Afbeeldingsgalerij voor moderne geneeskunde


©iStockphoto.com/Mostly Mozart
Dankzij röntgentechnologie kunnen we sinds 1895 in het menselijk lichaam kijken. Bekijk meer moderne geneeskundefoto's.

Zoals met veel van de monumentale ontdekkingen van de mensheid, Röntgentechnologie geheel per ongeluk is uitgevonden. in 1895, een Duitse natuurkundige genaamd Wilhelm Roentgen deed de ontdekking terwijl hij experimenteerde met elektronenstralen in een gasontladingsbuis: . Röntgen merkte op dat een fluorescerend scherm in zijn lab begon te gloeien toen de elektronenstraal werd aangezet. Deze reactie was op zich niet zo verrassend -- fluorescerend materiaal gloeit normaal gesproken op als reactie op elektromagnetische straling -- maar de buis van Röntgen was omgeven door zwaar zwart karton. Röntgen nam aan dat dit de meeste straling zou hebben geblokkeerd.

Röntgen plaatste verschillende voorwerpen tussen de buis en het scherm, en het scherm gloeide nog steeds. Eindelijk, hij legde zijn hand voor de buis, en zag het silhouet van zijn botten geprojecteerd op het fluorescerende scherm. Onmiddellijk nadat ze zelf röntgenfoto's hebben ontdekt, hij had hun meest nuttige toepassing ontdekt.

De opmerkelijke ontdekking van Röntgen veroorzaakte een van de belangrijkste medische ontwikkelingen in de menselijke geschiedenis. Met röntgentechnologie kunnen artsen dwars door menselijk weefsel kijken om gebroken botten te onderzoeken, gaatjes en ingeslikte voorwerpen met buitengewoon gemak. Gemodificeerde röntgenprocedures kunnen worden gebruikt om zachter weefsel te onderzoeken, zoals de longen, bloedvaten of de darmen.

In dit artikel, we zullen precies ontdekken hoe röntgenmachines deze ongelooflijke truc uitvoeren. Zoals het blijkt, het basisproces is echt heel eenvoudig.

Inhoud

1. Wat is een röntgenfoto?
2. De röntgenmachine
3. Zijn röntgenfoto's slecht voor u?

Wat is een röntgenfoto?

Röntgenstralen zijn in principe hetzelfde als zichtbare lichtstralen. Beide zijn golfachtige vormen van elektromagnetische energie gedragen door deeltjes die fotonen worden genoemd (zie Hoe licht werkt voor details). Het verschil tussen röntgenstralen en zichtbare lichtstralen is de energie level van de individuele fotonen. Dit wordt ook uitgedrukt als de golflengte van de stralen.

Onze ogen zijn gevoelig voor de specifieke golflengte van zichtbaar licht, maar niet voor de kortere golflengte van röntgengolven met hogere energie of de langere golflengte van radiogolven met lagere energie.

Zichtbare lichtfotonen en röntgenfotonen worden beide geproduceerd door de beweging van elektronen in atomen. Elektronen nemen verschillende energieniveaus in beslag, of orbitalen, rond de atoomkern. Wanneer een elektron naar een lagere orbitaal zakt, het moet wat energie vrijgeven -- het geeft de extra energie vrij in de vorm van een foton. Het energieniveau van het foton hangt af van hoe ver het elektron tussen orbitalen is gevallen. (Zie deze pagina voor een gedetailleerde beschrijving van dit proces.)

Wanneer een foton botst met een ander atoom, het atoom kan absorberen de energie van het foton door een elektron naar een hoger niveau te tillen. Om dit te laten gebeuren, het energieniveau van het foton moet bij elkaar passen het energieverschil tussen de twee elektronposities. Als niet, het foton kan geen elektronen tussen orbitalen verplaatsen.

De atomen waaruit uw lichaamsweefsel bestaat, nemen zichtbaar lichtfotonen zeer goed op. Het energieniveau van het foton past bij verschillende energieverschillen tussen elektronposities. Radiogolven hebben niet genoeg energie om elektronen tussen orbitalen in grotere atomen te verplaatsen, dus ze passeren de meeste dingen. Röntgenfotonen gaan ook door de meeste dingen, maar om de tegenovergestelde reden:ze hebben te veel energie.

