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1895: rayos X descubiertos


El 8 de noviembre de 1895 William Röntgen hizo un descubrimiento que revolucionaría la física y la medicina.

En ese momento, Röntgen trabajaba en la Universidad de Würzburg. Sus experimentos se centraron en la luz emitida por los “tubos de Crookes”, tubos de vidrio con el aire expulsado de ellos y equipados con electrodos. Cuando se envía un alto voltaje eléctrico a través del tubo, el resultado es una luz fluorescente verde. Röntgen se dio cuenta de que cuando envolvió un trozo de cartulina negra gruesa alrededor del tubo, apareció un resplandor verde en una superficie a unos pocos metros de distancia. Concluyó que el resplandor fue causado por rayos invisibles que eran capaces de penetrar en la tarjeta.

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Durante las próximas semanas, Röntgen continuó experimentando con sus nuevos rayos. Se dio cuenta de que podían atravesar otras sustancias además del papel. De hecho, podrían atravesar los tejidos blandos del cuerpo, creando imágenes de los huesos y el metal. Durante sus experimentos, produjo una imagen de la mano de su esposa con su anillo de bodas.

La preocupación por los anteojos de rayos X llevó a la producción de ropa interior de plomo.

La noticia del descubrimiento de Röntgen se extendió por todo el mundo y la comunidad médica se dio cuenta rápidamente de que se trataba de un gran avance. Al cabo de un año, la nueva radiografía se estaba utilizando para el diagnóstico y el tratamiento. Sin embargo, la comunidad científica tardaría mucho más en comprender el daño que causó la radiación.

La radiografía también capturó la imaginación del público. La gente hizo cola para hacerse "retratos de huesos" y la preocupación por las gafas de rayos X llevó a la producción de ropa interior de plomo para proteger la modestia.

El curador del Museo Británico, St John Simpson, habla sobre el imperio de Sasán, la Ruta de la Seda y nuevas pruebas arqueológicas del comercio y el movimiento a través de las fronteras de la Antigüedad tardía.

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En 1901, Röntgen recibió el primer premio de novela en física. Donó el dinero del Premio Nobel a la Universidad de Würzburg y nunca sacó ninguna patente sobre su trabajo para que pudiera usarse en todo el mundo.


Wilhelm Conrad Röntgen

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Wilhelm Conrad Röntgen, Röntgen también deletreado Roentgen, (nacido el 27 de marzo de 1845, Lennep, Prusia [ahora Remscheid, Alemania]; fallecido el 10 de febrero de 1923, Munich, Alemania), físico que recibió el primer Premio Nobel de Física, en 1901, por su descubrimiento de X -rayos, que presagiaron la era de la física moderna y revolucionaron la medicina diagnóstica.

Röntgen estudió en el Politécnico de Zúrich y luego fue profesor de física en las universidades de Estrasburgo (1876–79), Giessen (1879–88), Würzburg (1888–1900) y Múnich (1900–20). Su investigación también incluyó trabajos sobre elasticidad, acción capilar de fluidos, calores específicos de gases, conducción de calor en cristales, absorción de calor por gases y piezoelectricidad.

En 1895, mientras experimentaba con el flujo de corriente eléctrica en un tubo de vidrio parcialmente evacuado (tubo de rayos catódicos), Röntgen observó que una pieza cercana de platinocianuro de bario emitía luz cuando el tubo estaba en funcionamiento. Teorizó que cuando los rayos catódicos (electrones) golpearon la pared de vidrio del tubo, se formó una radiación desconocida que viajó a través de la habitación, golpeó la sustancia química y causó la fluorescencia. Investigaciones posteriores revelaron que el papel, la madera y el aluminio, entre otros materiales, son transparentes a esta nueva forma de radiación. Descubrió que afectaba a las placas fotográficas y, dado que no mostraba ninguna propiedad de la luz, como la reflexión o la refracción, pensó erróneamente que los rayos no estaban relacionados con la luz. En vista de su naturaleza incierta, llamó al fenómeno radiación X, aunque también se conoció como radiación de Röntgen. Tomó las primeras fotografías de rayos X, del interior de los objetos metálicos y de los huesos en la mano de su esposa.

Este artículo fue revisado y actualizado más recientemente por Amy Tikkanen, Gerente de Correcciones.


Rayos X: sentar las bases de la radiología moderna, 1896-1930

Los autores describen el impacto inicial y las consecuencias de gran alcance del descubrimiento de los rayos X en 1895. Roentgen se dio cuenta rápidamente de la importancia de este misterioso nuevo tipo de rayo que había descubierto. Ya en 1896, los rayos X ya se usaban en cirugía y medicina, reemplazando la sonda de aguja telefónica de Bell, que solo podía detectar objetos metálicos por sonido y, por lo tanto, se limitaba a la ubicación de objetos como balas para remover. A medida que el diagnóstico por rayos X se hizo más preciso, las técnicas radiológicas se mejoraron gradualmente a lo largo de los años y progresaron desde el examen del esqueleto hasta la obtención de imágenes de órganos internos complejos. La radiografía se volvió vital en la detección de la tuberculosis, para la que todavía se utiliza en la actualidad. Mediante el uso de sustancias opacas como el sulfato de bario se hizo posible visualizar el tracto digestivo y los avances posteriores en las técnicas fotográficas hicieron visible el cerebro y casi todas las partes del cuerpo. Mientras tanto, se reconocieron los peligros de la radiación y después de 1930 se introdujeron medidas de seguridad para proteger a los radiólogos y pacientes contra la sobreexposición. En los cien años transcurridos desde su descubrimiento, el alcance cada vez más amplio de la radiología la ha convertido en un recurso fundamental en el diagnóstico y tratamiento médico.


Historia de la Medicina: Rayos X accidentales del Dr. Roentgen

En el mundo actual, los médicos solicitan radiografías para diagnosticar todo tipo de problemas: un hueso roto, neumonía, insuficiencia cardíaca y mucho, mucho más. La mamografía, el método de detección estándar para el cáncer de mama, utiliza rayos X. Apenas pensamos en eso, es tan omnipresente. Pero no hace mucho tiempo, no se podía encontrar un hueso roto, un tumor o un objeto ingerido sin abrir a una persona.

Wilhelm Roentgen, profesor de física en Wurzburg, Baviera, descubrió los rayos X en 1895, accidentalmente, mientras probaba si los rayos catódicos podían atravesar el vidrio. Su tubo de cátodo estaba cubierto de papel negro pesado, por lo que se sorprendió cuando una luz verde incandescente escapó y se proyectó en una pantalla fluorescente cercana. A través de la experimentación, descubrió que la luz misteriosa atravesaría la mayoría de las sustancias pero dejaría sombras de objetos sólidos. Como no sabía qué eran los rayos, los llamó rayos "X", que significa "desconocidos".

Roentgen descubrió rápidamente que los rayos X también atravesarían el tejido humano, haciendo visibles los huesos y el tejido que se encuentran debajo. La noticia de su descubrimiento se extendió por todo el mundo y, en un año, los médicos de Europa y Estados Unidos estaban utilizando rayos X para localizar disparos, fracturas óseas, cálculos renales y objetos ingeridos. Los honores por su trabajo llegaron a raudales, incluido el primer Premio Nobel de Física en 1901.

El uso clínico de los rayos X floreció, con poca consideración por los posibles efectos secundarios de la exposición a la radiación. Hubo algunas sospechas iniciales de científicos como Thomas Edison, Nikola Tesla y William J. Morton, cada uno de los cuales informó de lesiones que creían que eran el resultado de experimentos con rayos X. Pero en general, el uso temprano de rayos X fue generalizado y desenfrenado, incluso hasta el punto de que durante las décadas de 1930 y 1940, las zapaterías ofrecían radiografías gratuitas para que los clientes pudieran ver los huesos de sus pies.

Ahora tenemos una mejor comprensión de los riesgos asociados con la radiación de rayos X y hemos desarrollado protocolos para minimizar en gran medida la exposición innecesaria. Y aunque los rayos X siguen siendo una piedra angular de la medicina moderna, su descubrimiento allanó el camino para el desarrollo del amplio espectro actual de técnicas de imagen, incluidas la resonancia magnética (MRI), la tomografía computarizada (TC), la ecografía, la ecocardiografía y muchas otras. - algunos de los cuales evitan por completo el uso de radiación. No es un mal legado para un descubrimiento accidental.


