัดขนาดรองเท้าอย่างไรก็ตาม เมื่อมีการพิจารณาถึงผลกระทบที่เป็นอันตรายของรังสีเอ็กซ์เรย์ อย่างเหมาะสม เครื่องมือเหล่านี้จึงค่อยๆ เลิกใช้ไป การใช้เครื่องมือนี้ในการวัดขนาดรองเท้าถูกห้ามเป็นครั้งแรกโดยรัฐเพนซิลเวเนีย ในปี 1957 (เครื่องมือเหล่านี้เป็นเพียงเครื่องมือทางการตลาดที่ชาญฉลาดเพื่อดึงดูดลูกค้ามากกว่าจะเป็นเครื่องมือช่วยในการวัดขนาดรองเท้า) จอห์น จี . ทรัมป์ร่วมกับโรเบิร์ต เจ. แวน เดอ กราฟ ฟ์ พัฒนาเครื่องกำเนิดรังสีเอ็กซ์ขนาด 1 ล้านโวลต์เครื่องแรกๆ ขึ้นมา

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องเอ็กซ์เรย์ที่ใช้เทคโนโลยีฟิล์มแบบดั้งเดิมเริ่มกลายเป็นสินค้าโภคภัณฑ์

เทคโนโลยีได้ก้าวหน้าไปอีกขั้นในช่วงทศวรรษ 2000 เมื่อนักฟิสิกส์ที่CERNพัฒนาวิธีการใหม่ในการสังเกตอนุภาค นั่นคือเครื่องตรวจจับพิกเซลแบบไฮบริด วิธีนี้มีความแม่นยำกว่าการถ่ายภาพรังสีฟิล์ม เนื่องจากแปลงพลังงานของแต่ละอนุภาคเป็นข้อมูล^{[ 4 ]}ชิปตัวแรกได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1990 ^{[ 5 ]}และในช่วงทศวรรษ 2010 เทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ มันถูกใช้ในเครื่องจักรหลากหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการถ่ายภาพรังสีเอกซ์คอมพิวเตอร์แบบนับโฟตอน

ระบบถ่ายภาพเอกซเรย์ประกอบด้วย คอนโซลควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งผู้ปฏิบัติงานจะเลือกเทคนิคที่ต้องการเพื่อให้ได้ภาพที่อ่านได้คุณภาพดี (kVp, mA และเวลาการฉายรังสี) เครื่องกำเนิดเอกซเรย์ซึ่งควบคุมกระแสไฟฟ้าของหลอดเอกซเรย์ แรงดันไฟฟ้าของหลอดเอกซเรย์ และเวลาการฉายรังสีหลอดเอกซเรย์ซึ่งแปลงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าให้เป็นเอกซเรย์จริง และระบบตรวจจับภาพซึ่งอาจเป็นฟิล์ม (เทคโนโลยีอนาล็อก) หรือระบบจับภาพดิจิทัลและ PACS

เครื่องเอกซเรย์ถูกนำมาใช้ในด้านการดูแลสุขภาพเพื่อดูโครงสร้างกระดูก ระหว่างการผ่าตัด (โดยเฉพาะศัลยกรรมกระดูก) เพื่อช่วยศัลยแพทย์ในการเชื่อมต่อกระดูกที่หักด้วยสกรูหรือแผ่นโลหะ ช่วยแพทย์โรคหัวใจในการระบุตำแหน่งหลอดเลือดแดงที่อุดตันและนำทางการใส่ขดลวดหรือการทำหัตถการขยายหลอดเลือด และสำหรับเนื้อเยื่อหนาแน่นอื่นๆ เช่นเนื้องอกการใช้งานที่ไม่เกี่ยวข้องกับการแพทย์ ได้แก่การรักษาความปลอดภัยและการวิเคราะห์วัสดุ

สาขาหลักๆ ที่ใช้เครื่องเอกซเรย์ในทางการแพทย์ ได้แก่การถ่ายภาพรังสีการรักษาด้วยรังสีและการตรวจวินิจฉัยด้วยฟลูออโรสโคปี

โดยทั่วไปแล้ว การถ่ายภาพรังสีใช้สำหรับการสร้างภาพที่รวดเร็วและทะลุทะลวงสูง และมักใช้ในบริเวณที่มีกระดูกมาก แต่ก็สามารถใช้ตรวจหาเนื้องอกได้เช่นกัน เช่นเดียวกับการถ่ายภาพแมมโมแกรม รูปแบบการถ่ายภาพรังสีบางอย่าง ได้แก่:

• ภาพถ่ายรังสีออร์โธแพนโทโมแกรม — ภาพถ่ายรังสีเอกซ์แบบพาโนรามาของขากรรไกรที่แสดงให้เห็นฟันทั้งหมดในคราวเดียว
• แมมโมแกรม — การถ่ายภาพรังสีเอกซ์ของเนื้อเยื่อเต้านม
• โทโมกราฟี — การถ่ายภาพเอกซเรย์เป็นส่วนๆ

รังสีเอกซ์เป็นรังสีไอออน ไนซ์ที่มีอำนาจทะลุทะลวงสูง ดังนั้นจึงใช้เครื่องเอกซ์เรย์ในการถ่ายภาพเนื้อเยื่อที่มีความหนาแน่นสูง เช่น กระดูกและฟัน เนื่องจากกระดูกดูดซับรังสีได้มากกว่าเนื้อเยื่ออ่อน ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า รังสีเอกซ์จากแหล่งกำเนิดจะทะลุผ่านร่างกายและไปตกกระทบบนตลับฟิล์มถ่ายภาพ บริเวณที่รังสีถูกดูดซับจะปรากฏเป็นสีเทาอ่อน (ใกล้เคียงกับสีขาว) ซึ่งสามารถใช้วินิจฉัยกระดูกหักหรือร้าวได้

รังสีรักษาคือการใช้รังสีเอกซ์ในการรักษาเซลล์มะเร็ง ทั้งชนิดร้ายแรงและไม่ร้ายแรง เป็นการรักษาที่ไม่ใช้ภาพถ่ายทางการแพทย์

การตรวจด้วยฟลูออโรสโคปีใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องเห็นภาพแบบเรียลไทม์ (และพบเห็นได้บ่อยที่สุดในชีวิตประจำวัน เช่นการตรวจรักษาความปลอดภัยในสนามบิน ) การประยุกต์ใช้ฟลูออโรสโคปีในทางการแพทย์บางส่วน ได้แก่:

• การตรวจ หลอดเลือดด้วยรังสี (Angiography) — ใช้ในการตรวจสอบ หลอดเลือด แบบเรียลไทม์ ควบคู่ไปกับการใส่ขดลวดและการรักษาอื่นๆ เพื่อซ่อมแซมหลอดเลือดที่อุดตัน
• การสวนแบเรียม — วิธีการที่ใช้ในการตรวจวินิจฉัยปัญหาของลำไส้ใหญ่และระบบทางเดินอาหาร ส่วนล่าง
• การกลืนแบเรียม — คล้ายกับการสวนแบเรียม แต่ใช้เพื่อตรวจระบบทางเดินอาหารส่วนบน
• การตรวจชิ้นเนื้อ — การนำเนื้อเยื่อออกเพื่อตรวจวิเคราะห์
• การจัดการความเจ็บปวด — ใช้เพื่อมองเห็นและนำทางเข็มสำหรับการฉีดยาแก้ปวด สเตียรอยด์ หรือยาระงับความเจ็บปวดทั่วบริเวณกระดูกสันหลัง
• ขั้นตอนการผ่าตัดกระดูกและข้อ — ใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งและการถอดแผ่นเสริมโครงสร้างกระดูก แท่งโลหะ และอุปกรณ์ยึดต่างๆ ที่ใช้เพื่อช่วยในกระบวนการรักษาและการจัดเรียงโครงสร้างกระดูกให้สมานกันอย่างเหมาะสม
• การถ่ายภาพระบบทางเดินอาหารทำได้โดยใช้สารทึบรังสีเช่นแบเรียมซัลเฟตซึ่งทึบรังสีเอกซ์