Andere röntgentoepassingen
De belangrijkste bijdragen van röntgentechnologie zijn geweest in de wereld van de geneeskunde, maar ook op een aantal andere gebieden hebben röntgenstralen een cruciale rol gespeeld. Röntgenstralen zijn cruciaal geweest in onderzoek met betrekking tot de theorie van de kwantummechanica, kristallografie en kosmologie. In de industriële wereld, Röntgenscanners worden vaak gebruikt om minuscule gebreken in zware metalen apparatuur op te sporen. En röntgenscanners zijn standaardapparatuur geworden bij de beveiliging van luchthavens, natuurlijk.

Ze kunnen, echter, een elektron helemaal wegslaan van een atoom. Een deel van de energie van het röntgenfoton werkt om het elektron van het atoom te scheiden, en de rest stuurt het elektron door de ruimte. Een groter atoom zal op deze manier eerder een röntgenfoton absorberen, omdat grotere atomen grotere energieverschillen hebben tussen orbitalen -- het energieniveau komt beter overeen met de energie van het foton. kleinere atomen, waar de elektronenorbitalen worden gescheiden door relatief lage energiesprongen, hebben minder kans om röntgenfotonen te absorberen.

Het zachte weefsel in uw lichaam bestaat uit kleinere atomen, en absorbeert dus niet bijzonder goed röntgenfotonen. De calciumatomen waaruit uw botten bestaan, zijn veel groter, dus ze zijn beter in absorberende röntgenfotonen .

In de volgende sectie, we zullen zien hoe röntgenmachines dit effect aan het werk zetten.

De röntgenmachine

Het hart van een röntgenapparaat is een elektrode paar -- een kathode en een anode -- die in een zitten glazen vacuümbuis . De kathode is een verwarmd filament , zoals je zou kunnen vinden in een oudere fluorescentielamp. De machine leidt stroom door de gloeidraad, het opwarmen. De warmte sputtert elektronen van het filamentoppervlak. De positief geladen anode, een platte schijf gemaakt van wolfraam , trekt de elektronen over de buis.

Het spanningsverschil tussen de kathode en de anode is extreem hoog, dus de elektronen vliegen met veel kracht door de buis. Wanneer een versnellend elektron botst met een wolfraamatoom, het slaat een elektron los in een van de lagere orbitalen van het atoom. Een elektron in een hogere orbitaal valt onmiddellijk naar het lagere energieniveau, het vrijgeven van zijn extra energie in de vorm van een foton. Het is een grote druppel, dus het foton heeft een hoog energieniveau -- het is een röntgenfoton.

Het vrije elektron botst met het wolfraamatoom, een elektron uit een lagere orbitaal slaan. Een hoger orbitaal elektron vult de lege positie, het vrijgeven van zijn overtollige energie als een foton.

Vrije elektronen kunnen ook fotonen genereren zonder een atoom te raken. De kern van een atoom kan een snel bewegend elektron net genoeg aantrekken om zijn koers te veranderen. Als een komeet die om de zon draait, het elektron vertraagt ​​​​en verandert van richting terwijl het langs het atoom snelt. Deze "remmende" actie zorgt ervoor dat het elektron overtollige energie uitzendt in de vorm van een röntgenfoton.

Het vrije elektron wordt aangetrokken door de wolfraamatoomkern. Terwijl het elektron voorbijsnelt, de kern verandert van koers. Het elektron verliest energie, die het als een röntgenfoton afgeeft.

Contrastmedia
In een normale röntgenfoto, het meeste zachte weefsel komt niet duidelijk naar voren. Om te focussen op organen, of om de bloedvaten te onderzoeken waaruit de bloedsomloop bestaat, artsen moeten introduceren contrast media in het lichaam.

Contrastmedia zijn vloeistoffen die röntgenstralen effectiever absorberen dan het omringende weefsel. Om organen in het spijsverterings- en endocriene systeem in beeld te brengen, een patiënt slikt een mengsel van contrastmiddelen, typisch een bariumverbinding. Als de artsen bloedvaten of andere elementen in de bloedsomloop willen onderzoeken, ze zullen contrastmedia in de bloedbaan van de patiënt injecteren.

Contrastmedia worden vaak gebruikt in combinatie met a fluoroscoop . Bij fluoroscopie, de röntgenstralen gaan door het lichaam op een fluorescerend scherm, het creëren van een bewegend röntgenbeeld. Artsen kunnen fluoroscopie gebruiken om de doorgang van contrastmiddelen door het lichaam te volgen. Artsen kunnen de bewegende röntgenbeelden ook op film of video vastleggen.

