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1895: raios-X descobertos


Em 8 de novembro de 1895, William Röntgen fez uma descoberta que revolucionaria a física e a medicina.

Na época, Röntgen trabalhava na Universidade de Würzburg. Seus experimentos se concentraram na luz emitida pelos “tubos de Crookes”, tubos de vidro com o ar expelido deles e munidos de eletrodos. Quando uma alta tensão elétrica é enviada através do tubo, o resultado é uma luz fluorescente verde. Röntgen percebeu que, quando enrolou um pedaço de cartão preto grosso ao redor do tubo, um brilho verde apareceu em uma superfície a alguns metros de distância. Ele concluiu que o brilho era causado por raios invisíveis que eram capazes de penetrar na carta.

Dan visitou a Biblioteca Bodleian em Oxford, lar de um e um quarto de milhão de mapas históricos. Com a ajuda do professor Jerry Brotton, eles discutem o significado da cartografia antiga e examinam algumas das joias da coleção.

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Nas semanas seguintes, Röntgen continuou a fazer experiências com seus novos raios. Ele percebeu que eles eram capazes de passar por outras substâncias além do papel. Na verdade, eles poderiam passar pelos tecidos moles do corpo, criando imagens de ossos e metal. Durante seus experimentos, ele produziu uma imagem da mão de sua esposa usando sua aliança de casamento.

preocupação com os óculos de raio-X levou à produção de roupas íntimas de chumbo

A notícia da descoberta de Röntgen se espalhou globalmente e a comunidade médica percebeu rapidamente que este era um grande avanço. Em um ano, o novo raio-X estava sendo usado no diagnóstico e tratamento. Levaria muito mais tempo, entretanto, para a comunidade científica compreender os danos que a radiação causou.

O raio-X também capturou a imaginação do público. As pessoas faziam fila para tirar "retratos de ossos" e a preocupação com os óculos de raio-X levou à produção de roupas íntimas de chumbo para proteger o recato.

O curador do Museu Britânico, St John Simpson, fala sobre o império sassânida, a Rota da Seda e novas evidências arqueológicas para o comércio e o movimento através das fronteiras da Antiguidade Tardia.

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Em 1901, Röntgen recebeu o primeiro prêmio de romance de física. Ele doou o dinheiro do Prêmio Nobel para a Universidade de Würzburg e nunca obteve nenhuma patente de seu trabalho para que pudesse ser usado globalmente.


Wilhelm Conrad Röntgen

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Wilhelm Conrad Röntgen, Röntgen também soletrou Roentgen, (nascido em 27 de março de 1845, Lennep, Prússia [agora Remscheid, Alemanha] - falecido em 10 de fevereiro de 1923, Munique, Alemanha), físico que recebeu o primeiro Prêmio Nobel de Física, em 1901, por sua descoberta de X -rays, que anunciaram a era da física moderna e revolucionaram a medicina diagnóstica.

Röntgen estudou na Politécnica de Zurique e depois foi professor de física nas universidades de Estrasburgo (1876–79), Giessen (1879–88), Würzburg (1888–1900) e Munique (1900–20). Sua pesquisa também incluiu trabalhos sobre elasticidade, ação capilar de fluidos, calores específicos de gases, condução de calor em cristais, absorção de calor por gases e piezoeletricidade.

Em 1895, enquanto fazia experiências com o fluxo de corrente elétrica em um tubo de vidro parcialmente evacuado (tubo de raios catódicos), Röntgen observou que um pedaço próximo de platinocianeto de bário emitia luz quando o tubo estava em operação. Ele teorizou que quando os raios catódicos (elétrons) atingiram a parede de vidro do tubo, alguma radiação desconhecida se formou e viajou pela sala, atingiu o produto químico e causou a fluorescência. Uma investigação posterior revelou que o papel, a madeira e o alumínio, entre outros materiais, são transparentes a esta nova forma de radiação. Ele descobriu que afetava placas fotográficas e, como não exibia de forma perceptível nenhuma propriedade da luz, como reflexão ou refração, ele erroneamente pensou que os raios não estavam relacionados à luz. Em vista de sua natureza incerta, ele chamou o fenômeno de radiação-X, mas também passou a ser conhecido como radiação de Röntgen. Ele tirou as primeiras fotografias de raios-X, do interior de objetos de metal e dos ossos da mão de sua esposa.