Una llamada de atención & # 8230

Curiosamente, no fueron los rayos X los que dieron a conocer el hecho de que la radiación ionizante no era algo con lo que jugar. Más bien, fueron los contratiempos de la novedad similar de la época, Radium, lo que puso fin a la mayoría de las tonterías.

El radio es un elemento que emite enormes cantidades de partículas alfa y rayos gamma que, al igual que los rayos X, & # 8220Tenían el poder de curar cualquier dolencia & # 8221. Como tal, se agregó a todo, desde pulseras hasta agua potable y fue comprado por el público. en masa.

Alrededor de 1917, miles de mujeres trabajaban en las tiendas para pintar las esferas de los relojes con pintura luminiscente que contenía radio. Idealmente, esto no habría sido nada especial, pero desafortunadamente los pinceles pierden su forma después de unos pocos trazos. Para mantenerlos afilados, las mujeres usarían sus bocas para ajustar su forma.

Muchas mujeres finalmente murieron a causa de la radioactividad de la mandíbula, una enfermedad del hueso que a menudo provoca que la mandíbula se caiga literalmente. Esto, junto con la muerte de la socialité Eben Byers, finalmente le hizo saber al público, grandes cantidades de radiación son peligrosas.


Wilhelm Conrad Röntgen toma la primera radiografía

El 8 de noviembre de 1895, Wilhelm Conrad Röntgen (accidentalmente) descubrió una imagen emitida por su generador de rayos catódicos, proyectada mucho más allá del posible rango de los rayos catódicos (ahora conocido como haz de electrones). Investigaciones posteriores mostraron que los rayos se generaron en el punto de contacto del haz de rayos catódicos en el interior del tubo de vacío, que no fueron desviados por campos magnéticos y penetraron muchos tipos de materia.

Una semana después de su descubrimiento, Rontgen tomó una fotografía de rayos X de la mano de su esposa que reveló claramente su anillo de bodas y sus huesos. La fotografía electrizó al público en general y despertó un gran interés científico por la nueva forma de radiación. Röntgen nombró a la nueva forma de radiación X-radiación (X significa "Desconocido"). De ahí el término rayos X (también conocidos como rayos Röntgen, aunque este término es inusual fuera de Alemania).


Contenido

Observaciones e investigaciones anteriores a Röntgen Editar

Antes de su descubrimiento en 1895, los rayos X eran solo un tipo de radiación no identificada que emanaba de tubos de descarga experimentales. Fueron notados por científicos que investigaban los rayos catódicos producidos por tales tubos, que son haces de electrones energéticos que se observaron por primera vez en 1869. Muchos de los primeros tubos de Crookes (inventados alrededor de 1875) indudablemente irradiaban rayos X, porque los primeros investigadores notaron efectos que eran atribuibles a ellos, como se detalla a continuación. Los tubos de Crookes crearon electrones libres mediante la ionización del aire residual en el tubo por un alto voltaje de CC de entre unos pocos kilovoltios y 100 kV. Este voltaje aceleró los electrones provenientes del cátodo a una velocidad lo suficientemente alta como para crear rayos X cuando golpearon el ánodo o la pared de vidrio del tubo. [4]

El primer experimentador que se cree que produjo (sin saberlo) rayos X fue el actuario William Morgan. En 1785 presentó un artículo a la Royal Society de Londres en el que describía los efectos del paso de corrientes eléctricas a través de un tubo de vidrio parcialmente evacuado, produciendo un resplandor creado por rayos X. [5] [6] Este trabajo fue explorado más a fondo por Humphry Davy y su asistente Michael Faraday.

Cuando el profesor de física de la Universidad de Stanford, Fernando Sanford, creó su "fotografía eléctrica", también generó y detectó rayos X sin saberlo. De 1886 a 1888 había estudiado en el laboratorio Hermann Helmholtz en Berlín, donde se familiarizó con los rayos catódicos generados en los tubos de vacío cuando se aplicaba un voltaje a través de electrodos separados, como habían estudiado previamente Heinrich Hertz y Philipp Lenard. Su carta del 6 de enero de 1893 (que describe su descubrimiento como "fotografía eléctrica") a The Physical Review fue debidamente publicada y un artículo titulado Sin lente ni luz, fotografías tomadas con placa y objeto en la oscuridad apareció en el San Francisco Examiner. [7]

A partir de 1888, Philipp Lenard realizó experimentos para ver si los rayos catódicos podían salir del tubo de Crookes al aire. Construyó un tubo de Crookes con una "ventana" en el extremo de aluminio delgado, de cara al cátodo para que los rayos catódicos lo golpearan (más tarde llamado "tubo de Lenard"). Descubrió que algo pasó, que expondría las placas fotográficas y provocaría fluorescencia. Midió el poder de penetración de estos rayos a través de varios materiales. Se ha sugerido que al menos algunos de estos "rayos Lenard" eran en realidad rayos X. [8]

En 1889, el ucraniano Ivan Puluj, profesor de física experimental en el Politécnico de Praga que desde 1877 había estado construyendo varios diseños de tubos llenos de gas para investigar sus propiedades, publicó un artículo sobre cómo las placas fotográficas selladas se oscurecían cuando se exponían a las emanaciones. de los tubos. [9]

Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. Se formó sobre la base de la teoría electromagnética de la luz. [10] Sin embargo, no trabajó con radiografías reales.

En 1894, Nikola Tesla notó una película dañada en su laboratorio que parecía estar asociada con los experimentos del tubo de Crookes y comenzó a investigar esto. energía radiante de tipos "invisibles". [11] [12] Después de que Röntgen identificara los rayos X, Tesla comenzó a hacer sus propias imágenes de rayos X utilizando altos voltajes y tubos de su propio diseño, [13] así como tubos de Crookes.

Descubrimiento por Röntgen Editar

El 8 de noviembre de 1895, el profesor de física alemán Wilhelm Röntgen tropezó con los rayos X mientras experimentaba con tubos Lenard y tubos Crookes y comenzó a estudiarlos. Escribió un informe inicial "Sobre un nuevo tipo de rayo: una comunicación preliminar" y el 28 de diciembre de 1895 lo envió a la revista de la Sociedad Médico-Física de Würzburg. [14] Este fue el primer artículo escrito sobre rayos X. Röntgen se refirió a la radiación como "X", para indicar que se trataba de un tipo de radiación desconocido. El nombre se mantuvo, aunque (a pesar de las grandes objeciones de Röntgen) muchos de sus colegas sugirieron llamarlos Rayos Röntgen. Todavía se les conoce como tales en muchos idiomas, incluidos alemán, húngaro, ucraniano, danés, polaco, búlgaro, sueco, finlandés, estonio, turco, ruso, letón, lituano, japonés, holandés, georgiano, hebreo y noruego. Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento. [15]

Hay relatos contradictorios de su descubrimiento porque a Röntgen le quemaron sus notas de laboratorio después de su muerte, pero esta es una reconstrucción probable de sus biógrafos: [16] [17] Röntgen estaba investigando los rayos catódicos de un tubo de Crookes que había envuelto en cartón negro. para que la luz visible del tubo no interfiera, utilizando una pantalla fluorescente pintada con platinocianuro de bario. Notó un tenue resplandor verde en la pantalla, aproximadamente a 1 metro de distancia. Röntgen se dio cuenta de que algunos rayos invisibles provenientes del tubo atravesaban el cartón para hacer que la pantalla brillara. Descubrió que también podían leer libros y papeles en su escritorio. Röntgen se dedicó a investigar sistemáticamente estos rayos desconocidos. Dos meses después de su descubrimiento inicial, publicó su artículo. [18]

Röntgen descubrió su uso médico cuando hizo una imagen de la mano de su esposa en una placa fotográfica formada por rayos X. La fotografía de la mano de su esposa fue la primera fotografía de una parte del cuerpo humano usando rayos X. Cuando vio la foto, dijo "He visto mi muerte". [21]

El descubrimiento de los rayos X provocó una auténtica sensación. El biógrafo de Röntgen, Otto Glasser, estimó que, solo en 1896, se publicaron hasta 49 ensayos y 1044 artículos sobre los nuevos rayos. [22] Esta fue probablemente una estimación conservadora, si se considera que casi todos los periódicos del mundo informaron extensamente sobre el nuevo descubrimiento, con una revista como Ciencias dedicándole hasta 23 artículos solo en ese año. [23] Las reacciones sensacionalistas al nuevo descubrimiento incluyeron publicaciones que vinculan el nuevo tipo de rayos con teorías ocultas y paranormales, como la telepatía. [24] [25]