De botsingen met hoge impact die betrokken zijn bij de productie van röntgenstralen genereren veel warmte. Een motor draait de anode om te voorkomen dat deze smelt (de elektronenstraal is niet altijd op hetzelfde gebied gericht). Een koel oliebad rondom de envelop absorbeert ook warmte.

Het hele mechanisme is omgeven door een dik loden schild. Dit voorkomt dat de röntgenstralen in alle richtingen ontsnappen. Een klein venster in het schild laat een deel van de röntgenfotonen ontsnappen in een smalle bundel. De straal gaat op weg naar de patiënt door een reeks filters.

Een camera aan de andere kant van de patiënt registreert het patroon van röntgenlicht dat helemaal door het lichaam van de patiënt gaat. De röntgencamera gebruikt dezelfde filmtechnologie als een gewone camera, maar röntgenlicht veroorzaakt de chemische reactie in plaats van zichtbaar licht. (Zie Hoe fotografische film werkt om meer te weten te komen over dit proces.)

Over het algemeen, artsen houden het filmbeeld als een negatief . Dat is, de gebieden die aan meer licht worden blootgesteld, lijken donkerder en de gebieden die aan minder licht worden blootgesteld, lijken lichter. Hard materiaal, zoals botten, lijkt wit, en zachter materiaal lijkt zwart of grijs. Artsen kunnen verschillende materialen in beeld brengen door de intensiteit van de röntgenstraal te variëren.

Zijn röntgenfoto's slecht voor u?

Röntgenfoto's zijn een prachtige aanvulling op de wereld van de geneeskunde; ze lieten artsen in een patiënt kijken zonder enige operatie. Het is veel gemakkelijker en veiliger om met röntgenfoto's naar een gebroken bot te kijken dan om een ​​patiënt open te maken.

Maar röntgenstralen kunnen ook schadelijk zijn. In de begindagen van de röntgenwetenschap, veel artsen zouden patiënten en zichzelf gedurende lange tijd aan de stralen blootstellen. Eventueel, artsen en patiënten begonnen zich te ontwikkelen stralingsziekte , en de medische gemeenschap wist dat er iets mis was.

Het probleem is dat röntgenstralen een vorm zijn van ioniserende straling . Wanneer normaal licht een atoom raakt, het kan het atoom niet op een significante manier veranderen. Maar wanneer een röntgenstraal een atoom raakt, het kan elektronen van het atoom afstoten om een ion , een elektrisch geladen atoom. Vrije elektronen botsen vervolgens met andere atomen om meer ionen te creëren.

De elektrische lading van een ion kan leiden tot onnatuurlijke chemische reacties in cellen. Onder andere, de lading kan DNA-ketens breken. Een cel met een gebroken DNA-streng zal ofwel afsterven of het DNA zal een mutatie ontwikkelen. Als veel cellen afsterven, het lichaam kan verschillende ziekten ontwikkelen. Als het DNA muteert, een cel kan kanker worden, en deze kanker kan zich verspreiden. Als de mutatie in een zaadcel of een eicel zit, het kan leiden tot geboorteafwijkingen. Door al deze risico's, artsen maken tegenwoordig spaarzaam gebruik van röntgenstralen.

Zelfs met deze risico's Röntgenscannen is nog steeds een veiligere optie dan een operatie. Röntgenapparaten zijn een hulpmiddel van onschatbare waarde in de geneeskunde, evenals een aanwinst in veiligheid en wetenschappelijk onderzoek. Ze zijn echt een van de meest bruikbare uitvindingen aller tijden.

Voor meer informatie over röntgenstralen en röntgenapparaten, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

• De ultieme quiz over het menselijk lichaam
  
• Hoe licht werkt
• Hoe atomen werken
• Hoe MRI werkt
• Hoe nucleaire geneeskunde werkt
• Hoe echografie werkt
• Vormen bepaalde radiogolffrequenties gezondheidsrisico's?
• Hoe ver dringt ultraviolet licht het lichaam binnen?

Meer geweldige links

• Röntgenstralen:een andere vorm van licht
• Een goedkoop röntgenapparaat
• De interactie van straling met materie
• Generatie en eigenschappen van röntgenstralen
• Overzicht van röntgencomputertomografie
• Stralingsdeskundige waarschuwt voor gevaar door overmatig gebruik van medische röntgenstralen