Este artigo foi revisado e atualizado mais recentemente por Amy Tikkanen, Gerente de Correções.


Raios X: lançando as bases da radiologia moderna, 1896-1930

Os autores descrevem o impacto inicial e as consequências de longo alcance da descoberta dos raios X em 1895. Roentgen percebeu rapidamente a importância desse novo tipo de raio misterioso que havia descoberto. Já em 1896 os raios X já eram usados ​​na cirurgia e na medicina, substituindo a sonda de agulha telefônica de Bell, que só detectava objetos metálicos pelo som e, portanto, se limitava à localização de objetos como balas para remoção. À medida que o diagnóstico por raios-X se tornou mais preciso, as técnicas radiológicas foram gradualmente aprimoradas ao longo dos anos e progrediram do exame do esqueleto para a imagem de órgãos internos complexos. A radiografia tornou-se vital na detecção da tuberculose, para a qual ainda hoje é utilizada. Com o uso de substâncias opacas, como o sulfato de bário, foi possível visualizar o trato digestivo e, posteriormente, os avanços nas técnicas fotográficas tornaram visível o cérebro e quase todas as partes do corpo. Enquanto isso, os perigos da radiação foram reconhecidos e, após 1930, foram introduzidas medidas de segurança para proteger radiologistas e pacientes contra a superexposição. Nos cem anos desde sua descoberta, o escopo cada vez maior da radiologia a tornou um recurso fundamental no diagnóstico e tratamento médico.


História da Medicina: Raios-X acidentais do Dr. Roentgen

No mundo de hoje, os médicos pedem raios-X para diagnosticar todos os tipos de problemas: um osso quebrado, pneumonia, insuficiência cardíaca e muito, muito mais. A mamografia, o método padrão de rastreamento do câncer de mama, usa raios-X. Quase não pensamos nisso, é tão onipresente. Mas não há muito tempo, um osso quebrado, um tumor ou um objeto engolido não podia ser encontrado sem cortar uma pessoa.

Wilhelm Roentgen, professor de física em Wurzburg, Baviera, descobriu os raios X em 1895 - acidentalmente - enquanto testava se os raios catódicos podiam passar pelo vidro. Seu tubo catódico estava coberto com papel preto grosso, então ele ficou surpreso quando uma luz verde incandescente escapou e foi projetada em uma tela fluorescente próxima. Por meio da experimentação, ele descobriu que a luz misteriosa passaria pela maioria das substâncias, mas deixaria sombras de objetos sólidos. Porque ele não sabia o que eram os raios, ele os chamou de raios 'X', que significa 'desconhecidos'.

Roentgen descobriu rapidamente que os raios X também passariam pelo tecido humano, tornando visíveis os ossos e o tecido abaixo. A notícia de sua descoberta se espalhou pelo mundo todo e, em um ano, médicos na Europa e nos Estados Unidos estavam usando raios X para localizar tiros, fraturas ósseas, cálculos renais e objetos engolidos. As honras por seu trabalho foram derramadas - incluindo o primeiro Prêmio Nobel de Física em 1901.

O uso clínico do raio-X floresceu, com pouca consideração pelos potenciais efeitos colaterais da exposição à radiação. Houve algumas suspeitas iniciais de cientistas, incluindo Thomas Edison, Nikola Tesla e William J. Morton, cada um dos quais relatou ferimentos que eles acreditavam resultar de experimentos com raios-X. Mas, no geral, o uso inicial de raios-X foi generalizado e irrestrito, até o ponto em que durante as décadas de 1930 e 1940, as lojas de calçados ofereciam raios-X gratuitos para que os clientes pudessem ver os ossos de seus pés.