Avances en radiología Editar

Röntgen advirtió de inmediato que los rayos X podrían tener aplicaciones médicas. Junto con su presentación de la Sociedad Médico-Física del 28 de diciembre, envió una carta a los médicos que conocía en toda Europa (1 de enero de 1896). [26] Las noticias (y la creación de "shadowgrams") se difundieron rápidamente, siendo el ingeniero eléctrico escocés Alan Archibald Campbell-Swinton el primero después de Röntgen en crear una radiografía (de una mano). Hasta febrero, hubo 46 experimentadores que adoptaron la técnica solo en América del Norte. [26]

El primer uso de rayos X en condiciones clínicas fue realizado por John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra, el 11 de enero de 1896, cuando radiografió una aguja clavada en la mano de un asociado. El 14 de febrero de 1896, Hall-Edwards también fue el primero en utilizar rayos X en una operación quirúrgica. [27] A principios de 1896, varias semanas después del descubrimiento de Röntgen, Ivan Romanovich Tarkhanov irradió ranas e insectos con rayos X, concluyendo que los rayos "no solo fotografían, sino que también afectan la función de la vida". [28]

La primera radiografía médica realizada en los Estados Unidos se obtuvo utilizando un tubo de descarga diseñado por Pului. En enero de 1896, al leer el descubrimiento de Röntgen, Frank Austin del Dartmouth College probó todos los tubos de descarga en el laboratorio de física y descubrió que solo el tubo Pului producía rayos X. Esto fue el resultado de la inclusión de Pului de un "objetivo" oblicuo de mica, utilizado para contener muestras de material fluorescente, dentro del tubo. El 3 de febrero de 1896 Gilman Frost, profesor de medicina en la facultad, y su hermano Edwin Frost, profesor de física, expusieron la muñeca de Eddie McCarthy, a quien Gilman había tratado unas semanas antes por una fractura, a las radiografías y recogieron la imagen resultante del hueso roto en placas fotográficas de gelatina obtenida de Howard Langill, un fotógrafo local también interesado en el trabajo de Röntgen. [29]

Muchos experimentadores, incluido el propio Röntgen en sus experimentos originales, idearon métodos para ver imágenes de rayos X "en vivo" utilizando algún tipo de pantalla luminiscente. [26] Röntgen utilizó una pantalla recubierta con platinocianuro de bario. El 5 de febrero de 1896, tanto el científico italiano Enrico Salvioni (su "criptoscopio") como el profesor McGie de la Universidad de Princeton (su "Skiascope") desarrollaron dispositivos de imágenes en vivo, ambos usando platinocianuro de bario. El inventor estadounidense Thomas Edison comenzó a investigar poco después del descubrimiento de Röntgen e investigó la capacidad de los materiales para emitir fluorescencia cuando se exponen a los rayos X, y descubrió que el tungstato de calcio era la sustancia más eficaz. En mayo de 1896 desarrolló el primer dispositivo de imágenes en vivo producido en masa, su "Vitascope", más tarde llamado fluoroscopio, que se convirtió en el estándar para los exámenes médicos de rayos X. [26] Edison abandonó la investigación de rayos X alrededor de 1903, antes de la muerte de Clarence Madison Dally, uno de sus sopladores de vidrio. Dally tenía la costumbre de probar los tubos de rayos X con sus propias manos, desarrollando un cáncer en ellos tan tenaz que le amputaron ambos brazos en un intento inútil de salvar su vida en 1904, se convirtió en la primera muerte conocida atribuida a la exposición a los rayos X . [26] Durante el tiempo en que se desarrolló el fluoroscopio, el físico serbio estadounidense Mihajlo Pupin, utilizando una pantalla de tungstato de calcio desarrollada por Edison, descubrió que el uso de una pantalla fluorescente disminuía el tiempo de exposición necesario para crear una radiografía para imágenes médicas de un hora a unos minutos. [30] [26]

En 1901, el presidente de los Estados Unidos, William McKinley, recibió dos disparos en un intento de asesinato. Mientras que una bala solo le rozó el esternón, otra se había alojado en algún lugar profundo de su abdomen y no se pudo encontrar. Un ayudante preocupado de McKinley envió un mensaje al inventor Thomas Edison para que llevara una máquina de rayos X a Buffalo para encontrar la bala perdida. Llegó pero no se usó. Si bien el tiroteo en sí no había sido letal, se había desarrollado gangrena a lo largo del camino de la bala y McKinley murió de shock séptico debido a una infección bacteriana seis días después. [31]

Peligros descubiertos Editar

Con la experimentación generalizada con rayos X después de su descubrimiento en 1895 por científicos, médicos e inventores, surgieron muchas historias de quemaduras, pérdida de cabello y cosas peores en las revistas técnicas de la época. En febrero de 1896, el profesor John Daniel y el Dr. William Lofland Dudley de la Universidad de Vanderbilt informaron sobre la pérdida del cabello después de que el Dr. Dudley fuera radiografiado. Un niño que había recibido un disparo en la cabeza fue llevado al laboratorio de Vanderbilt en 1896. Antes de intentar encontrar la bala se intentó un experimento, para el cual Dudley "con su característica devoción por la ciencia" [32] [33] [34] se ofreció como voluntario . Daniel informó que 21 días después de tomar una fotografía del cráneo de Dudley (con un tiempo de exposición de una hora), notó una calva de 2 pulgadas (5,1 cm) de diámetro en la parte de su cabeza más cercana al tubo de rayos X: "A Se sujetó el portaplacas con las placas hacia el lado del cráneo y se colocó una moneda entre el cráneo y la cabeza. El tubo se sujetó en el otro lado a una distancia de media pulgada del cabello ". [35]

En agosto de 1896, el Dr. HD. Hawks, un graduado de Columbia College, sufrió graves quemaduras en las manos y el pecho a causa de una demostración de rayos X. Fue reportado en Revisión eléctrica y dio lugar a muchos otros informes de problemas asociados con los rayos X que se enviaron a la publicación. [36] Muchos experimentadores, incluidos Elihu Thomson en el laboratorio de Edison, William J. Morton y Nikola Tesla también informaron quemaduras. Elihu Thomson expuso deliberadamente un dedo a un tubo de rayos X durante un período de tiempo y sufrió dolor, hinchazón y ampollas. [37] A veces se culpaba a otros efectos del daño, incluidos los rayos ultravioleta y (según Tesla) el ozono. [38] Muchos médicos afirmaron que no hubo ningún efecto de la exposición a los rayos X en absoluto. [37] El 3 de agosto de 1905, en San Francisco, California, Elizabeth Fleischman, una pionera estadounidense de los rayos X, murió de complicaciones como resultado de su trabajo con los rayos X. [39] [40] [41]

Siglo XX y más allá Editar

Las múltiples aplicaciones de los rayos X generaron de inmediato un enorme interés. Los talleres comenzaron a fabricar versiones especializadas de tubos de Crookes para generar rayos X y estos cátodos fríos de primera generación o tubos de rayos X de Crookes se utilizaron hasta aproximadamente 1920.

Un sistema de rayos X médico típico de principios del siglo XX consistía en una bobina Ruhmkorff conectada a un tubo de rayos X Crookes de cátodo frío. Por lo general, se conectaba una descarga de chispas al lado de alto voltaje en paralelo al tubo y se usaba para fines de diagnóstico. [42] El espacio de chispas permitió detectar la polaridad de las chispas, midiendo el voltaje por la longitud de las chispas, determinando así la "dureza" del vacío del tubo, y proporcionó una carga en caso de que el tubo de rayos X fuera desconectado. . Para detectar la dureza del tubo, la brecha de chispa se abrió inicialmente al ajuste más amplio. Mientras la bobina estaba funcionando, el operador redujo el espacio hasta que comenzaron a aparecer chispas. Un tubo en el que el espacio de chispa comenzó a chispear alrededor de 2 1/2 pulgadas se consideró suave (bajo vacío) y adecuado para partes delgadas del cuerpo como manos y brazos. Una chispa de 5 pulgadas indicó que el tubo era adecuado para hombros y rodillas. Una chispa de 7 a 9 pulgadas indicaría un vacío más alto adecuado para obtener imágenes del abdomen de individuos más grandes. Dado que la brecha de chispas estaba conectada en paralelo al tubo, la brecha de chispas tuvo que abrirse hasta que cesaron las chispas para hacer funcionar el tubo para la formación de imágenes. El tiempo de exposición de las placas fotográficas fue de alrededor de medio minuto para una mano a un par de minutos para un tórax. Las placas pueden tener una pequeña adición de sal fluorescente para reducir los tiempos de exposición. [42]

Los tubos de Crookes no eran fiables. Debían contener una pequeña cantidad de gas (invariablemente aire) ya que una corriente no fluirá en un tubo de este tipo si están completamente evacuados. Sin embargo, a medida que pasaba el tiempo, los rayos X hicieron que el vidrio absorbiera el gas, lo que provocó que el tubo generara rayos X "más duros" hasta que pronto dejó de funcionar. Los tubos más grandes y de uso más frecuente fueron provistos de dispositivos para restaurar el aire, conocidos como "ablandadores". Estos a menudo tomaban la forma de un pequeño tubo lateral que contenía un pequeño trozo de mica, un mineral que atrapa cantidades relativamente grandes de aire dentro de su estructura. Un pequeño calentador eléctrico calentó la mica, haciendo que liberara una pequeña cantidad de aire, restaurando así la eficiencia del tubo. Sin embargo, la mica tenía una vida limitada y el proceso de restauración era difícil de controlar.

