In 1895 ontdekte Wilhelm Conrad Röntgen dat snelle elektronen die een metaal treffen straling veroorzaakten die fotofilms konden belichten of fluorescerende mineralen licht konden laten geven.
Hij noemde die stralen x-stralen (in het Engels wordt die term nog steeds gebruikt) naar de onbekende x die in de wiskunde wordt gebruikt.
Als gauw werd ontdekt dat die straling niet kon bestaan uit geladen deeltjes, want er was geen afbuiging in elektrische of magnetische velden te zien.
Röntgen ontdekte ook snel dat de straling door sommige stoffen gemakkelijker kon doordringen dan door andere. Daarmee werd het maken van de nu bekende röntgenfoto’s mogelijk.
In de figuur hieronder zie je de eerste röntgenfoto uit de geschiedenis. Röntgen maakte die van de hand van zijn vrouw.
Vanaf 1895 werd de röntgenfoto een belangrijk middel om medische diagnoses te stellen.
Het principe
Röntgenstraling behoort tot de elektromagnetische golven met een nog veel kortere golflengte dan zichtbaar of ultraviolet licht. De straling die wordt gebruikt voor medisch onderzoek heeft golflengtes tussen de 0,1 en de 10 nanometer.
Het doordringend vermogen van die straling hangt af van de frequentie (en dus de golflengte). Bij zachte röntgenstraling (straling met lage frequentie en langere golflengte) wordt veel straling door weefsels geabsorbeerd. Bij hardere straling is het doordringend vermogen groter. Met de juiste frequentie kan straling wel door weefsel met lage dichtheid heengaan, maar door zwaarder weefsel, zoals beenderen, geabsorbeerd worden. Daarop berust de röntgenfoto.
Op het negatief achter het lichaam komt een soort schaduwbeeld: de lichte weefsels laten de straling door en geven zwarting van de fotografische plaat. De beenderen laten weinig straling door en steken daarbij wit af.
Vastleggen van het beeld
Vroeger werd voor het vastleggen van het beeld alleen de fotografische plaat gebruikt. Het nadeel daarvan is dat de röntgenstraling grotendeels door de fotografische plaat heengaat zonder zwarting te veroorzaken. Om dan toch een behoorlijke foto te krijgen is een lange belichtingstijd nodig en loopt de patiënt een vrij hoge stralingsdosis op.
Om efficïenter met de röntgenstraling om te gaan en dus kortere belichtingstijd te verwezenlijken wordt een fosforscherm gebruikt.
De fotofilm zelf laat praktisch alle röntgenstraling door, maar achter de fotofilm is een fosforscherm geplaatst die de straling absorbeert en omzet in zichtbaar licht. Dat zichtbare licht belicht de fotofilm en zorgt dat de foto ontstaat.
Digitaal scherm
Een modernere ontwikkeling is het zogenaamde digitale scherm. Dat scherm bestaat uit een stof (bariumfluorohalide) waaraan europium is toegevoegd. Als de europiumatomen worden getroffen door de röntgenstraling, raken ze in een hogere energietoestand waarin ze wekenlang kunnen blijven hangen. In het digitale scherm kan de informatie wekenlang in de europiumatomen opgeslagen worden. Bij het uitlezen van het scherm wordt het materiaal snel, pixel voor pixel, gescand door een infraroodlaser. De europiumatomen vallen tengevolge van het infrarode laserlicht terug naar een lagere toestand en zenden daarbij licht uit. Dat licht wordt opgevangen door een gevoelige lichtsensor en elektrische signalen worden naar de computer gestuurd waar het beeld op een beelscherm vertoond kan worden of op een schijf opgeslagen.
Voordelen van het digitale scherm zijn:
- een veel beter contrast;
- zuinigheid met röntgenstraling;
- het digitale scherm behoeft niet ontwikkeld te worden, zoals bij een fotofilm en kan eindeloos hergebruikt worden;
- de mogelijkheid foto’s digitaal op te slaan en gemakkelijk over de hele wereld te verzenden.