Agora temos uma compreensão muito melhor dos riscos associados à radiação de raios-X e desenvolvemos protocolos para minimizar a exposição desnecessária. E embora os raios X continuem sendo a pedra angular da medicina moderna, sua descoberta abriu caminho para o desenvolvimento do amplo espectro de técnicas de imagem de hoje, incluindo ressonância magnética (MRI), tomografia computadorizada (TC), ultrassom, ecocardiografia e muitos outros - - alguns dos quais evitam totalmente o uso de radiação. Não é um legado ruim para uma descoberta acidental.


Uma chamada de despertar & # 8230

Curiosamente, não foi o raio-x que tornou conhecido o fato de que a radiação ionizante não era algo com que brincar. Em vez disso, foram os percalços da novidade semelhante da época, o Rádio, que pôs fim à maior parte do absurdo.

O rádio é um elemento que emite grandes quantidades de partículas alfa e raios gama que, como os raios X, & # 8220Tinham o poder de curar qualquer doença & # 8221. Como tal, foi adicionado a tudo, desde pulseiras a água potável e foi comprado pelo público em massa.

Por volta de 1917, milhares de mulheres trabalhavam em lojas para pintar os mostradores dos relógios com tinta luminescente contendo rádio. Idealmente, isso não teria sido nada de especial, mas infelizmente os pincéis perdem sua forma após algumas pinceladas. Para mantê-los afiados, as mulheres usavam a boca para ajustar sua forma.

Muitas mulheres morreram de mandíbula por rádio, uma doença óssea que geralmente resulta na queda literal da mandíbula. Isso, juntamente com a morte da socialite Eben Byers, finalmente deixou o público saber, grandes quantidades de radiação são perigosas.


Wilhelm Conrad Röntgen faz o primeiro raio-X

Em 8 de novembro de 1895, Wilhelm Conrad Röntgen (acidentalmente) descobriu uma imagem lançada de seu gerador de raios catódicos, projetada muito além do alcance possível dos raios catódicos (agora conhecido como feixe de elétrons). Investigações posteriores mostraram que os raios foram gerados no ponto de contato do feixe de raios catódicos no interior do tubo de vácuo, que não foram desviados por campos magnéticos e penetraram em muitos tipos de matéria.

Uma semana após sua descoberta, Rõntgen tirou uma foto de raio-x da mão de sua esposa, que revelou claramente sua aliança de casamento e seus ossos. A fotografia eletrizou o público em geral e despertou grande interesse científico pela nova forma de radiação. Röntgen chamou a nova forma de radiação de radiação x (X significa "Desconhecido"). Daí o termo raios X (também chamados de raios de Röntgen, embora esse termo seja incomum fora da Alemanha).


Conteúdo

Observações pré-Röntgen e pesquisa Editar

Antes de sua descoberta em 1895, os raios X eram apenas um tipo de radiação não identificada proveniente de tubos de descarga experimental. Eles foram notados por cientistas que investigavam os raios catódicos produzidos por esses tubos, que são feixes de elétrons energéticos observados pela primeira vez em 1869. Muitos dos primeiros tubos de Crookes (inventados por volta de 1875) sem dúvida irradiavam raios-X, porque os primeiros pesquisadores notaram efeitos que eram atribuíveis a eles, conforme detalhado abaixo. Os tubos de Crookes criaram elétrons livres por ionização do ar residual no tubo por uma alta tensão DC de algo entre alguns quilovolts e 100 kV. Essa voltagem acelerou os elétrons vindos do cátodo a uma velocidade alta o suficiente para que eles criassem raios X quando atingiram o ânodo ou a parede de vidro do tubo. [4]

O primeiro experimentador que se pensou ter (sem saber) produzido raios X foi o atuário William Morgan. Em 1785, ele apresentou um artigo à Royal Society of London descrevendo os efeitos da passagem de correntes elétricas por um tubo de vidro parcialmente evacuado, produzindo um brilho criado por raios-X. [5] [6] Este trabalho foi explorado por Humphry Davy e seu assistente Michael Faraday.