En 1904, John Ambrose Fleming inventó el diodo termoiónico, el primer tipo de tubo de vacío. Este utilizó un cátodo caliente que provocó que una corriente eléctrica fluyera en el vacío. Esta idea se aplicó rápidamente a los tubos de rayos X y, por lo tanto, los tubos de rayos X de cátodo calentado, llamados "tubos de Coolidge", reemplazaron por completo a los molestos tubos de cátodo frío alrededor de 1920.

Aproximadamente en 1906, el físico Charles Barkla descubrió que los rayos X podían ser dispersados ​​por gases y que cada elemento tenía un espectro de rayos X característico. Ganó el Premio Nobel de Física de 1917 por este descubrimiento.

En 1912, Max von Laue, Paul Knipping y Walter Friedrich observaron por primera vez la difracción de rayos X por cristales. Este descubrimiento, junto con los primeros trabajos de Paul Peter Ewald, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg, dio origen al campo de la cristalografía de rayos X.

En 1913, Henry Moseley realizó experimentos de cristalografía con rayos X que emanaban de varios metales y formuló la ley de Moseley que relaciona la frecuencia de los rayos X con el número atómico del metal.

El tubo de rayos X de Coolidge fue inventado el mismo año por William D. Coolidge. Hizo posible las continuas emisiones de rayos X. Los tubos de rayos X modernos se basan en este diseño, a menudo empleando el uso de objetivos giratorios que permiten una disipación de calor significativamente mayor que los objetivos estáticos, lo que permite una mayor cantidad de salida de rayos X para su uso en aplicaciones de alta potencia como escáneres de TC rotativos.

El uso de rayos X con fines médicos (que se convirtió en el campo de la radioterapia) fue iniciado por el comandante John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra. Luego, en 1908, tuvo que amputarle el brazo izquierdo debido a la propagación de la dermatitis de rayos X en su brazo. [43]

La ciencia médica también utilizó la película para estudiar la fisiología humana. En 1913, se hizo una película en Detroit que mostraba un huevo duro dentro de un estómago humano. Esta primera película de rayos X se grabó a una velocidad de una imagen fija cada cuatro segundos. [44] El Dr. Lewis Gregory Cole de Nueva York fue un pionero de la técnica, a la que llamó "radiografía en serie". [45] [46] En 1918, los rayos X se utilizaron en asociación con cámaras cinematográficas para capturar el esqueleto humano en movimiento. [47] [48] [49] En 1920, el Instituto de Fonética de Inglaterra lo utilizó para registrar los movimientos de la lengua y los dientes en el estudio de idiomas. [50]

En 1914, Marie Curie desarrolló vehículos radiológicos para apoyar a los soldados heridos en la Primera Guerra Mundial. Los vehículos permitirían obtener imágenes de rayos X rápidos de los soldados heridos para que los cirujanos en el campo de batalla pudieran operar de forma rápida y precisa. [51]

Desde principios de la década de 1920 hasta la de 1950, las máquinas de rayos X se desarrollaron para ayudar en la colocación de zapatos [52] y se vendieron a zapaterías comerciales. [53] [54] [55] En la década de 1950 se expresaron inquietudes con respecto al impacto del uso frecuente o mal controlado, [56] [57] lo que llevó al final de la práctica en esa década. [58]

El microscopio de rayos X se desarrolló durante la década de 1950.

El Observatorio de rayos X Chandra, lanzado el 23 de julio de 1999, ha estado permitiendo la exploración de procesos muy violentos en el universo que producen rayos X. A diferencia de la luz visible, que ofrece una visión relativamente estable del universo, el universo de rayos X es inestable. Presenta estrellas desgarradas por agujeros negros, colisiones galácticas y novas, y estrellas de neutrones que acumulan capas de plasma que luego explotan en el espacio.

Se propuso un dispositivo láser de rayos X como parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica de la Administración Reagan en la década de 1980, pero la única prueba del dispositivo (una especie de "bláster" láser o rayo de la muerte, impulsado por una explosión termonuclear) no arrojó resultados concluyentes. Por razones técnicas y políticas, el proyecto en general (incluido el láser de rayos X) fue desfinanciado (aunque más tarde fue revivido por la segunda administración Bush como Defensa Nacional de Misiles utilizando diferentes tecnologías).

Las imágenes de rayos X de contraste de fase se refieren a una variedad de técnicas que utilizan información de fase de un haz de rayos X coherente para obtener imágenes de los tejidos blandos. Se ha convertido en un método importante para visualizar estructuras celulares e histológicas en una amplia gama de estudios biológicos y médicos. Hay varias tecnologías que se utilizan para la obtención de imágenes de contraste de fase de rayos X, y todas utilizan principios diferentes para convertir las variaciones de fase de los rayos X que emergen de un objeto en variaciones de intensidad. [59] [60] Estos incluyen contraste de fase basado en propagación, [61] interferometría de Talbot, [60] imágenes mejoradas por refracción, [62] e interferometría de rayos X. [63] Estos métodos proporcionan un mayor contraste en comparación con las imágenes de rayos X de absorción-contraste normales, lo que permite ver detalles más pequeños. Una desventaja es que estos métodos requieren equipos más sofisticados, como fuentes de rayos X de sincrotrón o microfoco, óptica de rayos X y detectores de rayos X de alta resolución.

Rayos X suaves y duros Editar

Los rayos X con altas energías de fotones por encima de 5–10 keV (por debajo de 0,2–0,1 nm de longitud de onda) se denominan radiografías duras, mientras que aquellos con menor energía (y mayor longitud de onda) se denominan rayos X suaves. [64] El rango intermedio con energías de fotones de varios keV a menudo se denomina rayos X tiernos. Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos, por ejemplo, en radiografías médicas y seguridad aeroportuaria. El término radiografía se utiliza metonímicamente para referirse a una imagen radiográfica producida con este método, además del método en sí. Dado que las longitudes de onda de los rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, también son útiles para determinar estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, los rayos X suaves se absorben fácilmente en el aire con una longitud de atenuación de 600 eV (

2 nm) Los rayos X en el agua son menos de 1 micrómetro. [sesenta y cinco]

Rayos gamma Editar

No hay consenso para una definición que distinga entre rayos X y rayos gamma. Una práctica común es distinguir entre los dos tipos de radiación en función de su fuente: los rayos X son emitidos por electrones, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo atómico. [66] [67] [68] [69] Esta definición tiene varios problemas: otros procesos también pueden generar estos fotones de alta energía o, a veces, se desconoce el método de generación. Una alternativa común es distinguir la radiación X y la gamma sobre la base de la longitud de onda (o, de manera equivalente, la frecuencia o la energía fotónica), con una radiación más corta que alguna longitud de onda arbitraria, como 10-11 m (0.1 Å), definida como radiación gamma. . [70] Este criterio asigna un fotón a una categoría inequívoca, pero solo es posible si se conoce la longitud de onda. (Algunas técnicas de medición no distinguen entre las longitudes de onda detectadas). Sin embargo, estas dos definiciones a menudo coinciden ya que la radiación electromagnética emitida por los tubos de rayos X generalmente tiene una longitud de onda más larga y una menor energía de fotones que la radiación emitida por núcleos radiactivos. [66] Occasionally, one term or the other is used in specific contexts due to historical precedent, based on measurement (detection) technique, or based on their intended use rather than their wavelength or source. Thus, gamma-rays generated for medical and industrial uses, for example radiotherapy, in the ranges of 6–20 MeV, can in this context also be referred to as X-rays. [71]

X-ray photons carry enough energy to ionize atoms and disrupt molecular bonds. This makes it a type of ionizing radiation, and therefore harmful to living tissue. A very high radiation dose over a short period of time causes radiation sickness, while lower doses can give an increased risk of radiation-induced cancer. In medical imaging, this increased cancer risk is generally greatly outweighed by the benefits of the examination. The ionizing capability of X-rays can be utilized in cancer treatment to kill malignant cells using radiation therapy. It is also used for material characterization using X-ray spectroscopy.

