In de ruimte vind je heel wat röntgenbronnen (de zon bijvoorbeeld). Die spuwen röntgenstralen de ruimte in, ook richting aarde, maar die straling wordt tegengehouden door onze atmosfeer.
Op aarde vinden we een aantal radioactieve isotopen die een beetje straling in het röntgengebied uitzenden. Daarnaast ontstaat een heel klein beetje röntgenstraling bij onweer.
Op aarde vind je dus bijna geen natuurlijke röntgenstraling. En al zeker geen röntgenstraling die bruikbaar is voor praktische toepassingen. Alle röntgenstraling die wij gebruiken in de techniek en de geneeskunde komt van machines. Meestal zijn dat röntgenbuizen.
Op 8 November 1895 ontdekt Wilhelm Röntgen, een professor fysica in Würzburg, een vreemde soort straling. Tijdens experimenten met elektronen in een vacuümbuis merkt Röntgen op dat een fluorescerende materialen in de buurt opgloeiden als de stroom aanstond. Verdere experimenten toonden dat er op een flurescentieplaat een afbeelding verschijnt van dingen die je tussen de buis en de plaat zet. Hij dacht dat het opgloeien kwam omdat een onbekend soort straling door het glas van de buis ging. Dat was juist. Hij noemde ze X- stralen.
Later verving hij de fluorescentieplaat door een fotografische film. Zo nam hij bijvoorbeeld een röntgenfoto van de hand van zijn vrouw, mét ring.
Nog geen twee maand na de ontdekking van Wilhelm Röntgen, waren er al artsen die de röntgenfoto’s maakten voor medische doeleinden
In februari 1896 maakt uitvinder Michael Pupin al een medische radiografie van de hand van een advocaat uit New York. Die had een schot hagel in zijn hand gekregen. (Het was een ongeluk.)
Niet alle materialen laten röntgenstralen even goed door. Als je dus een mens (of een ander voorwerp) tussen de röntgenbron en een detector zet, krijg je soort "röntgenschaduw". Vroeger was die detector vaak een fotografische film, nu meestal een fluorescerend scherm met een camera die daarvan een digitaal beeld maakt.
Hoe komt het dan dat je dat typische zwart-wit beeld krijgt?
We gaan even uit van de klassieke fotografische film. Die wordt zwart als er röntgenstraling op valt want de energie van die straling zorgt voor een snelle oxidatie van het zilver dat op de film is aangebracht.
Botweefsel houdt redelijk veel X-stralen tegen. En alle straling die wordt tegengehouden, kan niet op de film vallen. Je krijgt dus een wit schaduwbeeld.
De zachte weefsel houden minder straling tegen. Die verschijnen dus grijs op de film.
De lucht in de longen laat de straling goed door. Op de plaats van de longen valt dus veel straling op de film. Die wordt daar zwart van.
Hetzelfde principe kan je gebruiken om voorwerpen door te lichten:
verschillende lagen in schilderijen ontdekken.
lasnaden controleren.
bagage doorlichten zonder ze open te maken.
luchtbellen opsporen in gegoten metalen delen.
Een röntgenfoto is altijd een “schaduwbeeld” waarbij je het verschil ziet tussen voorwerpen en weefsels die meer (bv. longen) en voorwerpen die minder (bv. botten, metaal) X-stralen doorlaten.
Dit toestel bevat een röntgenbuis (boven) en, aan de andere kant van de c-arm, een fluorescentieplaat. Een camera maakt beelden van de oplichtende fluorescentieplaat en stuurt die naar een beeldscherm (en een computer die het beeld digitaal opslaat). →
Contraststoffen worden onderverdeeld in 2 groepen:
positieve contraststoffen (bv. verbindingen met barium en jood) houden röntgenstraling goed tegen. Ze houden de röntgenstraling beter tegen dan de weefsels waarin je ze aanbrengt. Daardoor krijg je dus extra contrast.
negatieve contraststoffen (bv. lucht) laten de röntgenstralen goed door maar zorgen er voor dat structuren van het menselijk lichaam beter worden afgegrensd door de weefsels een beetje op te blazen.
Röntgenfoto van het abdomen. De organen laten de X-stralen even goed door. Je ziet geen contrast, geen individuele organen.
Röntgenfoto van het abdomen na toediening van een bariumpap in de darmen. De darmen laten de X-stralen nu minder goed door dan de andere organen.
Contrastmiddelen worden vooral toegepast bij het afbeelden van het hart en het bloedvatenstelsel (joodhoudende contrastmiddelen) en in het maagdarmkanaal (bariumhoudende contrastmiddelen).
Je maakt 2 röntgenopnamen van hetzelfde lichaamsdeel: 1 zonder contrastmiddel en 1 mét contrastmiddel. Een computer zet de twee beelden over elkaar en laat alleen het verschil zien!
Röntgenbeeld met alléén de bloedvaten: digitale subtractie angiografie (DSA)
Een groot nadeel van de “klassieke” röntgenfoto is dat alle lagen van het lichaam boven elkaar op één foto worden geprojecteerd. Je ziet geen “diepte”. In de jaren 1970 kwam hiervoor een oplossing: de CT-scan.
(De CT-scan wordt ook CAT-scan genoemd: Computed Axial Tomography)
CT scanner. In de ring zit een röntgenapparaat dat helemaal rond de patiënt kan draaien. De tafel beweegt doorheen de ring.
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979 was awarded jointly to Allan M. Cormack and Godfrey N. Hounsfield "for the development of computer assisted tomography."
Een CT-scanner maakt tijdens het onderzoek vanuit verschillende richtingen een röntgenopname van een dunne schijf van ons lichaam. Die “foto’s” worden opgeslagen op een computer. Dan schuift de tafel met daarop de patiënt enkele millimeter op en wordt de procedure herhaald.
Omdat er van elke schijf meerdere opnamen zijn, kan de computer een beeld van een schijf van ons lichaam berekenen. En wanneer je al die schijven boven elkaar zet, heb je een 3D-beeld!
Als je een CT scan van een stuk van je lichaam laat maken, zit er een volledig driedimensionaal model van dat stuk in de computer.
Een arts kan dan aan de computer vragen om bijvoorbeeld alleen de botstructuur te laten zien samen met de bloedvaten. Die afbeelding kan dan meteen ook worden geroteerd. Handig als je een moeilijke chirurgische ingreep moet voorbereiden!
Je kan met behulp van CT beelden zelfs een echt model maken met een 3D-printer!