Рентгеновский аппарат

8 ноября 1895 г. профессор Вюрцбургского университета (Германия) Вильгельм Рентген, пожелав жене спокойной ночи, спустился в свою лабораторию, чтобы еще немного поработать.
Когда настенные часы пробили одиннадцать, ученый погасил лампу и вдруг увидел, как на столе разлилось призрачное зеленоватое сияние. Оно исходило от стеклянной банки, в которой находились кристаллы платиносинеродистого бария. Способность этого вещества флюоресцировать под действием солнечных лучей была давно известна. Но обычно в темноте свечение прекращалось.
Рентген нашел источник излучения. Им оказалась невыключенная из?за невнимательности круксова трубка, находившаяся в полутора метрах от банки с солью. Трубка находилась под плотным картонным колпаком без щелей.
Круксова трубка была изобретена примерно за 40 лет до наблюдения Рентгена. Она представляла собой электровакуумную трубку?источник, как тогда говорили, «катодных лучей». Эти лучи, ударяясь о стеклянную стенку лампы, тормозились и давали на ней световое пятно, но вырваться за пределы лампы не могли.
Заметив сияние, Рентген остался в лаборатории и приступил к методическому изучению неизвестной радиации. Он устанавливал на разных расстояниях от трубки экран, покрытый бариевой солью. Тот мерцал даже на расстоянии двух метров от трубки. Неизвестные лучи, или, как Рентген их назвал Х?лучи, проникали через все преграды, которые оказались под рукой ученого: книгу, доску, эбонитовую пластинку, оловянную фольгу и даже неизвестно откуда взявшуюся колоду карт. Все материалы, до того считавшиеся непрозрачными, стали для лучей неизвестного происхождения проникаемыми.
Рентген начал складывать стопку из листов станиоля: два слоя, три, десять, двадцать, тридцать. Экран постепенно начал темнеть и наконец стал абсолютно черным. Толстый том в тысячу страниц не дал такого эффекта. Отсюда профессор сделал вывод, что проницаемость предмета зависит не столько от толщины, сколько от материала. Когда ученый просветил шкатулку с набором гирь, то увидел, что силуэты металлических гирь были видны гораздо лучше, чем слабая тень деревянного футляра. Потом, для сравнения, он приказал принести свое двуствольное ружье.
Затем Рентген увидел жуткое зрелище: двигающиеся тени живого скелета. Оказалось, что кости руки менее прозрачны для Х?лучей, чем окружающие их мягкие ткани.
Исследователь изучал открытое им излучение на протяжении 50 суток. Его жена, не выдержавшая молчаливого добровольного затворничества мужа, разрыдалась, и, чтобы ее успокоить, а заодно продемонстрировать свое изобретение близкому человеку, Рентген делает рентгеновский снимок кисти супруги. На нем были видны темные силуэты косточек, а на одной из фаланг черное пятно обручального кольца.
Лишь спустя семь недель после начала добровольного затворничества, 28 декабря 1895 г., Рентген оправил в Физико?медицинское общество Вюрцбургского университета свою 30?страничную рукопись «О новом типе лучей», сделав приписку: «Предварительное сообщение».
Первая работа, посвященная великому открытию, окажется потом бессмертной: в ней ничего не будет ни опровергнуто, ни дополнено в течение многих лет. Информация об Х?лучах, облетевшая в первую неделю 1896 г. весь свет, потрясла мир. Новое излучение позже было в честь первооткрывателя названо «рентгеновским».
Свою рукопись Рентген направил и по другим адресам, в частности своему давнему коллеге профессору Венского университета Ф. Экснеру. Тот, прочитав рукопись, сразу оценил ее по достоинству и немедленно ознакомил с ней сотрудников. Среди них оказался ассистент Э. Лехер, сын редактора венской газеты «Нойе фрайе прессе». Он попросил у Экснера текст на ночь, отнес его своему отцу и убедил поставить срочно в номер важную научную новость.
Ее дали на первой полосе, для чего пришлось даже приостановить типографские машины. Утром 3 января 1896 г. Вена узнала о сенсации. Статью перепечатали другие издания. Когда вышел научный журнал с оригинальной статьей Рентгена, номер расхватали за один день.
Сразу нашлись и претенденты на приоритет нового открытия. Рентгена обвиняли даже в плагиате. Среди кандидатов на первенство оказался и профессор Ф. Ленард, пытавшийся назвать лучи своим именем.
Оказалось, что первая рентгенограмма была действительно сделана в США еще в 1890 г. У американцев было больше прав на приоритет в открытии, чем у того же Ленарда, проводившего свои опыты с круксовой трубкой позже. Но профессор Гуд спид в 1896 г. просто попросил помнить, что первый снимок катодными лучами был сделан в лаборатории Пенсильванского университета. Ведь истинная природа этих лучей была установлена лишь Рентгеном.