Hard X-rays can traverse relatively thick objects without being much absorbed or scattered. For this reason, X-rays are widely used to image the inside of visually opaque objects. The most often seen applications are in medical radiography and airport security scanners, but similar techniques are also important in industry (e.g. industrial radiography and industrial CT scanning) and research (e.g. small animal CT). The penetration depth varies with several orders of magnitude over the X-ray spectrum. This allows the photon energy to be adjusted for the application so as to give sufficient transmission through the object and at the same time provide good contrast in the image.

X-rays have much shorter wavelengths than visible light, which makes it possible to probe structures much smaller than can be seen using a normal microscope. This property is used in X-ray microscopy to acquire high-resolution images, and also in X-ray crystallography to determine the positions of atoms in crystals.

X-rays interact with matter in three main ways, through photoabsorption, Compton scattering, and Rayleigh scattering. The strength of these interactions depends on the energy of the X-rays and the elemental composition of the material, but not much on chemical properties, since the X-ray photon energy is much higher than chemical binding energies. Photoabsorption or photoelectric absorption is the dominant interaction mechanism in the soft X-ray regime and for the lower hard X-ray energies. At higher energies, Compton scattering dominates.

Photoelectric absorption Edit

The probability of a photoelectric absorption per unit mass is approximately proportional to Z 3 /mi 3 , where Z is the atomic number and mi is the energy of the incident photon. [72] This rule is not valid close to inner shell electron binding energies where there are abrupt changes in interaction probability, so called absorption edges. However, the general trend of high absorption coefficients and thus short penetration depths for low photon energies and high atomic numbers is very strong. For soft tissue, photoabsorption dominates up to about 26 keV photon energy where Compton scattering takes over. For higher atomic number substances this limit is higher. The high amount of calcium (Z = 20) in bones, together with their high density, is what makes them show up so clearly on medical radiographs.

A photoabsorbed photon transfers all its energy to the electron with which it interacts, thus ionizing the atom to which the electron was bound and producing a photoelectron that is likely to ionize more atoms in its path. An outer electron will fill the vacant electron position and produce either a characteristic X-ray or an Auger electron. These effects can be used for elemental detection through X-ray spectroscopy or Auger electron spectroscopy.

Compton scattering Edit

Compton scattering is the predominant interaction between X-rays and soft tissue in medical imaging. [73] Compton scattering is an inelastic scattering of the X-ray photon by an outer shell electron. Part of the energy of the photon is transferred to the scattering electron, thereby ionizing the atom and increasing the wavelength of the X-ray. The scattered photon can go in any direction, but a direction similar to the original direction is more likely, especially for high-energy X-rays. The probability for different scattering angles is described by the Klein–Nishina formula. The transferred energy can be directly obtained from the scattering angle from the conservation of energy and momentum.

Rayleigh scattering Edit

Rayleigh scattering is the dominant elastic scattering mechanism in the X-ray regime. [74] Inelastic forward scattering gives rise to the refractive index, which for X-rays is only slightly below 1. [75]

Whenever charged particles (electrons or ions) of sufficient energy hit a material, X-rays are produced.

Production by electrons Edit

Characteristic X-ray emission lines for some common anode materials. [76] [77]
Ánodo
material
Atomic
number
Photon energy [keV] Wavelength [nm]
Kα1 Kβ1 Kα1 Kβ1
W 74 59.3 67.2 0.0209 0.0184
Mo 42 17.5 19.6 0.0709 0.0632
Cu 29 8.05 8.91 0.154 0.139
Ag 47 22.2 24.9 0.0559 0.0497
Ga 31 9.25 10.26 0.134 0.121
En 49 24.2 27.3 0.0512 0.455

X-rays can be generated by an X-ray tube, a vacuum tube that uses a high voltage to accelerate the electrons released by a hot cathode to a high velocity. The high velocity electrons collide with a metal target, the anode, creating the X-rays. [78] In medical X-ray tubes the target is usually tungsten or a more crack-resistant alloy of rhenium (5%) and tungsten (95%), but sometimes molybdenum for more specialized applications, such as when softer X-rays are needed as in mammography. In crystallography, a copper target is most common, with cobalt often being used when fluorescence from iron content in the sample might otherwise present a problem.

The maximum energy of the produced X-ray photon is limited by the energy of the incident electron, which is equal to the voltage on the tube times the electron charge, so an 80 kV tube cannot create X-rays with an energy greater than 80 keV. When the electrons hit the target, X-rays are created by two different atomic processes:

  1. Characteristic X-ray emission (X-ray electroluminescence): If the electron has enough energy, it can knock an orbital electron out of the inner electron shell of the target atom. After that, electrons from higher energy levels fill the vacancies, and X-ray photons are emitted. This process produces an emission spectrum of X-rays at a few discrete frequencies, sometimes referred to as spectral lines. Usually, these are transitions from the upper shells to the K shell (called K lines), to the L shell (called L lines) and so on. If the transition is from 2p to 1s, it is called Kα, while if it is from 3p to 1s it is Kβ. The frequencies of these lines depend on the material of the target and are therefore called characteristic lines. The Kα line usually has greater intensity than the Kβ one and is more desirable in diffraction experiments. Thus the Kβ line is filtered out by a filter. The filter is usually made of a metal having one proton less than the anode material (e.g., Ni filter for Cu anode or Nb filter for Mo anode).
  2. Bremsstrahlung: This is radiation given off by the electrons as they are scattered by the strong electric field near the high-Z (proton number) nuclei. These X-rays have a continuous spectrum. The frequency of bremsstrahlung is limited by the energy of incident electrons.

So, the resulting output of a tube consists of a continuous bremsstrahlung spectrum falling off to zero at the tube voltage, plus several spikes at the characteristic lines. The voltages used in diagnostic X-ray tubes range from roughly 20 kV to 150 kV and thus the highest energies of the X-ray photons range from roughly 20 keV to 150 keV. [79]

Both of these X-ray production processes are inefficient, with only about one percent of the electrical energy used by the tube converted into X-rays, and thus most of the electric power consumed by the tube is released as waste heat. When producing a usable flux of X-rays, the X-ray tube must be designed to dissipate the excess heat.

A specialized source of X-rays which is becoming widely used in research is synchrotron radiation, which is generated by particle accelerators. Its unique features are X-ray outputs many orders of magnitude greater than those of X-ray tubes, wide X-ray spectra, excellent collimation, and linear polarization. [80]

Short nanosecond bursts of X-rays peaking at 15-keV in energy may be reliably produced by peeling pressure-sensitive adhesive tape from its backing in a moderate vacuum. This is likely to be the result of recombination of electrical charges produced by triboelectric charging. The intensity of X-ray triboluminescence is sufficient for it to be used as a source for X-ray imaging. [81]

Production by fast positive ions Edit

X-rays can also be produced by fast protons or other positive ions. The proton-induced X-ray emission or particle-induced X-ray emission is widely used as an analytical procedure. For high energies, the production cross section is proportional to Z1 2 Z2 −4 , dónde Z1 refers to the atomic number of the ion, Z2 refers to that of the target atom. [82] An overview of these cross sections is given in the same reference.