เครื่องเอ็กซ์เรย์ใช้สำหรับตรวจสอบวัตถุโดยไม่ทำลายวัตถุนั้น กระเป๋าเดินทางที่สนามบินและกระเป๋าของนักเรียนในบางโรงเรียนจะถูกตรวจสอบเพื่อหาอาวุธที่อาจซ่อนอยู่ รวมถึงระเบิด ราคาของเครื่องเอ็กซ์เรย์กระเป๋าเดินทางเหล่านี้แตกต่างกันไปตั้งแต่ 50,000 ถึง 300,000 ดอลลาร์สหรัฐ ส่วนประกอบหลักของระบบตรวจสอบกระเป๋าเดินทางด้วยเอ็กซ์เรย์ ได้แก่ เครื่องกำเนิดรังสีเอ็กซ์ ตัวตรวจจับรังสีหลังจากผ่านกระเป๋า หน่วยประมวลผลสัญญาณ (โดยปกติคือพีซี) เพื่อประมวลผลสัญญาณที่เข้ามาจากตัวตรวจจับ และระบบสายพานลำเลียงสำหรับเคลื่อนย้ายกระเป๋าเข้าสู่ระบบ เครื่องกำเนิดรังสีเอ็กซ์แบบพกพาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ซึ่งใช้ในงานรักษาความปลอดภัยดังแสดงในรูป ช่วยให้เจ้าหน้าที่กู้ระเบิดสามารถวิเคราะห์อันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้น

เมื่อวางสัมภาระลงบนสายพานลำเลียงแล้ว พนักงานจะเคลื่อนย้ายสัมภาระเข้าไปในเครื่อง ภายในเครื่องจะมี ชุดส่งและรับสัญญาณ อินฟราเรดเพื่อตรวจจับสัมภาระเมื่อเข้าสู่ช่องทางเดิน ชุดส่งสัญญาณนี้จะไปเปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบประมวลผลสัญญาณ ระบบประมวลผลสัญญาณจะประมวลผลสัญญาณที่เข้ามาจากตัวตรวจจับและสร้างภาพขึ้นมาใหม่โดยพิจารณาจากชนิดของวัสดุและความหนาแน่นของวัสดุภายในสัมภาระ จากนั้นภาพที่ได้จะถูกส่งไปยังจอแสดงผล

สีของภาพที่แสดงขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุและความหนาแน่นของวัสดุ การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์จะอิงตามตารางธาตุ^{[ 6 ]}ธาตุตั้งแต่ 1 ถึง 10 เช่น ไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจน ซึ่งจัดเป็นวัสดุอินทรีย์ จะมีสีส้ม วัสดุเหล่านี้ได้แก่ กระดาษ เสื้อผ้า อาหารส่วนใหญ่ และวัตถุระเบิดส่วนใหญ่

ธาตุหมายเลข 19 ถึง 56 เช่น ไทเทเนียม เหล็ก ทองแดง เซอร์โคเนียม เงิน และดีบุก ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มวัสดุอนินทรีย์ จะปรากฏเป็นเฉดสีฟ้า

สีเขียวใช้สำหรับสิ่งที่อาจเรียกว่ากลุ่มผสมกลุ่มผสมประกอบด้วยธาตุลำดับที่ 11 ถึง 18 เช่น โซเดียม อะลูมิเนียม และคลอรีน นอกจากนี้ยังรวมถึงวัสดุที่เป็นส่วนผสมของธาตุต่างๆ ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นสีส้มและสีเขียว หรือสีส้มและสีน้ำเงิน

ตัวอย่างเช่น วัสดุ PVC PVC ประกอบด้วยคาร์บอน (สีส้ม) ไฮโดรเจน (สีส้ม) และคลอไรด์ (สีเขียว) อีกตัวอย่างหนึ่งคือปุ๋ยบางชนิด เช่น แอมโมเนียมไนเตรตที่มีโพแทสเซียม แอมโมเนียมไนเตรตประกอบด้วยไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน (ทั้งหมดสีส้ม) และโพแทสเซียม (สีน้ำเงิน) เมื่อวัสดุเหล่านี้ถูกนำเสนอต่อเครื่องเอ็กซ์เรย์ โดยขึ้นอยู่กับส่วนผสมของวัสดุ อาจแสดงผลเป็นวัสดุผสมสีเขียวได้

เหตุผลที่สามสำหรับการใช้สีเขียวคือ ในกรณีที่วัสดุหนึ่ง เช่น ทองแดง วางทับวัสดุอื่น เช่น ไม้ โดยปกติแล้วทองแดงจะเป็นสีน้ำเงินและไม้จะเป็นสีส้ม แต่ในจุดที่วัสดุทั้งสองวางทับกัน เครื่องจักรจะมองเห็นเป็นส่วนผสมและจะใช้สีเขียว

