Рентгеновское излучение

После открытия рентгеновского излучения ему довольно быстро нашли применение в медицине. Благодаря этому врачи получили возможность заглядывать внутрь живого организма, что послужило толчком к развитию новых технологий исследования человеческого тела.

 

ТРУБКА КРУКСА

История науки содержит много примеров открытий, совершенных по воле случая, но, как сказал однажды великий французский микробиолог и химик Луи Пастер, «в общей массе шанс выпадает только подготовленному уму». Когда в 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген случайно обнаружил неизвестное излучение, он обладал достаточными навыками и чутьем, чтобы ухватиться за находку и продолжить исследования. В те времена трубки Крукса для экспериментов с катодными лучами имелись в арсенале любого физика, изучающего прохождение электрического заряда через газ. Английский химик Уильям Крукс сконструировал первые трубки еще в 1875 году, и все они испускали рентгеновское излучение. К примеру, сам Крукс обращал внимание на то, что фотографические пластины, полежавшие рядом с работающей трубкой, затуманивались. Впоследствии этот эффект легко объяснили воздействием на них рентгеновского излучения.

 

8 ноября 1895 года настал тот день, когда Рентген мог по праву вскричать «Эврика!», перед этим затратив около месяца на эксперименты с трубками Крукса. Неизвестно, как именно развивались события в тот день — все записи ученого по его указанию были сожжены после его смерти. Скорее всего, он ставил опыты с катодными лучами (см. врезку «Ключевой эксперимент»), когда случайно заметил свечение, исходящее от находившегося в его лаборатории экрана. Рентген предположил, что стал свидетелем неизвестного науке феномена, обозначив его для себя как излучение X из-за большой таинственности.

В 1895 году Вильгельм Рентген сделал первый рентгеновский снимок - запечатлел кольцо на левой руке своей жены Берты.В 1895 году Вильгельм Рентген сделал первый рентгеновский снимок - запечатлел кольцо на левой руке своей жены Берты.

Рентген отложил в сторону все прежние исследования и, закрывшись на шесть недель в своей лаборатории, принялся изучать новое явление. В ходе опытов он установил, что лучи с легкостью проходят через материалы вроде листа бумаги или стопки книг, а вот свинец их блокирует. За несколько дней до Рождества он сделал снимок левой руки своей жены Берты, поместив ее кисть между источником излучения и фотографической пластиной. Получившееся изображение, на котором оказались просвеченными насквозь кости и обручальное кольцо женщины, хоть и не стало первым кадром, сделанным с помощью Х-лучей, но вошло в историю как первый постановочный такого рода снимок.

 

УКРОЩЕНИЕ СТРОПТИВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Теперь нам известно, что рентгеновские лучи — это одна из форм электромагнитного излучения, спектр которого располагается между ультрафиолетом и гамма-излучением. Они возникают при резком торможении электронов, разгоняющихся в рентгеновской трубке на пути от отрицательно заряженного катода к положительному аноду (тормозное излучение). При этом в рентгеновском диапазоне испускается лишь один процент выделяющейся при таких столкновениях энергии (остальное уходит в тепло). И если видимый свет поглощается нашим телом, то высокочастотные рентгеновские лучи без труда проникают сквозь ткани человеческого организма и по-разному гасятся в зависимости от попадающихся на их пути материалов.

 

Ренгтен опубликовал свою работу 28 декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества. Широкое распространение трубок Крукса в европейских лабораториях сулило лишь одно — вскоре всюду закипели сотни новых экспериментов с неведомым излучением.

 

Новость об открытии способа, позволяющего заглянуть внутрь человеческого тела, по телеграфу облетела все уголки планеты. 16 января 1896 года в газете New York Times вышла статья о новаторском методе фотосъемки, предсказывающая настоящий переворот в хирургии. Только подумайте — врачи получили инструмент для безошибочного определения положения инородных объектов в организме! Не прошло и нескольких недель с момента публикации Рентгена, как загадочным лучам нашли еще одно применение в медицине. Немецкий доктор сумел диагностировать опухоль кости в ноге подростка. В феврале 1896 года в Великобритании врач из Бирмингема Джон Хол-Эдвардс впервые применил рентгеновское изображение для проведения операции. Новая технология особенно хорошо зарекомендовала себя в военной медицине — в мае 1896 года в предплечьях двух солдат удалось обнаружить застрявшие там пули. Снимок руки Берты взбудоражил общественное сознание, и вскоре рентгеновские лучи стали источником вдохновения поэтов, музыкантов, карикатуристов и даже дизайнеров — в продаже появилось нижнее белье с вплетенными свинцовыми нитями для защиты от излучения.

