یکی از اولین حوزه های کاربردی شناخته شده برای پرتو ایکس، پزشکی است. به طوری که کشف این پرتو را می­ توان به منزله بزرگترین انقلاب در دانش پزشکی، قلمداد کرد و پرتو ایکس هنوز هم بیشتر به عنوان یک فناوری در اختیار علم پزشکی برای تشخیص و درمان شناخته می شود. مواد سخت همچون استخوان ها و دندان ها جاذب پرتو ایکس هستند، درحالی که بافت های نرم مانند پوست و عضلات با ضریب تضعیف کمتر در مقایسه با استخوان و دندان اجازه عبور مستقیم پرتوها را می دهند، در نتیجه تصاویر تهیه شده به وسیله پرتو ایکس برای تشخیص پزشکی بسیار کاربرد دارند. همچنین انرژی جذب شده از پرتوهای یونیزان در بافت سرطانی و استفاده از رادیوداروها امکان استفاده از این پرتوهای یونیزان را برای موارد درمانی نیز فراهم می ­نماید.

از جمله کاربردهای اصلی پرتو ایکس در امر درمان و یا تشخیص می­ توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تشخیص شکستگی استخوان
• تشخیص تومورها و درمان سرطان
• تشخیص بیماری ­های ریوی
• تصویربرداری از فک و دندان
• تصویربرداری از در رفتگی و التهاب مفاصل

پرتو تشخیصی:

استفاده از پرتو ایکس در حوزه پزشکی، به دو بخش اصلی تشخیصی و درمانی تقسیم بندی می­ شود. استفاده از پرتو ایکس در جایگاه تشخیصی، با اهداف تصویربرداری از اعضای داخلی بدن مثل استخوان، به منظور تشخیص شکستگی و یا تصویربرداری از پوسیدگی دندان و وضعیت سلامت ریشه دندان ها (رادیوگرافی) و یا مشاهده مستقیم و بر خط بخش ­های داخلی بدن در حین عمل جراحی (فلوروسکوپی) می ­باشد. به این ترتیب، به کار گیری پرتو ایکس در حوزه تشخیصی به دو بخش رادیوگرافی و فلوروسکوپی تقسیم بندی خواهد شد، که در ادامه به توضیح هریک خواهیم پرداخت.

1. رادیوگرافی:

مهمترین روش تصویربرداری پزشكی كه می توان با استفاده از آن تا حد زیادی به نمای داخلی بدن دسترسی داشت و به بررسی استخوان ­ها، تشخیص شكستگی آنها و بیماری های مختلف پرداخت را عكس برداری یا رادیوگرافی آنالوگ می ­نامند. تصاویر پرتو ایکس در حوزه رادیوگرافی، به صورت ایستا حاصل می­ شوند. این تصاویر با استفاده از گیرنده ­های دیجیتال(سنسورها) و یا آنالوگ (فیلم­ های رادیوگرافی) ثبت خواهند شد.

به منظور تهیه تصاویر آنالوگ، با پرتو ایكس قسمتی از بدن بیمار را كه قصد بررسی آن را دارند در برابر فیلم قرار می­دهند و سپس به آن قسمت پرتو ایكس تابیده می ­شود. پرتو ایكس پس از عبور از پوست، چربی و عضله به صفحه حساس برخورد نموده و نهایتاً با برخورد به صفحه فیلم رادیولوژی تصویری بدست خواهد داد که این بخش ­ها در آن به رنگ سیاه دیده خواهند شد و بخش ­های استخوانی با جذب پرتو ایکس، مانع از رسیدن پرتو به صفحه فیلم شده و این بخش ­ها پس از ظاهر شدن فیلم به رنگ سفید دیده خواهند شد. البته وابسته به میزان تراکم بافت ناحیه استخوانی، درصد مشخصی از پرتو از استخوان عبور کرده و به این ترتیب نواحی پر تراکم ­تر، با جذب میزان پرتو بیشتر، در تصویر بدست آمده سفیدتر به نظر خواهند رسید. در سال­ های اخیر، استفاده از رادیوگرافی دیجیتال، بسیار مرسوم شده است. برخلاف رادیوگرافی آنالوگ، روش دیجیتال از فیلم رادیولوژی استفاده نکرده و به منظور ثبت تصاویر و آشکارسازی پرتو، از سنسورهای دیجیتال و صفحات الکترونیک حساس به پرتو ایکس استفاده می­ شود. این صفحات که از میلیون­ ها نیمه هادی کوچک حساس به پرتو ایکس تشکیل شده ­اند، با دریافت پرتو ایکس تولید بار الکتریکی نموده (که بر حسب میزان پرتو دریافتی، میزان این بار هم متفاوت خواهد بود) و این بارها پس از جمع آوری به کامپیوتر ارسال می­ شوند و تصاویر دیجیتال رادیولوژی را تشکیل می­ دهند. این تصاویر قابل چاپ با پرینتر بوده و یا می­ توان با استفاده از شبکه دایکام آن­ها را هر جایی ارسال کرد.