ธาตุตั้งแต่ 57 ขึ้นไป เช่น แพลทินัม ปรอท ทองคำ และตะกั่ว จะแสดงด้วยสีดำ สีดำนี้จะถูกใช้ในกรณีที่มีความหนาแน่นสูงมากจนทำให้เครื่องเอ็กซ์เรย์ไม่สามารถวิเคราะห์วัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องบางเครื่องอาจแสดงค่าความหนาแน่นโดยใช้สีเหลืองอมเขียวหรือสีแดง

ความเข้มของสีขึ้นอยู่กับความหนาแน่นหรือความหนาของวัสดุ ยิ่งวัสดุหนาหรือแน่นมากเท่าไร สีที่ใช้ก็จะยิ่งเข้มขึ้นเท่านั้น

การหาค่าความหนาแน่นของวัสดุทำได้โดยใช้ตัวตรวจจับสองชั้น โดยชั้นของพิกเซลตัวตรวจจับจะถูกคั่นด้วยแถบโลหะ โลหะจะดูดซับรังสีอ่อน ทำให้คลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าและทะลุทะลวงได้ดีกว่าผ่านไปยังชั้นล่างของตัวตรวจจับ ทำให้ตัวตรวจจับนี้กลายเป็นสเปกโทรเมตรแบบสองแถบอย่างง่ายๆ

ในปี 2555 คณะกรรมาธิการยุโรปด้านการป้องกันรังสีได้กำหนดขีดจำกัดรังสีรั่วไหลจากเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ เช่น หลอดรังสีเอกซ์และเครื่อง CT ไว้ที่ 1 mGy/ชั่วโมง ที่ระยะห่าง 1 เมตรจากเครื่อง^{[ 7 ]}

ฟิล์มของท่อนาโนคาร์บอน (เป็นแคโทด) ที่ปล่อยอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิห้องเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าได้รับการประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ สามารถวางอาร์เรย์ของตัวปล่อยเหล่านี้ไว้รอบวัตถุเป้าหมายที่จะสแกน และภาพจากตัวปล่อยแต่ละตัวสามารถประกอบเข้าด้วยกันโดยซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้ภาพสามมิติของเป้าหมายในเวลาเพียงเศษเสี้ยวของเวลาที่ใช้โดยใช้อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์แบบดั้งเดิม ระบบนี้ยังช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ทำให้สามารถสร้างภาพแบบเกตทางสรีรวิทยาได้ในอนาคต^{[ 9 ]}

บริษัท Micro-X ผู้ผลิตเครื่องเอกซเรย์ของออสเตรเลียเป็นบริษัทแรกที่นำเอกซเรย์คาร์บอนนาโนทิวบ์มาใช้ในเชิงพาณิชย์ในภาคการแพทย์ โดยร่วมมือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฟลินเดอร์สและมหาวิทยาลัยแอดิเลด บริษัทได้คิดค้นและจดสิทธิบัตรวิธีการใหม่และเสถียรในการสร้างการปล่อยเอกซเรย์กระแสสูงโดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์^{[ 10 ]}ขณะนี้พวกเขากำลังพัฒนาเครื่อง CT ขนาดเล็กสำหรับการวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมองโดยร่วมมือกับ Australian Stroke Alliance ^{[ 11 ]}

วิศวกรที่มหาวิทยาลัยมิสซูรี (MU) โคลัมเบียได้คิดค้นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์และรังสีรูปแบบอื่น ๆ ที่มีขนาดกะทัดรัด แหล่งกำเนิดรังสีนี้มีขนาดเท่ากับหมากฝรั่งแท่งหนึ่ง และสามารถใช้สร้างเครื่องสแกนเอกซ์เรย์แบบพกพาได้ ต้นแบบเครื่องสแกนเอกซ์เรย์แบบพกพาที่ใช้แหล่งกำเนิดนี้สามารถผลิตได้ภายในเวลาเพียงสามปี^{[ 12 ]}

• ฟลูออโรสโคป
• รังสีเอกซ์แบบสะท้อนกลับเช่น ใช้สำหรับการสแกนเพื่อความปลอดภัยของผู้โดยสาร (ไม่ใช่สัมภาระ)
• ผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์
• การถ่ายภาพรังสี
• การเรืองแสงของรังสีเอ็กซ์
• ดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ (เครื่องตรวจจับ)