Quando o professor de física da Universidade de Stanford, Fernando Sanford, criou sua "fotografia elétrica", ele também gerou e detectou raios-X sem saber. De 1886 a 1888, ele estudou no laboratório Hermann Helmholtz em Berlim, onde se familiarizou com os raios catódicos gerados em tubos de vácuo quando uma voltagem era aplicada em eletrodos separados, conforme estudado anteriormente por Heinrich Hertz e Philipp Lenard. Sua carta de 6 de janeiro de 1893 (descrevendo sua descoberta como "fotografia elétrica") para The Physical Review foi devidamente publicada e um artigo intitulado Sem lente ou luz, fotos tiradas com placa e objeto na escuridão apareceu no San Francisco Examiner. [7]

A partir de 1888, Philipp Lenard conduziu experimentos para ver se os raios catódicos podiam passar do tubo de Crookes para o ar. Ele construiu um tubo de Crookes com uma "janela" na extremidade feita de alumínio fino, voltado para o cátodo de forma que os raios catódicos o atingissem (mais tarde chamado de "tubo Lenard"). Ele descobriu que algo aconteceu, que iria expor as placas fotográficas e causar fluorescência. Ele mediu o poder de penetração desses raios por meio de vários materiais. Foi sugerido que pelo menos alguns desses "raios de Lenard" eram, na verdade, raios-X. [8]

Em 1889, o ucraniano Ivan Puluj, professor de física experimental na Politécnica de Praga que desde 1877 vinha construindo vários designs de tubos cheios de gás para investigar suas propriedades, publicou um artigo sobre como as placas fotográficas seladas ficavam escuras quando expostas às emanações dos tubos. [9]

Hermann von Helmholtz formulou equações matemáticas para raios-X. Ele postulou uma teoria da dispersão antes de Röntgen fazer sua descoberta e anúncio. Foi formado com base na teoria eletromagnética da luz. [10] No entanto, ele não trabalhou com raios-X reais.

Em 1894, Nikola Tesla notou um filme danificado em seu laboratório que parecia estar associado a experimentos com tubo de Crookes e começou a investigar isso energia radiante de tipos "invisíveis". [11] [12] Depois que Röntgen identificou o raio-X, Tesla começou a fazer suas próprias imagens de raio-X usando altas tensões e tubos de seu próprio projeto, [13] assim como tubos de Crookes.

Descoberta por Röntgen Editar

Em 8 de novembro de 1895, o professor de física alemão Wilhelm Röntgen tropeçou nos raios X enquanto fazia experiências com tubos de Lenard e tubos de Crookes e começou a estudá-los. Ele escreveu um relatório inicial "Sobre um novo tipo de raio: uma comunicação preliminar" e em 28 de dezembro de 1895 submeteu-o ao jornal da Sociedade Médica-Física de Würzburg. [14] Este foi o primeiro artigo escrito sobre raios-X. Röntgen referiu-se à radiação como "X", para indicar que era um tipo desconhecido de radiação. O nome pegou, embora (apesar das grandes objeções de Röntgen) muitos de seus colegas sugeriram chamá-los Raios Röntgen. Eles ainda são referidos como tal em muitas línguas, incluindo alemão, húngaro, ucraniano, dinamarquês, polonês, búlgaro, sueco, finlandês, estoniano, turco, russo, letão, lituano, japonês, holandês, georgiano, hebraico e norueguês. Röntgen recebeu o primeiro Prêmio Nobel de Física por sua descoberta. [15]