 

Одновременно с этим человечество столкнулось с примерами пагубного воздействия Х-лучей: ожогами, язвами и выпадением волос; в отдельных случаях у людей со временем начинали появляться опухоли. Некоторые исследователи поплатились конечностями, так, Хол-Эдвардсу из-за дерматита и рака ампутировали пальцы.

 

Для получения изображения при помощи рентгеновских лучей требуется источник излучения и материал, фиксирующий картинку В течение нескольких десятилетий с момента открытия Рентгена оба компонента этой системы — и трубки Крукса, и фотографические пластины — претерпели значительные изменения. Ранние версии трубок Крукса задумывались для других целей, поэтому за усовершенствование их конструкции взялись в первую очередь — так появились специальные рентгеновские трубки с «холодным катодом». Они были очень ненадежными, быстро выходили из строя и вдобавок не давали направленного потока лучей.

 

В 1913 году американский физик Уильям Кулидж, работавший на General Electric, предложил новый дизайн рентгеновской трубки с горячим катодом, в которой источником электронов выступала нагретая вольфрамовая нить. Так появился более надежный и лучше сфокусированный источник рентгеновских лучей. Следующим улучшением стал свинцовый корпус, защитивший окружающих от пагубного воздействия излучения, направляя его только на пациента. Разработка оказалась настолько успешной, что разновидности трубок Кулиджа используются и по сей день.

Стеклянные фотографические пластины с нанесенной на них светочувствительной смесью были в ходу вплоть до 1918 года, пока компания Kodak не освоила выпуск рентгеночувствительной пленки, а в современной медицине на смену ей не пришли уже цифровые детекторы.

 

КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ведущие клиники всегда шли в ногу с техническим прогрессом. Первое отделение рентгенологических исследований под названием Новый электрический корпус открылось в Королевском госпитале Глазго в 1896-1897 годах, и рентгеновские снимки быстро стали неотъемлемой частью врачебной практики. Примерно в то же время французский врач Антуан Беклер открыл рентген-отделение в Париже и ввел в обиход термин «радиология». По его примеру лаборатории стали оснащать экранами, фартуками и перчатками из свинца для защиты персонала, вынужденно находящегося вблизи источников излучения в момент съемки.

 

Первые снимки позволяли хирургам обнаруживать инородные предметы в теле и удалять опухоли, но разглядеть на них человеческие органы было невозможно. Даже несмотря на технический прогресс с оборудованием, мягкие ткани не поддавались визуализации. Решением проблемы стали контрастирующие агенты — жидкости, блокирующие рентгеновские лучи, благодаря которым на снимках «проявляются» органы, заполненные этими веществами. В 1906 году Беклеру впервые удалось получить изображение части желудочно-кишечного тракта человека, накормив пациента «бариевой кашей». После того как девочка-подросток проглотила разведенный в воде сульфат бария, на снимке стали заметны ее пищевод и желудок, эти изображения врач использовал для диагностки аппендицита. Такой метод не утратил актуальности до сих пор — для визуализации заторов и опухолей в организме. Для исследований кровеносной системы и почек начали применять агенты на основе йода. Параллельно со ставшими привычными рентгеновскими снимками начала зарождаться новая область — рентгеноскопия, в основе которой лежит тот же принцип: лучи проходят через тело, но вместо неподвижного отпечатка врач видит «живую» картинку в реальном времени. Первые аппараты, позволяющие проводить такие исследования, появились через несколько месяцев после открытия Рентгена и имели форму воронки. Если заглянуть через отверстие с узкого конца, то на широкой части, закрытой тонким картоном с нанесенным на него слоем платиноцианистого бария, флуоресцирующего под воздействием рентгеновского излучения, можно увидеть изображение части тела пациента, размещенной между источником лучей и широкой частью воронки.

 

Изобретатель Томас Эдисон изготовил первый промышленный рентгеноскоп в начале XX века. Он заменил платиноцианистый барий на более яркий вольфрамат кальция. Но даже такое улучшение не позволяло разглядеть картинку при дневном свете, так что врачам приходилось использовать аппарат в затемненной комнате, давая глазам привыкнуть к полумраку. От этого неудобства удалось частично избавиться лишь в 1916 году с изобретением специальных очков, а позднее (в 1940 году) — и электронно-оптических преобразователей, конвертирующих рентгеновское излучение в видимый свет. Десятилетие спустя изображение с детектора научились выводить на дисплей, и после этого у врачей уже не было нужды находиться в непосредственной близости от источника лучей. В наше время рентгеноскопия используется для визуального контроля при проведении операций, например при соединении частей сломанной кости.