Всемирная слава, нежданно свалившаяся на доселе безвестного провинциального ученого, привела его на первых порах в растерянность. Он стал избегать не только репортеров, но даже ученых. Профессор категорически отверг домогательства бизнесменов, отказавшись от участия в эксплуатации своего открытия, от привилегий, лицензий, патентов на свои изобретения, на усовершенствованные им генераторы X?лучей. Отсутствие монополии на выпуск рентгеновской техники привело к ее бурному развитию во всем мире.
Ученого обвиняли в отсутствии патриотизма. На предложение Берлинского акционерного электротехнического общества, предлагавшего большие деньги и работу в прекрасно оборудованных лабораториях, Рентген ответил: «Мое изобретение принадлежит всему человечеству».
После ошеломляющего успеха своего открытия Рентген вновь удалился в добровольное заключение в свою лабораторию. Он сделал передышку лишь после того, как 9 марта 1896 г. завершил вторую научную статью о новооткрытой радиации. Третья, заключительная – «Дальнейшие наблюдения за свойствами Х?лучей» – была сдана в печать 10 марта 1897 года.
В 1904 г. англичанин Ч. Баркла экспериментально подтвердил теоретическую догадку своего соотечественника Дж. Стокса, что рентгеновские лучи имеют электромагнитную природу. Область рентгеновского излучения на спектре занимает область между ультрафиолетовым и гамма?излучением. По одной классификации это диапазон от 10~5 до 10"12 сантиметра, по другой – от 10~6 до 10"10 сантиметра.
Изобретение немецкого ученого вызвало в мире неожиданные реакции. Так, в 1896 г. депутат американского штата Нью?Джерси Рид предложил законопроект, запрещавший применение Х?лучей в театральных биноклях, дабы они не могли проникнуть не только через одежду, но и через плоть в душу. А пресса в Европе и Америке предупреждала об опасности «мозговой фотографии», позволяющей читать самые потаенные чужие мысли.
В ответ на это некоторые дельцы рекламировали свои изделия – портмоне, шкатулки, сейфы, даже шляпы, – способные, по их словам, уберегать от страшных лучей свое содержимое.
Особый отклик у читателей нашла информация о том, что при помощи рентгеновских лучей можно запечатлевать на извилинах коры головного мозга текст или рисунок для запоминания. Х?лучам приписывали свойство возвращать юность старикам и жизнь умирающим. А также превращать свинец в золото.
Но, с другой стороны, только за «рентгеновский» 1896 год вышло более тысячи научных работ и почти 50 книг по применению Х?лучей в медицине. Еще в феврале 1896 г. В. Тонков представил в Петербургское антропологическое общество доклад о применении Х?лучей для изучении скелета. Так были заложены основы новой дисциплины – рентгеноанатомии. Сейчас она стала фундаментом современной диагностики. Чуть позже А. Яновский стал применять ее для систематического обследования пациентов. В боевой обстановке рентгеноскопию применил русский врач В. Кравченко, оборудовавший на крейсере «Аврора» рентгеновский кабинет. В Цусимском сражении он обследовал раненых матросов, находя и извлекая из тела осколки.
Рентгенология помогала диагностировать на ранних стадиях рак и туберкулез. Рентгеновское излучение в больших дозах вредно для организма человека. Но, тем не менее, оно применяется для борьбы со злокачественными опухолями.
В начале XX в. для изготовления рентгенограммы требовалось облучение в течение 1,5–2 часов из?за несовершенства оборудования и малой чувствительности пленки. Затем для съемки стали использовать усиливающие экраны, между которыми располагалась пленка. Это позволило без увеличения чувствительности пленки сократить время экспозиции в десятки раз. Благодаря этому рентгенография по разрешающей способности превзошла рентгеноскопию.
Поскольку пленка для рентгеновских снимков требовала большого количества серебра, рентгенографию постепенно стала вытеснять флюорография – фотосъемка с флюоресцирующего экрана. Флюорограмма имеет лишь один светочувствительный слой и по площади в 10–20 раз меньше стандартной рентгенограммы, что дает большую экономию серебра при снижении лучевых нагрузок. Изображение увеличивается с помощью проекторов. Компактная флюорографическая камера, установленная на электронно?оптический усилитель стационарного аппарата, позволяет получать многократное изображение с коротким интервалом по заданной программе. Так можно регистрировать быстротекущие процессы. В частности, этот метод применяется для контроля продвижения специальной массы, содержащей барий (хорошо видимый в рентгеновских лучах) по желудочно?кишечному тракту человека.
Для экономии пленки применяется специальная селеновая пластина, накапливающая электростатический заряд. Под воздействием рентгеновского излучения она теряет заряд, сохраняя его лишь на затемненных участках. В результате на поверхности пластины возникает скрытое изображение. Его проявляют, опыляя тонкодисперсным красящим порошком, точно воспроизводящим распределение света и теней. Одна селеновая пластина выдерживает 2–3 тысячи процедур, сберегая до 3 кг серебра. Изображение не уступает по качеству рентгенограмме.