Existem relatos conflitantes de sua descoberta porque Röntgen teve suas notas de laboratório queimadas após sua morte, mas esta é uma provável reconstrução por seus biógrafos: [16] [17] Röntgen estava investigando os raios catódicos de um tubo de Crookes que ele embrulhou em papelão preto para que a luz visível do tubo não interferisse, usando uma tela fluorescente pintada com platinocianeto de bário. Ele notou um leve brilho verde na tela, a cerca de 1 metro de distância. Röntgen percebeu que alguns raios invisíveis vindos do tubo estavam passando pelo papelão para fazer a tela brilhar. Ele descobriu que eles também podiam passar por livros e papéis em sua mesa. Röntgen se dedicou a investigar sistematicamente esses raios desconhecidos. Dois meses após sua descoberta inicial, ele publicou seu artigo. [18]

Röntgen descobriu seu uso médico quando fez uma foto da mão de sua esposa em uma placa fotográfica formada por raios-X. A fotografia da mão de sua esposa foi a primeira fotografia de uma parte do corpo humano usando raios-X. Quando ela viu a foto, ela disse: "Eu vi minha morte." [21]

A descoberta dos raios X estimulou uma verdadeira sensação. O biógrafo de Röntgen, Otto Glasser, estimou que, somente em 1896, até 49 ensaios e 1.044 artigos sobre os novos raios foram publicados. [22] Esta foi provavelmente uma estimativa conservadora, se considerarmos que quase todos os jornais ao redor do mundo relataram extensivamente sobre a nova descoberta, com uma revista como Ciência dedicando até 23 artigos a ele apenas naquele ano. [23] As reações sensacionalistas à nova descoberta incluíram publicações ligando o novo tipo de raios a teorias ocultas e paranormais, como a telepatia. [24] [25]

Avanços em radiologia Editar

Röntgen imediatamente percebeu que os raios X poderiam ter aplicações médicas. Junto com sua apresentação de 28 de dezembro para a Physical-Medical Society, ele enviou uma carta a médicos que conhecia em toda a Europa (1º de janeiro de 1896). [26] Notícias (e a criação de "shadowgrams") se espalharam rapidamente com o engenheiro elétrico escocês Alan Archibald Campbell-Swinton sendo o primeiro depois de Röntgen a criar um raio-X (de uma mão). Até fevereiro, 46 ​​experimentadores adotaram a técnica apenas na América do Norte. [26]

O primeiro uso de raios X em condições clínicas foi por John Hall-Edwards em Birmingham, Inglaterra, em 11 de janeiro de 1896, quando radiografou uma agulha espetada na mão de um associado. Em 14 de fevereiro de 1896, Hall-Edwards também foi o primeiro a usar raios X em uma operação cirúrgica. [27] No início de 1896, várias semanas após a descoberta de Röntgen, Ivan Romanovich Tarkhanov irradiou sapos e insetos com raios-X, concluindo que os raios "não apenas fotografam, mas também afetam a função viva". [28]

O primeiro raio-X médico feito nos Estados Unidos foi obtido usando um tubo de descarga do desenho de Pului. Em janeiro de 1896, ao ler a descoberta de Röntgen, Frank Austin, do Dartmouth College, testou todos os tubos de descarga no laboratório de física e descobriu que apenas o tubo Pului produzia raios-X. Isso foi resultado da inclusão de Pului de um "alvo" oblíquo de mica, usado para segurar amostras de material fluorescente, dentro do tubo. Em 3 de fevereiro de 1896, Gilman Frost, professor de medicina na faculdade, e seu irmão Edwin Frost, professor de física, expuseram o pulso de Eddie McCarthy, que Gilman tratou algumas semanas antes devido a uma fratura, às radiografias e coletou o imagem resultante do osso quebrado em placas fotográficas de gelatina obtidas de Howard Langill, um fotógrafo local também interessado no trabalho de Röntgen. [29]