 

КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБРАБОТКА

Представьте себе рентгеновский снимок, каким его обычно показывают в кино: врач берет его в руки и, подсвечивая с обратной стороны, внимательно изучает. В момент съемки рентгеновское излучение направлено под определенным углом, а значит, внутренние органы и кости на нем накладываются друг на друга, и такой снимок анализировать очень сложно. В 1930-х годах итальянский рентгенолог Алессандро Валлебона применил новаторский подход, на выходе дававший четкие изображения слоев тканей на различных глубинах. Он добивался этого за счет вращения рентгеновской трубки и детектора в противоположных направлениях вокруг тела и захвата в кадр его отдельных участков. К середине столетия методика, позднее получившая название «томография» (от греч. tomos — делить на части), продолжала улучшаться, но на практике применялась довольно редко.

 

Приход компьютеров преобразил многие сферы медицины, и радиология не осталась в стороне. В 1967 году английский инженер Годфри Хаунсфилд разработал методику компьютерной томографии (КТ), представлявшую собой компьютеризованную версию томографа Валлебона. С помощью КТ можно получать изображения с гораздо большей детализацией по сравнению с традиционными рентгеновскими снимками. Перед постановкой диагноза данные подвергаются компьютерной обработке. И что особенно важно, массив двумерных КТ-изображений можно «сшить» в одну трехмерную графическую модель ткани или органа. Идея КТ-изображений пришла к Хаунсфилду во время экспериментов по определению с помощью рентгеновских лучей (за счет съемки под разными углами) содержимого коробки с непрозрачными стенками. Он опробовал опытный образец нового аппарата для сканировании человеческого мозга, мозга различных животных и позднее на самом себе. В 1971 году на томографе сделали первый снимок в условиях больницы — и подтвердили подозрения на опухоль в головном мозге пациентки. Год спустя многие медицинские учреждения решили обзавестись новыми компьютерными томографами. Сканировать человеческое тело целиком ученые научились уже в 1975 году, а в 1979 году Хаунсфилд разделил полученную Нобелевскую премию по физиологии и медицине с физиком Алланом Кормаком, который независимо от Хаунсфилда разработал математический аппарат для обработки и совмещения серий снимков в один.

 

Изображение из далекого 1971 года выглядит зернистым для привыкших к современным технологиям (его разрешение составляло всего 80 на 80 пикселей), но именно при помощи КТ ученым впервые удалось заглянуть внутрь живого человеческого мозга. На заре разработки нового метода у Хаунсфилда уходило по 5 минут, чтобы сделать один снимок каждого слоя. Сегодня изображения с гораздо более высоким разрешением можно получить за пару секунд. Современная КТ используется для диагностики костных заболеваний, но наиболее часто ее применяют для визуализации внутренних органов и тканей, чтобы оценить их состояние после травмы или проверить на наличие злокачественных образований.

За всю жизнь Рентген написал всего три статьи об Х-лучах, навсегда вписав свое имя в историю. По-русски излучение названо в его честь.

 

В 2011 году группа инженеров решила воссоздать оборудование, которым была оснащена его лаборатория в далеком 1896 году, не обойдя вниманием и первый источник рентгеновских лучей — трубку Крукса. По их оценке, жена Рентгена при съемке своей руки получила дозу, в 1500 раз превышающую современную. Вдобавок кисть пришлось держать неподвижно в течение 90 минут (сравните с 20 миллисекундами в наше время). Рентгенография прошла долгий путь совершенствования, и, несмотря на развитие новых техник сканирования, мы еще долго, судя по всему, не сможем без нее обойтись.

 

КЛЮЧЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ

Вильгельм Рентген первым обратил внимание на неизвестное излучение, испускаемое трубкой Крукса помимо обыкновенных катодных лучей. Его открытие дало мощнейший толчок развитию медицины.

 

Рентген занимался изучением потоков электричества в газах около месяца, когда вдруг неосознанно поставил свой ключевой эксперимент.

 

Трубка Крукса с небольшим количеством оставшегося в ней после откачки газа оснащена двумя электродами с обоих концов. При подаче напряжения на один из них в газе возникает «катодный луч» — поток электронов, направленный от отрицательно заряженного электрода (катода) к положительно заряженному аноду.

 

В темной лаборатории Рентгена каким-то образом оказался экран с нанесенным на него тонким слоем платиноцианида бария — вещества, светящегося (флуоресцирующего) в присутствии электромагнитных волн. Накрыв трубку Крукса не пропускающим свет картоном — так было удобнее наблюдать за катодными лучами, — Рентген краем глаза обратил внимание на слабые всполохи света на экране, подтверждающие существование невидимых лучей, испускаемых трубкой. Флуоресцирующее вещество при этом находилось вне зоны досягаемости катодных лучей, а значит, не имело отношения к наблюдаемому эффекту. Свечение не прекратилось и когда ученый отгородил экран от трубки пачкой книг. История гласит, что тогда Рентген решился поместить свою руку между трубкой и экраном и увидел призрачное изображение своих оголенных костей на экране.


ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА

Великие умы, чудесным образом поставившие опасное для жизни излучение на пользу человечеству.