Помимо черно?белой, существует цветная рентгенография. Сперва цветную рентгенограмму получали, трижды снимая объект лучами неодинаковой жесткости. Так получали три негатива, которые окрашивали синим, зеленым и красным цветами, после чего их совмещали и делали отпечаток на цветной пленке.
Позже, чтобы уменьшить дозу облучения, применили метод тоноразделения. Здесь была нужна однократная экспозиция. На снимке выделяли различные зоны плотности и на каждую изготавливали свою копию рентгенограммы. Затем их совмещали на цветной пленке, получая условно окрашенное изображение.
Обычный рентгеновский снимок дает лишь плоское изображение. Часто это не позволяет определить, например, точное местоположение инородного тела в организме, а несколько рентгенограмм, полученных с разных позиций, дают лишь приближенное представление об этом. Для превращения плоского изображения в объемное применяется стереоренгенография. С этой целью изготовляют два снимка, составляющие стереопару: на них изображена одна и та же картина, но запечатленная так, как ее видят правый и левый глаз. При рассматривании обоих негативов в специальном аппарате, они совмещаются в один, образуя глубину.
При стереорентгеноскопии пациента просвечивают двумя трубками, включающимися поочередно со скоростью 50 раз в секунду каждая. Обе серии импульсов поступают на электронно?оптический преобразователь, откуда они попеременно, синхронно с работой трубок снимаются двумя телевизионными системами. Обе картины совмещаются в одну с помощью поляризационных очков.
Глубину залегания, пространственную структуру, форму и величину патологических образований оценивают и более простыми средствами, например с помощью томографии – послойных снимков. При проведении томографии больной лежит на столе. Над ним движется рентгеновская рубка, а под ним в противоположном направлении перемещается пленка. Резкими оказываются только те элементы, которые находятся на оси вращения рычага, соединяющего трубку и пленку. Проводится серия снимков, отображающих тонкие слои толщиной в несколько миллиметров. По ним легко установить, где находится чужеродное тело или болезненный очаг.
С появлением электронно?вычислительных машин и компьютеров стало возможным программное управление всей процедурой рентгенодиагностики – от съемки до получения снимков.
Спектр применения рентгеновских лучей широк.
В 20–30?е годы прошлого века появились радиационная генетика и селекция, позволяющие получать стойкие варианты микробов с нужными свойствами, сорта растений с повышенной урожайностью. Воздействуя на организмы проникающей радиацией и затем, проводя отбор, ученые проводят ускоренную биологическую эволюцию.
В 1912 г. в Мюнхене М. фон Лауэ выдвинул идею при помощи Х?лучей исследовать внутреннее строение кристалла. Его идея вызвала споры среди коллег, и, чтобы разрешить их, В. Фридрих поставил на пути лучей кристалл и рядом, сбоку, фотопластинку для их регистрации, когда они отклонятся под прямым углом, как при обычной дифракции. Результатов не было до тех пор, пока П. Книппинг не поставил пластинку не сбоку, а за кристаллом. На ней появился симметричный узор из темных пятен.
Так появился рентгеноструктурный анализ. Сначала его применение ограничивалось получением лауэграмм – снимков, отражавших строение монокристалла. Они позволяли обнаруживать дефекты решетки, внутренние напряжения и т. п. В 1916 г. П. Дебай и П. Шеррер приспособили этот метод для изучения поликристаллических материалов – порошков, сплавов. Такие снимки назвали дебаеграммы. По ним определяют строение и состав образцов, размеры и ориентацию включений.
В 1930?е годы английские ученые Д. Бернал и Д. Кроуфут?Ходжкин осуществили рентгеноструктурный анализ белков. Съемка обнаружила у них внутреннюю упорядоченность. Благодаря такому анализу стала возможной пространственная модель ДНК, которую предложили в 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик. Для этого они воспользовались дифракционными картинами ДНК, полученными М. Уилкинсом.
Рентгеновские лучи применяют для контроля качества различных материалов и изделий. Они позволяют увидеть внутренние дефекты – трещины, раковины, непровары, включения. Этот метод называется рентгенодефектоскопия.
Х?лучи позволяют искусствоведам заглядывать под верхний слой картин, иногда помогая обнаруживать скрытые веками изображения. Так, при изучении картины Рембрандта «Даная», был открыт первоначальный вариант полотна, позже переделанный автором. Подобное исследования прошли многие живописные произведения в разных картинных галереях.
Рентгеновское излучение применяется в интроскопах – устройствах, которыми сейчас оборудованы таможни, контрольно?пропускные пункты. Они позволяют обнаруживать спрятанную взрывчатку, оружие и наркотики.