2. فلوروسکوپی:

این نوع از تصویربرداری با پرتو ایکس، به صورت دریافت تصاویر متوالی و آنی می ­باشد. در نتیجه زمینه کاربرد دستگاه­ های فلوروسکوپی، مربوط به مواردی است که در آن بررسی حرکت(در حین عمل­ های جراحی) و یا ثبت لحظه ­ای تصاویر اهمیت زیادی دارد. در واقع می­ توان گفت، که نتیجه فلوروسکوپی یک فیلم از تصاویر زنده است که پرتو ایکس از قسمت های مختلف بدن جهت بررسی عملکرد این اعضا با عبور از قسمت های مختلف،  پردازش و به مانیتور انتقال می یابد و در نتیجه آن می توان حرکت اعضای بدن را به جزئیات مشاهده کرد. تصاویر مربوط به فلوروسکوپی، به صورت متحرک یا دینامیک بوده که با تقویت کننده تصویر و یا آشکارساز صفحه ­ای تخت آشکارسازی شده و در همان لحظه بر روی صفحه نمایشگر کامپیوتر قابل مشاهده خواهند بود.

تصاویر خروجی روش تصویربرداری فلوروسکوپی، یک فرآیند تصویربرداری رادیوگرافی است، اما تفاوت آن با رادیوگرافی معمول در آن است که در هر دقیقه چیزی در حدود 1000 تصویر از بدن بیمار تهیه می­ شود. همچنین با توجه به اینکه در این روش پرتو به طور مستمر تابش می­ یابد، به منظور کاهش پرتوگیری بیمار، این سیستم از پرتو­یی با تعداد فوتون­ های کم بهره خواهد برد و در عوض با استفاده از آشکارسازهای فوق حساس، تصاویری با کیفیت بسیار بالا تولید خواهد کرد. به طوریکه سیستم تشدیدگر تصویر (Image Intensifier) که در دستگاه­ های فلوروسکوپی مورد استفاده قرار می­ گیرد، 400 هزار بار حساس ­تر از فیلم رادیوگرافی با سرعت بالا، بوده و قادر به آشکارسازی، پرتویی با دز معادل یک هزارم دز مورد نیاز برای تولید تصویر در فیلم رادیوگرافی خواهد بود. علاوه بر سیستم تشدیدگر تصویر، در متد فلوروسکوپی از آشکارسازهای صفحه ­ای تخت (Flat Panel Detector)، نیز استفاده می­ شود. این سیستم ها بر پایه استفاده از آرایه­ های ترانزیستور فیلم نازک (Thin-Film Transistor) که بر روی آن یک ساختار سنتیلاتور سزیم یدید (CsI) قرار گرفته است، ساخته شده­ اند. با برخورد فوتون­ های پرتو ایکس به سنتیلاتور، نور مرئی متناسب با انرژی پرتو فرودی ساطع شده و پس از ثبت آن توسط فتودیودها، این نور تبدیل به بار الکتریکی خواهد شد. پس از این مرحله، بارهای الکتریکی توسط آرایه TFT بازخوانی خواهد شد.

پرتو درمانی:

استفاده از پرتو ایکس در بخش درمانی نیز، معطوف به رادیوتراپی یا پرتودرمانی بوده و عمده استفاده از آن به منظور درمان سرطان می­ باشد، به طوریکه پرتودرمانی در کنار سایر روش­­ های درمان سرطان، مثل جراحی و شیمی درمانی، از جمله مهمترین متد درمانی است.

هدف پرتودرمانی با پرتو ایکس، استفاده از این پرتو به منظور کوچک کردن یا از بین بردن تومور سرطانی و در عین حال سالم ماندن بافت­ اطراف تومور می­ باشد، که بنای این کار بر تمرکز پرتو بر روی بافت تومور و بمباران آن با بالاترین میزان دز ممکن است. سلول های سرطانی در مقایسه با سلول های سالم نسبت به پرتو ایکس حساسیت بیشتری نشان می‌دهند و در نتیجه در هر پروسه درمان تعداد بیشتری از این سلول­ ها از بین خواهد رفت. هرچند که در طی عمل پرتودرمانی، سلول­ های سالم نیز تا حدی آسیب خواهند دید، اما این آسیب تا حدی خواهد بود که بر خلاف سلول های سرطانی، سلول­ های سالم امکان بهبود و ترمیم مجدد خود را داشته باشند. در این روش در اثر تابش پرتو، DNA سلول­ های ناحیه درمان (بافت هدف) تخریب شده و روند رشد و تقسیم آن­ها متوقف می­ شود.

انواع روش­ های پرتودرمانی به طور کلی به سه دسته رادیوتراپی خارجی، رادیوتراپی داخلی و رادیوتراپی سیستمیک تقسیم می­ شود، که استفاده از پرتو ایکس در رادیوتراپی خارجی دارای نقشی بسیار گسترده می­ باشد. انتخاب نوع و روش پرتودرمانی، وابسته به تاریخچه سلامت بیمار، نوع تومور و میزان تحمل بافت­ های سالم اطراف آن و میزان مسافتی که پرتو در داخل بدن طی می­ کند، می­ باشد. به علاوه میزان پراکندگی پرتو، مقدار دز و میزان انرژی آن و همچنین طول مسیر پرتو درون بافت، از جمله مهمترین پارامترها و عواملی هستند که در بهینه سازی یک سیستم یا روش پرتودرمانی نقش موثری دارند.