Muitos experimentadores, incluindo o próprio Röntgen em seus experimentos originais, criaram métodos para visualizar imagens de raios-X "ao vivo" usando alguma forma de tela luminescente. [26] Röntgen usou uma tela revestida com platinocianeto de bário. Em 5 de fevereiro de 1896, dispositivos de imagem ao vivo foram desenvolvidos pelo cientista italiano Enrico Salvioni (seu "criptoscópio") e pelo Professor McGie da Universidade de Princeton (seu "Skiascópio"), ambos usando platinocianeto de bário. O inventor americano Thomas Edison começou a pesquisa logo após a descoberta de Röntgen e investigou a capacidade dos materiais de apresentar fluorescência quando expostos a raios X, descobrindo que o tungstato de cálcio era a substância mais eficaz. Em maio de 1896, ele desenvolveu o primeiro dispositivo de imagem ao vivo produzido em massa, seu "Vitascópio", mais tarde chamado de fluoroscópio, que se tornou o padrão para exames médicos de raios-X. [26] Edison abandonou a pesquisa de raios-X por volta de 1903, antes da morte de Clarence Madison Dally, um de seus sopradores de vidro. Dally tinha o hábito de testar tubos de raios-X em suas próprias mãos, desenvolvendo um câncer neles tão tenaz que ambos os braços foram amputados em uma tentativa fútil de salvar sua vida em 1904. Ele se tornou a primeira morte conhecida atribuída à exposição aos raios-X . [26] Durante o tempo em que o fluoroscópio estava sendo desenvolvido, o físico sérvio-americano Mihajlo Pupin, usando uma tela de tungstato de cálcio desenvolvida por Edison, descobriu que o uso de uma tela fluorescente diminuía o tempo de exposição necessário para criar um raio-X para imagens médicas de um hora a alguns minutos. [30] [26]

Em 1901, o presidente dos Estados Unidos, William McKinley, foi baleado duas vezes em uma tentativa de assassinato. Enquanto uma bala atingiu apenas seu esterno, outra se alojou em algum lugar bem no fundo de seu abdômen e não pôde ser encontrada. Um assessor de McKinley preocupado enviou uma mensagem ao inventor Thomas Edison para levar uma máquina de raios-X a Buffalo para encontrar a bala perdida. Chegou, mas não foi usado. Embora o tiro em si não tenha sido letal, a gangrena se desenvolveu ao longo do caminho da bala, e McKinley morreu de choque séptico devido a infecção bacteriana seis dias depois. [31]

Riscos descobertos Editar

Com a experimentação generalizada com raios-x após sua descoberta em 1895 por cientistas, médicos e inventores, vieram muitas histórias de queimaduras, queda de cabelo e coisas piores em revistas técnicas da época. Em fevereiro de 1896, o professor John Daniel e o Dr. William Lofland Dudley, da Vanderbilt University, relataram queda de cabelo depois que o Dr. Dudley fez um raio-X. Uma criança que havia levado um tiro na cabeça foi levada ao laboratório Vanderbilt em 1896. Antes de tentar encontrar a bala, um experimento foi tentado, para o qual Duda "com sua devoção característica à ciência" [32] [33] [34] . Daniel relatou que 21 dias depois de tirar uma foto do crânio de Duda (com um tempo de exposição de uma hora), ele notou uma careca de 2 polegadas (5,1 cm) de diâmetro na parte de sua cabeça mais próxima do tubo de raios-X: "A porta-placas com as placas voltadas para o lado do crânio foi preso e uma moeda colocada entre o crânio e a cabeça. O tubo foi preso do outro lado a uma distância de meia polegada do cabelo. " [35]