Production in lightning and laboratory discharges Edit

X-rays are also produced in lightning accompanying terrestrial gamma-ray flashes. The underlying mechanism is the acceleration of electrons in lightning related electric fields and the subsequent production of photons through Bremsstrahlung. [83] This produces photons with energies of some few keV and several tens of MeV. [84] In laboratory discharges with a gap size of approximately 1 meter length and a peak voltage of 1 MV, X-rays with a characteristic energy of 160 keV are observed. [85] A possible explanation is the encounter of two streamers and the production of high-energy run-away electrons [86] however, microscopic simulations have shown that the duration of electric field enhancement between two streamers is too short to produce a significant number of run-away electrons. [87] Recently, it has been proposed that air perturbations in the vicinity of streamers can facilitate the production of run-away electrons and hence of X-rays from discharges. [88] [89]

X-ray detectors vary in shape and function depending on their purpose. Imaging detectors such as those used for radiography were originally based on photographic plates and later photographic film, but are now mostly replaced by various digital detector types such as image plates and flat panel detectors. For radiation protection direct exposure hazard is often evaluated using ionization chambers, while dosimeters are used to measure the radiation dose a person has been exposed to. X-ray spectra can be measured either by energy dispersive or wavelength dispersive spectrometers. For x-ray diffraction applications, such as x-ray crystallography, hybrid photon counting detectors are widely used. [90]

Since Röntgen's discovery that X-rays can identify bone structures, X-rays have been used for medical imaging. [91] The first medical use was less than a month after his paper on the subject. [29] Up to 2010, five billion medical imaging examinations had been conducted worldwide. [92] Radiation exposure from medical imaging in 2006 made up about 50% of total ionizing radiation exposure in the United States. [93]

Projectional radiographs Edit

Projectional radiography is the practice of producing two-dimensional images using x-ray radiation. Bones contain a high concentration of calcium, which, due to its relatively high atomic number, absorbs x-rays efficiently. This reduces the amount of X-rays reaching the detector in the shadow of the bones, making them clearly visible on the radiograph. The lungs and trapped gas also show up clearly because of lower absorption compared to tissue, while differences between tissue types are harder to see.

Projectional radiographs are useful in the detection of pathology of the skeletal system as well as for detecting some disease processes in soft tissue. Some notable examples are the very common chest X-ray, which can be used to identify lung diseases such as pneumonia, lung cancer, or pulmonary edema, and the abdominal x-ray, which can detect bowel (or intestinal) obstruction, free air (from visceral perforations) and free fluid (in ascites). X-rays may also be used to detect pathology such as gallstones (which are rarely radiopaque) or kidney stones which are often (but not always) visible. Traditional plain X-rays are less useful in the imaging of soft tissues such as the brain or muscle. One area where projectional radiographs are used extensively is in evaluating how an orthopedic implant, such as a knee, hip or shoulder replacement, is situated in the body with respect to the surrounding bone. This can be assessed in two dimensions from plain radiographs, or it can be assessed in three dimensions if a technique called '2D to 3D registration' is used. This technique purportedly negates projection errors associated with evaluating implant position from plain radiographs. [94] [95]

Dental radiography is commonly used in the diagnoses of common oral problems, such as cavities.

In medical diagnostic applications, the low energy (soft) X-rays are unwanted, since they are totally absorbed by the body, increasing the radiation dose without contributing to the image. Hence, a thin metal sheet, often of aluminium, called an X-ray filter, is usually placed over the window of the X-ray tube, absorbing the low energy part in the spectrum. This is called hardening the beam since it shifts the center of the spectrum towards higher energy (or harder) x-rays.

To generate an image of the cardiovascular system, including the arteries and veins (angiography) an initial image is taken of the anatomical region of interest. A second image is then taken of the same region after an iodinated contrast agent has been injected into the blood vessels within this area. These two images are then digitally subtracted, leaving an image of only the iodinated contrast outlining the blood vessels. The radiologist or surgeon then compares the image obtained to normal anatomical images to determine whether there is any damage or blockage of the vessel.

Computed tomography Edit

Computed tomography (CT scanning) is a medical imaging modality where tomographic images or slices of specific areas of the body are obtained from a large series of two-dimensional X-ray images taken in different directions. [96] These cross-sectional images can be combined into a three-dimensional image of the inside of the body and used for diagnostic and therapeutic purposes in various medical disciplines.

Fluoroscopy Edit

Fluoroscopy is an imaging technique commonly used by physicians or radiation therapists to obtain real-time moving images of the internal structures of a patient through the use of a fluoroscope. In its simplest form, a fluoroscope consists of an X-ray source and a fluorescent screen, between which a patient is placed. However, modern fluoroscopes couple the screen to an X-ray image intensifier and CCD video camera allowing the images to be recorded and played on a monitor. This method may use a contrast material. Examples include cardiac catheterization (to examine for coronary artery blockages) and barium swallow (to examine for esophageal disorders and swallowing disorders).

Radiotherapy Edit

The use of X-rays as a treatment is known as radiation therapy and is largely used for the management (including palliation) of cancer it requires higher radiation doses than those received for imaging alone. X-rays beams are used for treating skin cancers using lower energy x-ray beams while higher energy beams are used for treating cancers within the body such as brain, lung, prostate, and breast. [97] [98]

Diagnostic X-rays (primarily from CT scans due to the large dose used) increase the risk of developmental problems and cancer in those exposed. [99] [100] [101] X-rays are classified as a carcinogen by both the World Health Organization's International Agency for Research on Cancer and the U.S. government. [92] [102] It is estimated that 0.4% of current cancers in the United States are due to computed tomography (CT scans) performed in the past and that this may increase to as high as 1.5–2% with 2007 rates of CT usage. [103]

Experimental and epidemiological data currently do not support the proposition that there is a threshold dose of radiation below which there is no increased risk of cancer. [104] However, this is under increasing doubt. [105] It is estimated that the additional radiation from diagnostic X-rays will increase the average person's cumulative risk of getting cancer by age 75 by 0.6–3.0%. [106] The amount of absorbed radiation depends upon the type of X-ray test and the body part involved. [107] CT and fluoroscopy entail higher doses of radiation than do plain X-rays.

To place the increased risk in perspective, a plain chest X-ray will expose a person to the same amount from background radiation that people are exposed to (depending upon location) every day over 10 days, while exposure from a dental X-ray is approximately equivalent to 1 day of environmental background radiation. [108] Each such X-ray would add less than 1 per 1,000,000 to the lifetime cancer risk. An abdominal or chest CT would be the equivalent to 2–3 years of background radiation to the whole body, or 4–5 years to the abdomen or chest, increasing the lifetime cancer risk between 1 per 1,000 to 1 per 10,000. [108] This is compared to the roughly 40% chance of a US citizen developing cancer during their lifetime. [109] For instance, the effective dose to the torso from a CT scan of the chest is about 5 mSv, and the absorbed dose is about 14 mGy. [110] A head CT scan (1.5mSv, 64mGy) [111] that is performed once with and once without contrast agent, would be equivalent to 40 years of background radiation to the head. Accurate estimation of effective doses due to CT is difficult with the estimation uncertainty range of about ±19% to ±32% for adult head scans depending upon the method used. [112]

The risk of radiation is greater to a fetus, so in pregnant patients, the benefits of the investigation (X-ray) should be balanced with the potential hazards to the fetus. [113] [114] In the US, there are an estimated 62 million CT scans performed annually, including more than 4 million on children. [107] Avoiding unnecessary X-rays (especially CT scans) reduces radiation dose and any associated cancer risk. [115]

Medical X-rays are a significant source of human-made radiation exposure. In 1987, they accounted for 58% of exposure from human-made sources in the United States. Since human-made sources accounted for only 18% of the total radiation exposure, most of which came from natural sources (82%), medical X-rays only accounted for 10% of total American radiation exposure medical procedures as a whole (including nuclear medicine) accounted for 14% of total radiation exposure. By 2006, however, medical procedures in the United States were contributing much more ionizing radiation than was the case in the early 1980s. In 2006, medical exposure constituted nearly half of the total radiation exposure of the U.S. population from all sources. The increase is traceable to the growth in the use of medical imaging procedures, in particular computed tomography (CT), and to the growth in the use of nuclear medicine. [93] [116]

Dosage due to dental X-rays varies significantly depending on the procedure and the technology (film or digital). Depending on the procedure and the technology, a single dental X-ray of a human results in an exposure of 0.5 to 4 mrem. A full mouth series of X-rays may result in an exposure of up to 6 (digital) to 18 (film) mrem, for a yearly average of up to 40 mrem. [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123]

Financial incentives have been shown to have a significant impact on X-ray use with doctors who are paid a separate fee for each X-ray providing more X-rays. [124]

Early photon tomography or EPT [125] (as of 2015) along with other techniques [126] are being researched as potential alternatives to X-rays for imaging applications.