Toepassingen
De bekendste toepassingen zijn natuurlijk het onderzoek van botbreuken of het gebit, of het onderzoek naar borstkanker bij vrouwen.
Daarnaast zijn er ook iets minder bekende medische toepassingen.
- Fluoroscopie:
Hierbij wordt niet een korte opname gemaakt, maar wordt er langdurig in het lichaam gekeken. Dit is nuttig om bijvoorbeeld een operatie goed te kunnen volgen. Voorbeelden daarvan zijn het verwijderen van cholesterol uit de wand van het bloedvat (dotteren) of het aanbrengen van een versterking van de wand van een bloedvat. De bundel röntgenstraling heeft dan een zeer lage intensiteit en de detector is voorzien van een zogenaamde beeldversterker. Zo kan het uitsterst zwakke beeld toch goed zichtbaar op een monitor verschijnen.
- Angiografie:
Dit is het zichtbaar maken van bloedvaten. Als je op een röntgenfoto bloedvaten duidelijk zichtbaar wil krijgen, moet je werken met een contrastvloeistof die zorgt voor extra grote absorptie van de straling. Een krachtige techniek hierbij is de zogenaamde DSA (Digital Subtraction Angiography). Hierbij maakt men eerst een röntgenfoto zonder dat de bloedvaten contrastvloeistof hebben. Dit is het maskerbeeld. Daarna wordt een tweede foto gemaakt, maar nu met contrastvloeistof in het bloed (dit is het contrastbeeld). Vervolgens worden digitaal de pixels van het maskerbeeld van die van het contrastbeeld afgetrokken en ontstaat er een zeer duidelijk beeld van de bloedvaten, omdat alle onduidelijke structuren van de omgeving zijn weggefilterd.
Voor het maken van een goede DSA-opname is wel vereist dat de patiënt bij het maken van het maskerbeeld en het contrastbeeld niet van plaats veranderd is. En dat is niet altijd even gemakkelijk.
Buiten de medische toepassingen wordt röntgenstraling vaak gebruikt om materiaal in technische constructies (schepen, hijskranen, stoomketels, drukvaten etc.) te controleren op haarscheurtjes of om de kwaliteit van lasverbindingen te onderzoeken. En natuurlijk bij de veiligheidscontrole op de luchthaven, om de inhoud van tassen en koffers te kunnen bekijken.
Stralingsbeveiliging
Het gevaar van röntgenstraling is de ioniserende werking: door de straling worden van atomen elektronen losgeslagen, zodat er positieve ionen ontstaan. Daardoor kunnen biochemische processen in het lichaam ernstig verstoord worden (beschadigd DNA, afbraak van eiwitten, afbraak van membranen etc.). Men zal er altijd op moeten letten dat de stralingsdosis zo laag gehouden wordt als maar enigszins mogelijk is.
De zachte röntgenstraling (met lage frequentie) wordt het sterkst geabsorbeerd door weefsels en geeft dus de hoogste stralingsdosis. Men doet er verstandig aan om bij het maken van de röntgenopname de zachte straling er eerst uit te filteren, bijvoorbeeld door deze door een laagje glas of koper of aluminium te laten gaan.
Tegenwoordig is de dosis bij een normale röntgenfoto van de borstkas ongeveer 0,1 mSv, dat is evenveel als dat je tengevolge van de achtergrondstraling gedurende 10 dagen oploopt.
Voor het personeel dat met röntgenapparatuur werkt, is het uiteraard belangrijk erop te letten dat zij niet onopgemerkt grote doses oplopen. Speciale beschermingsmaatregelen zoals het staan achter een loden scherm of het dragen van een loden schort zijn daar nodig. Met behulp van een badge kan de opgelopen dosis gemeten worden.
Bijlessen röntgenstraling
... klik dan hier ...
... klik dan hier ...
