Niemalże każdy z nas miał kiedyś wykonywane zdjęcie rentgenowskie. I choć jest to obecnie jedna z najbardziej popularnych technik diagnostycznych, to czy właściwie wiemy, jak tak naprawdę powstaje obraz naszej złamanej ręki?
Na początku cofnijmy się 119 lat wstecz. Jest 1895 rok. To właśnie wtedy Wilhelm Conrad Roentgen, niemiecki fizyk, zaczyna się interesować niezwykłą cylindryczną lampą próżniową, wykonaną ze szkła, z umieszczonymi weń elektrodami: katodą i anodą. Wydostają się z niej promienie, które nie dość, że nie wiadomo, jak powstają, to dodatkowo powodują świecenie papieru pokrytego platynocyjankiem baru. Ze względu na ich tajemniczość, Roentgen nazwa je promieniami X.
Pewnego listopadowego dnia naukowiec postanawia sprawdzić, czy te niezwykłe promienie będą przenikać różnorodne substancje. Pomiędzy lampą a świecącym papierem umieszcza talię kart. Okazuje się, że papier nadal świeci! Po miesiącu kolejnych prób (m.in. z drewnem i metalami) fizyk wpada na genialny pomysł – a może by tak prześwietlić człowieka? Woła więc do pracowni swoją żonę Bertę i umieszcza jej dłoń przed aparatem. Kobieta o mało co nie mdleje, kiedy na specjalnie przygotowanym papierze widzi obraz kości swojej dłoni wraz z noszonym przez nią złotym pierścionkiem! Wilhelm, dotąd flegmatyczny i nieśmiały, kiedy tylko zdaje sobie sprawę, jak przełomowe jest jego odkrycie, z niespotykanym dotąd zapałem postanawia opublikować wyniki badań i już po siedmiu dniach cały świat dowiaduje się, że możliwe jest obejrzenie ludzkich kości bez konieczności przeprowadzania inwazyjnych operacji. Niemalże z dnia na dzień Roentgen staje się gwiazdą nauki (mimo iż chorobliwie nienawidzi przemawiać). Zostaje również doceniony przez Królewską Szwedzką Akademię Nauk, która w 1901 roku przyznaje mu pierwszą na świecie Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki.
Jak jest zbudowany aparat rentgenowski?
Sposób wykonywania zdjęć radiologicznych, chociaż udoskonalany przez przeszło wiek, w swoim założeniu nie różni się od tego, który był stosowany przez niemieckiego naukowca. Serce aparatu rentgenowskiego wciąż stanowi wspomniana wcześniej lampa, której zadaniem jest wytworzenie promieniowania. Jeśli do katody (najczęściej wolframowej spirali) przyłożymy zewnętrzne napięcie, zaczną się od niej odrywać elektrony. Kiedy taka rozpędzona i ukształtowana wiązka elektronów uderzy w anodę (płytkę wolframową umieszczoną pod pewnym kątem na bloku miedziowym), ich energia jest hamowana: 99 proc. zamienia się w ciepło, a 1 proc. właśnie w promieniowanie X. Im większe napięcie podane na wejściu do lampy, tym głębiej tak wytworzone promieniowanie może przenikać ludzkie ciało. Oczywiście, promieniowanie to może się rozchodzić w niekontrolowany sposób. Aby temu zapobiec, stosuje się ołowiane osłony na lampy rentgenowskie oraz tak zwane kolimatory. W przypadku klasycznego aparatu rentgenowskiego są to specjalne ołowiane blachy czy „szczęki”, których zadaniem jest odpowiednie ukształtowanie wiązki promieniowania, tak aby przybrała ona kształt niezbędny do wykonania zdjęcia. Przypomina to rozchodzenie się światła w dziurce od klucza – rozproszone w danym pomieszczeniu światło po drugiej stronie zamkniętych drzwi obserwujemy jako spójną wiązkę przechodzącą przez otwór w zamku.
Jak powstają tak dobrze nam znane zdjęcia kości?
Promieniowanie to, przechodząc przez ciało człowieka, ulega najróżniejszym reakcjom fizycznym, które prowadzą do jego osłabienia. Osłabienie to zależy od rodzaju tkanki, która znajdzie się na drodze wiązki promieniowania. Tkanki, które mają stosunkowo dużą gęstość (np. kości), będą najsilniej pochłaniały promieniowanie i na ostatecznym obrazie pozostaną jasne. Z kolei tkanki wypełnione powietrzem (np. płuca) praktycznie nie mają na wiązkę żadnego wpływu, więc dotrze ona do detektora w niezmienionej postaci i spowoduje zaciemnienie odpowiadającego im obszaru na obrazie. Dlatego też na zdjęciu rentgenowskim najlepiej widoczne są właśnie kości, które różnią się swoją strukturą od pozostałych narządów. Współcześnie do wykrywania promieniowania po jego przejściu przez organizm wykorzystuje się dwa typy detektorów: klisze fotograficzne w starszych aparatach oraz matryce detektorów, zbudowane z wielu elementów światłoczułych.
Czy badanie jest całkowicie bezpieczne?
Niestety, mimo niewątpliwych zalet stosowania promieniowania rentgenowskiego w diagnostyce medycznej, nie należy zapominać o jego szkodliwym działaniu. O ile pojedyncze badanie wykonane w dużym odstępie czasu od poprzedniego praktycznie nie ma żadnych skutków ubocznych, o tyle długotrwała ekspozycja może już być niebezpieczna. Promień X bowiem, kiedy na swojej drodze napotka atom, może spowodować jego jonizację, czyli wybicie elektronu poza powłoki atomu. Takie swobodne elektrony mogą powodować uszkodzenia DNA, a w konsekwencji zmiany nowotworowe. Na takie działanie promieniowania narażeni są jednak głównie technicy i lekarze obsługujący sprzęt, którzy mają z nim styczność praktycznie na co dzień. Pacjenci raczej nie powinni się niczego obawiać (chyba że wykonują badania częściej niż kilka razy w roku). Co więcej, dzisiejsze aparaty są konstruowane w taki sposób, by minimalizować dawkę promieniowania, nie pogarszając przy tym jakości obrazu.
W jakich badaniach wykorzystuje się promieniowanie X?
Diagnostyka wykorzystująca promieniowanie rentgenowskie to nie tylko zwykłe prześwietlenia kości, zębów czy płuc, lecz także inne badania – tomografia komputerowa (o której więcej w kolejnych numerach), mammografia (badanie piersi) czy angiografia. Angiografię wykonuje się przede wszystkim w przypadku chorób wieńcowych. W celu lepszego zobrazowania naczyń krwionośnych podaje się tak zwany kontrast. Jest to nieszkodliwa dla zdrowia substancja, której zadaniem jest taka zmiana właściwości krwi (lub w niektórych przypadkach – innych tkanek miękkich), by można było na zdjęciu wyraźnie zobaczyć żyły i tętnice. Dzięki temu lekarz może bez problemu ocenić stan i zwężenie naczyń.
Emilia Dominiak