Other notable uses of X-rays include:

    in which the pattern produced by the diffraction of X-rays through the closely spaced lattice of atoms in a crystal is recorded and then analysed to reveal the nature of that lattice. A related technique, fiber diffraction, was used by Rosalind Franklin to discover the double helical structure of DNA. [127] , which is an observational branch of astronomy, which deals with the study of X-ray emission from celestial objects. analysis, which uses electromagnetic radiation in the soft X-ray band to produce images of very small objects. , a technique in which X-rays are generated within a specimen and detected. The outgoing energy of the X-ray can be used to identify the composition of the sample. uses X-rays for inspection of industrial parts, particularly welds. , most often x-rays of paintings to reveal underdrawing, pentimenti alterations in the course of painting or by later restorers, and sometimes previous paintings on the support. Many pigments such as lead white show well in radiographs.
  • X-ray spectromicroscopy has been used to analyse the reactions of pigments in paintings. For example, in analysing colour degradation in the paintings of van Gogh. [128]
  • Authentication and quality control of packaged items. (computed tomography), a process that uses X-ray equipment to produce three-dimensional representations of components both externally and internally. This is accomplished through computer processing of projection images of the scanned object in many directions. luggage scanners use X-rays for inspecting the interior of luggage for security threats before loading on aircraft. truck scanners and domestic police departments use X-rays for inspecting the interior of trucks.
  • X-ray art and fine art photography, artistic use of X-rays, for example the works by Stane Jagodič
  • X-ray hair removal, a method popular in the 1920s but now banned by the FDA. [130] were popularized in the 1920s, banned in the US in the 1960s, in the UK in the 1970s, and later in continental Europe. is used to track movement of bones based on the implantation of markers is a chemical analysis technique relying on the photoelectric effect, usually employed in surface science. is the use of high energy X-rays generated from a fission explosion (an A-bomb) to compress nuclear fuel to the point of fusion ignition (an H-bomb).

While generally considered invisible to the human eye, in special circumstances X-rays can be visible. Brandes, in an experiment a short time after Röntgen's landmark 1895 paper, reported after dark adaptation and placing his eye close to an X-ray tube, seeing a faint "blue-gray" glow which seemed to originate within the eye itself. [131] Upon hearing this, Röntgen reviewed his record books and found he too had seen the effect. When placing an X-ray tube on the opposite side of a wooden door Röntgen had noted the same blue glow, seeming to emanate from the eye itself, but thought his observations to be spurious because he only saw the effect when he used one type of tube. Later he realized that the tube which had created the effect was the only one powerful enough to make the glow plainly visible and the experiment was thereafter readily repeatable. The knowledge that X-rays are actually faintly visible to the dark-adapted naked eye has largely been forgotten today this is probably due to the desire not to repeat what would now be seen as a recklessly dangerous and potentially harmful experiment with ionizing radiation. It is not known what exact mechanism in the eye produces the visibility: it could be due to conventional detection (excitation of rhodopsin molecules in the retina), direct excitation of retinal nerve cells, or secondary detection via, for instance, X-ray induction of phosphorescence in the eyeball with conventional retinal detection of the secondarily produced visible light.

Though X-rays are otherwise invisible, it is possible to see the ionization of the air molecules if the intensity of the X-ray beam is high enough. The beamline from the wiggler at the ID11 at the European Synchrotron Radiation Facility is one example of such high intensity. [132]

The measure of X-rays ionizing ability is called the exposure:

  • The coulomb per kilogram (C/kg) is the SI unit of ionizing radiation exposure, and it is the amount of radiation required to create one coulomb of charge of each polarity in one kilogram of matter.
  • The roentgen (R) is an obsolete traditional unit of exposure, which represented the amount of radiation required to create one electrostatic unit of charge of each polarity in one cubic centimeter of dry air. 1 roentgen = 2.58 × 10 −4 C/kg .

However, the effect of ionizing radiation on matter (especially living tissue) is more closely related to the amount of energy deposited into them rather than the charge generated. This measure of energy absorbed is called the absorbed dose:

  • The gray (Gy), which has units of (joules/kilogram), is the SI unit of absorbed dose, and it is the amount of radiation required to deposit one joule of energy in one kilogram of any kind of matter.
  • The rad is the (obsolete) corresponding traditional unit, equal to 10 millijoules of energy deposited per kilogram. 100 rad = 1 gray.

The equivalent dose is the measure of the biological effect of radiation on human tissue. For X-rays it is equal to the absorbed dose.


Introducción

In the early days, while American workers were busily exploring and reporting the beneficial use of X-rays, less welcome news was beginning to trickle in from many parts of the USA. The rays, it was discovered, produced undesirable changes in exposed tissues. In the 116th anniversary year of the discovery of X-rays, when Roentgen and others were glorified for their discovery and use of X-rays, this article throws light on some of the early victims and martyrs. Given the ambiguity of universal guidelines in obtaining a cone beam CT (CBCT) scan and the undue use of panoramic and full-mouth periapicals at tertiary care centres, oral radiologists may end up making unnecessary examinations, which can result in undue radiation exposure. This highlights the need to look back through history.

Historical perspective

It was barely 14 days after the announcement of the discovery of Roentgen rays that Friedrich Otto Walkhoff took the first dental radiograph. He took an ordinary photographic glass plate, wrapped it in a rubber dam, held it in his mouth between his teeth and tongue and then lay on the floor for a 25 min exposure. Walkhoff said that those 25 min of exposure were a torture to him. 1 However, the exact nature of this torture has not been described. Later, in 1896, Walkhoff succeeded in making extra-oral pictures with an exposure time of 30 min. He noticed a loss of hair on the side of the head of some of the patients he irradiated, 2 but as there was no mention of blisters on the skin it is assumed that the absorbed dose was less than 300 rads.

In 1896, Otto Walkhoff and Fritz Giesel established the first dental roentgenological laboratory in the world. For many years the laboratory provided practitioners with images of the jaw and head. Fritz Giesel later died in 1927 of metastatic carcinoma caused by heavy radiation exposure to his hands. 3

In February 1896 a child who had been accidentally shot in the head was brought to the laboratory at Vanderbilt University (Tennessee, USA). Before attempting to locate the bullet in the child, Professor Daniel and Dr Dudley decided to undertake an experiment. Dr Dudley, with his characteristic devotion to science, lent himself to this experiment. A plate holder containing the sensitive plate was tied to one side of Dudley's head and the tube attached to the opposite side of the head. The tube was placed 0.5 inches away from Dudley's hair and activated for 1 h. After 21 days all the hair fell out from the space under discharge, which was approximately 2 inches in diameter. 4

On 12 August 1896, Electrical Review reported that Dr HD Hawks, a graduate of the 1896 class of Columbia College, gave a demonstration with a powerful X-ray unit in the vicinity of New York. 5 After 4 days, he was compelled to stop work. He noticed a drying of the skin, which he ignored. The hand began to swell and gave the appearance of a deep skin burn. After 2 weeks the skin came off the hand, the knuckles become very sore, fingernail growth stopped and the hair on the skin exposed to X-rays fell out. His eyes were bloodshot and his vision became considerably impaired. His chest was also burnt. Mr Hawks' physician treated this as a case of dermatitis. Hawks tried protecting his hands with petroleum jelly, then gloves and finally by covering it with tin foil. Within 6 weeks Hawks was partially recovered and was making light of his injuries. Electrical Review concluded by asking to hear from any of its readers who had had similar experiences.