 

Уильям Крукс (1832-1919), английский химик и физик, а позднее спиритуалист, изобретатель трубки Крукса. Один из первых исследователей катодных лучей.

 

Вильгельм Рентген (1845-1923), немецкий физик, первооткрыватель рентгеновского излучения (в 1895 году), получивший за это Нобелевскую премию в 1901 году. Скончался от раковой опухоли,которая, как предполагают, никак не была связана с его экспериментами. По настоянию ученого все его заметки были сожжены вскоре после его смерти.

 

Антуан Беклер (1856-1939), французский врач и исследователь, состоявшийся иммунолог. С первыми новостями о загадочных лучах он тут же приступил к их изучению. Пионер визуализации желудочно-кишечного тракта с помощью бария. Стоял у истоков радиологии.

 

Уильям Кулидж (1873-1975), американский физик,известен своими работами в исследовательской лаборатории General Electric. Изобретатель трубки Кулиджа — улучшенного источника рентгеновских лучей. Внес важный вклад в разработку надежной лампочки накаливания.

 

Годфри Хаунсфилд (1919-2004), английский инженер-электрик, создатель первой промышленной модели компьютерного томографа, поступившей в медицинские центры в 1972 году. Получил Нобелевскую премию в 1979 году и потратил часть этих денег на обустройство домашней лаборатории.

 

ХРОНОЛОГИЯ

Возможность затянуть внутрь живого организма произвела настоящий переворот в медицине. На это понадобилось всего лишь столетие.

 

1895

Во время экспериментов с катодными лучами Вильгельм Рентген обнаружил новое излучение, назвав его «Х-лучи». Всего за несколько недель новость разлетелась по всему миру, будоража общественность и научные круги.

 

1900

Томас Эдисон создает первый промышленный рентгеноскоп — устройство, с помощью которого можно вживую увидеть внутреннее устройство организма.

 

1906

Французский иммунолог, превратившийся в радиолога, Антуан Беклер, впервые применяет контрастный агент, дав девочке-подростку съесть «бариеву кашу», чтобы просветить ее рентгеновскими лучами и диагностировать аппендицит.

 

1913

Уильям Кулидж из General Electric конструирует рентгеновскую трубку с горячим катодом, чем обеспечивает надежность и безопасность источников излучения.

 

1918

Компания Kodak выпускает рентгеночувствительную пленку, заменившую стеклянные фоточувствительные пластины.

 

1971

При диагностике на прототипе компьютерного томографа Годфри Хаунсфилда в мозге у 41-летней женщины обнаруживают опухоль.


ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ

Важные термины, которые помогут вам понять рентгеновское излучение.

Трубка крукса — стеклянная трубка, по обоим концам которой расположены отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод. Электроны перетекают с одного электрода на другой, при резком торможении об анод возникает рентгеновское излучение.

 

Компьютерная томография — процесс исследования организма, при котором послойные изображения обрабатываются для получения четкой картинки. Затем отдельные сектора, снятые под разными ракурсами, соединяются при помощи компьютерной обработки, и в результате получается трехмерное изображение.

 

Рентгеноскопия — технология, позволяющая в реальном времени заглянуть внутрь живого организма, получив видео, которое намного содержательнее статичного изображения.

 

Рентгеновские лучи — вид электромагнитного излучения с длиной волны короче, чем у оптического, и более высокой энергией. Рентгеновские лучи без труда проходят через материалы, не пропускающие видимый свет, и вооружают врачей прозревающим сквозь ткани инструментом.



3 550
  • Нравится
  • 7

Интересно почитать


Зеленка
Откуда у невзрачного пузырька такое «аристократическое» название - бриллиантовый зеленый? А от банальных трудностей перевода. По-латыни...
Порох
Известно, что история не знает сослагательного наклонения. С другой стороны, почему бы и не придумать себе иную реальность, в которой все было бы...
Аспирин
Пожалуй, самым распространенным лекарством за всю историю человечества стал аспирин. Немецкий фармацевтический гигант Вауег, выпустивший новинку на...
Программируемые клетки
Если бы мы могли заставить клетки подчиняться нашим указаниям, они, выполняя их, стали бы вырабатывать инсулин, атаковать опухоли и делать массу...
Открытия Первой мировой войны
В 2014 году исполнилось 100 лет с начала Первой мировой. Нед Либоу вспоминает историю важнейших научных и технологических открытий, сделанных в то...


Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Все Чудеса Мира
Категории Чудес
Просто Интересно
Любопытные сведения

Самое удивительное в питании куниц - любовь к меду. Эти сладкоежки забираются даже в борти и колоды для сбора меда диких пчел. А еще они обожают фрукты и ягоды. Когда в лесу урожай, куница может перейти на вегетарианскую диету, сократив охоту.


Самые популярные статьи
Что больше читают