GA Frei of Frei and Co., a Boston manufacturer of X-ray tubes, replied the next day: Mr K, an employee of the company, complained of peculiar itching and burning in his left hand and thought it was due to poisoning with chemicals. Mr K used to regularly attend to testing of tubes during and after the exhausting process at the rooms. The same phenomenon also appeared on Frei's hand. The letter concluded by stating that further developments would be carefully monitored. 5

A distressing case was reported in September 1896. William Levy had been shot in the head by an escaping bank robber 10 years previously. The bullet entered his skull just above the left ear and presumably proceeded towards the back of the head. Having heard about X-rays, he decided he wanted the bullet localized and extracted. Levy approached Professor Jones of the Physical Laboratory, University of Minnesota. Professor Jones, who was familiar with Daniel and Dudley's experiments, warned Levy against the exposure, but Levy was undeterred and an exposure was made on 8 July 1896. Exposures were made with the tube over his forehead, in front of his open mouth and behind his right ear. Levy sat through the exposures from 8 o'clock in the morning until 10 o'clock at night. Within 24 h his entire head was blistered, within a few days his head was an angry sore and his lips were badly swollen, cracked and bleeding. His right ear had doubled in size and the hair on his right side had entirely fallen out. Professor Jones concluded that the one feature that was satisfactory to the patient was that a good picture of the bullet was obtained, showing it to be about an inch beneath the skull under the occipital protuberance. 6

Dr Stickney reported a case in December 1896 of a woman who complained of abdominal pain. A radiograph of the patient, Mrs Q, was taken in the abdominal region. The focus of X-rays was over the liver. 3 exposures were made of 20 min, 30 min and 35 min. Two days later she developed burns over the region. The condition worsened until the surface sloughed. 7

The above cases of Hawks, Dudley and Stickney all reported skin blisters and it could therefore be assumed that the absorbed dose of the victims was at least 1500 rads. Serious damage from the rays was also reported from the Edison Laboratory. Elihu Thomson of General Electric cited two Edison cases in a letter dated 1 December 1896 to Dr EA Codman of Boston. Thomson referred to these cases as serious because they took place over the hands and arms of the victims and they had to stop working with X-rays altogether. The story goes that one of them was told by his physician that if he continued to work with X-rays it would be necessary to amputate his hands. The worker threatened with amputation was probably Clarence Dally, Thomson Edison's glassblower.

Clarence Dally was likely to have had an absorbed dose of approximately 3000 rads to necessitate amputation. It needs to be noted that not everyone had the same experience. Dr Williams reported in 1897 that in approximately 250 patients, who he examined with X-rays, he had not seen any harmful effects. 8

Professor Stine of Armour Institute of Technology reported that a patient who was exposed for 2 h for 2 successive days with the plate a few inches from the skin developed itching and irritation. A few days later the skin swelled and became inflamed, and the area immediately surrounding the exposure was tanned and dry. In time the skin peeled off and resembled bad sunburn. Professor Stine, however, concluded that the effect was due to ultraviolet rays and not X-rays. 9

Dr EA Codman, in 1902, conscientiously reviewed all papers on X-ray injuries. Of the 88 X-ray injuries published, 55 had occurred in 1896, 12 in 1897, 6 in 1898, 9 in 1899, 3 in 1900 and 1 in 1901. The decline could be due to the fact that X-ray injuries were no longer in the news and therefore went unreported unless they exhibited unusual features. 10

Clarence Dally (1865�) is thought to be the first to die as result of X-ray exposure. He died of metastatic carcinoma at only 39 years old.

The next death to be reported was that of Elizabeth F Ascheim (1859�) of San Francisco. Deaths reported thereafter included those of Wolfram C Fuchs (1865�), who opened the X-ray laboratory in Chicago in 1896 and made the first X-ray film of a brain tumour in 1899, and Dr William Carl Egelhoff (1872�). Among the victims who suffered the most was Dr Walter James Dodd (1869�). He was operated on 32 times and died of metastatic carcinoma of the lung on 18 December 1916. 11

The deaths of tube manufacturers have included Rome Vernon Wagner (1869�), his brother Thurman Lester Wagner (1876�), Burton Eugene Baker (1871�), Henry Green (1860�), John Bawer (unknown year of birth�) and Robert H Machlett (1872�). 12

The case of C. Edmund Kells is well known. Kells developed a radiogenic neoplasm in 1922 and endured increasing discomfort and excruciating pain. Kells did not listen to the warning given by William Rollins regarding radiation hazards. He had undergone 42 operations and several amputations (some have reported 100). On 7 May 1928 Kells triggered a 0.32 calibre bullet into his brain. 3

Dr Perry Brown, an eminent Boston radiologist, published his collection of biological essays 𠇊merican martyrs to science through Roentgen rays” in 1936. He reported the deaths of Mihran Kasabian of Philadelphia (1870�), Eugene Caldwell of New York (1870�), Herbert Robert of St Louis (1852�), Fredrick H Baetjer of Baltimore (1874�) and a number of others whose lives deserve to be remembered. However, his own story was missing Dr Brown died of X-ray induced cancer in 1950. 11

Dr Cannon began using X-rays in 1896 when he was a medical student. In 1931 he developed itching of skin and fresh red papular lesions on his back, chest, thighs, knees and elbows. Dr Cannon suggested that repeated biopsies be made so that it would provide more information on this poorly understood condition. He developed several lesions all over the body, many of which continuously recurred.

In April 1944, a recurrent basal cell carcinoma of the nostril was excised. In 1945 he passed the 14 th anniversary of the onset of mycosis fungoidosis — an amazingly long survival. On 1 October 1945 he died of recurrent pulmonary infection. 6

It would be generous to accept Dr Grubbe's account precisely as he wrote it, for he truly was an X-ray martyr. Dr Grubbe suffered at least 83 surgical operations to relieve his discomfort and to stop the progress of gangrene from his left hand to his arm, elbow and finally shoulder. Grubbe's face was grossly disfigured with cancer. He became sterile. His marriage was left childless, a misfortune he attributed to the X-rays. He lived in agony for many years, yet he continued to work with the rays.

In his autobiography he maintained “my courage is my work. I treat patients who suffer more or are encumbered more than me, and so I go on. By helping others I help myself”. He went on to predict “I will die from the effects of early uncontrolled exposures to X-rays. And like many of the early pioneers, I too, will die a victim of natural science, a martyr to the X-rays.”

Dr Grubbe, in the chapter “The effect of the X-rays on author’s body”, concluded on a noble note: “I have lived large enough to see the child that I fathered develop into a sturdy, mature and worthwhile product and I hope as I approach the evening of my day, to see even more uses of X-ray energy in the alleviation of the ills of mankind.” Dr. Grubbe died of metastatic cancer on 26 March 1960. 13 It could be hypothesized that Kells and Grubbe had a consistent absorbed dose of 3000 rads.


November 28, 1895: Granddaddy of All American Auto Races

A Brief History On November 28, 1895, the first American auto race took place, the Chicago Times-Herald Race, a 54 mile event with a grand prize of $5000. (If that prize sounds lame, remember that this is worth over $140,000 in today’s money.) Digging Deeper As the automobile was a new-fangled invention at the time, a proper name for the motorized conveyance had not yet been agreed upon and the Times-Herald called their event a “Moto-cycle Race.” Originally meant to be a race from Chicago to Milwaukee, the roads of the day were not smooth enough for those primitive cars&hellip


120 YEARS SINCE THE DISCOVERY OF X-RAYS

This paper is intended to celebrate the 120th anniversary of the discovery of X-rays. X-rays (Roentgen-rays) were discovered on the 8th ofNovember, 1895 by the German physicist Wilhelm Conrad Roentgen. Fifty days after the discovery of X-ray, on December 28, 1895. Wilhelm Conrad Roentgen published a paper about the discovery of X-rays - "On a new kind of rays" (Wilhelm Conrad Roentgen: Ober eine neue Art von Strahlen. In: Sitzungsberichte der Wurzburger Physik.-Medic.- Gesellschaft. 1895.). Therefore, the date of 28th ofDecember, 1895 was taken as the date of X-rays discovery. This paper describes the work of Wilhelm Conrad Roentgen, Nikola Tesla, Mihajlo Pupin and Maria Sklodowska-Curie about the nature of X-rays . The fantastic four - Wilhelm Conrad Roentgen, NikolaTesla, Mihajlo ldvorski Pupin and Maria Sklodowska-Curie set the foundation of radiology with their discovery and study of X-rays. Five years after the discovery of X-rays, in 1900, Dr Avram Vinaver had the first X-ray machine installed in abac, in Serbia at the time when many developed countries did not have an X-ray machine and thus set the foundation of radiology in Serbia.


1895: Wilhelm Röntgen Discovers X-rays

On this day, in the late afternoon hours, German physicist Wilhelm Roentgen experimented with a variety of electronic devices, including some of Tesla’s, by putting them under electrical discharge and observing the rays they produce. In one of the experiments in a darkened room, he noticed a glimmer of barium platinocyanide. He concluded that this shimmering was caused by some as yet unknown rays.

He called them X-rays, where X was a designation for something unknown. When he placed various items in the range of these rays, he saw a picture of his skeleton on a barium platinocyanide screen. After that, he continued his research in secret because he was afraid that he might be ridiculed if his observations do not prove to be true. After two weeks, he made a picture of his wife’s hand, on which bones and rings can be seen. The rays were named Röntgen rays after him, although he always preferred the term X-rays.


Ver el vídeo: Técnica para realizar una Radiografía PA de Tórax (Noviembre 2021).