Em agosto de 1896, Dr. HD. Hawks, formado pelo Columbia College, sofreu graves queimaduras nas mãos e no peito em uma demonstração de raio-x. Foi relatado em Revisão Elétrica e levou a muitos outros relatos de problemas associados aos raios-x enviados para a publicação. [36] Muitos experimentadores, incluindo Elihu Thomson no laboratório de Edison, William J. Morton e Nikola Tesla também relataram queimaduras. Elihu Thomson expôs deliberadamente um dedo a um tubo de raios-X durante um período de tempo e sentiu dor, inchaço e bolhas. [37] Outros efeitos às vezes foram responsabilizados pelos danos, incluindo raios ultravioleta e (de acordo com Tesla) ozônio. [38] Muitos médicos afirmaram que não houve nenhum efeito da exposição aos raios-X. [37] Em 3 de agosto de 1905, em San Francisco, Califórnia, Elizabeth Fleischman, uma pioneira americana em raios-X, morreu de complicações como resultado de seu trabalho com raios-X. [39] [40] [41]

Século 20 e além Editar

As muitas aplicações dos raios X geraram imediatamente um enorme interesse. Oficinas começaram a fazer versões especializadas de tubos de Crookes para geração de raios-X e esses cátodo frio de primeira geração ou tubos de raios-X de Crookes foram usados ​​até cerca de 1920.

Um sistema de raio-X médico típico do início do século 20 consistia em uma bobina de Ruhmkorff conectada a um tubo de raio-X de cátodo frio de Crookes. Um centelhador era normalmente conectado ao lado de alta tensão em paralelo ao tubo e usado para fins de diagnóstico. [42] O centelhador permitia detectar a polaridade das faíscas, medindo a tensão pelo comprimento das faíscas, determinando assim a "dureza" do vácuo do tubo, e fornecia uma carga caso o tubo de raios X fosse desconectado . Para detectar a dureza do tubo, o centelhador foi inicialmente aberto para a configuração mais ampla. Enquanto a bobina estava operando, o operador reduziu a lacuna até que as faíscas começaram a aparecer. Um tubo em que o centelhador começou a acender por volta de 2 1/2 polegadas foi considerado macio (baixo vácuo) e adequado para partes finas do corpo, como mãos e braços. Uma faísca de 5 polegadas indicou que o tubo era adequado para ombros e joelhos. Uma faísca de 7–9 polegadas indicaria um alto vácuo adequado para imagens do abdômen de indivíduos maiores. Uma vez que o centelhador foi conectado em paralelo ao tubo, o centelhador teve que ser aberto até que a centelha cessasse, a fim de operar o tubo para geração de imagens. O tempo de exposição das chapas fotográficas foi de cerca de meio minuto para uma mão a alguns minutos para o tórax. As placas podem ter uma pequena adição de sal fluorescente para reduzir os tempos de exposição. [42]

Os tubos de Crookes não eram confiáveis. Eles tinham que conter uma pequena quantidade de gás (invariavelmente ar), pois uma corrente não fluirá em tal tubo se eles forem totalmente evacuados. No entanto, com o passar do tempo, os raios-X fizeram com que o vidro absorvesse o gás, fazendo com que o tubo gerasse raios-X "mais duros" até que logo parou de funcionar. Tubos maiores e mais usados ​​foram fornecidos com dispositivos para restaurar o ar, conhecidos como "amaciantes". Freqüentemente, eles assumiam a forma de um pequeno tubo lateral que continha um pequeno pedaço de mica, um mineral que retém quantidades relativamente grandes de ar em sua estrutura. Um pequeno aquecedor elétrico aquecia a mica, fazendo com que ela liberasse uma pequena quantidade de ar, restaurando a eficiência do tubo. No entanto, a mica tinha uma vida limitada e o processo de restauração era difícil de controlar.

Em 1904, John Ambrose Fleming inventou o diodo termiônico, o primeiro tipo de tubo de vácuo. Isso usava um cátodo quente que fazia com que uma corrente elétrica fluísse no vácuo. Essa ideia foi rapidamente aplicada a tubos de raios X e, portanto, tubos de cátodo de raios X aquecidos, chamados "tubos de Coolidge", substituíram completamente os incômodos tubos de cátodo frio por volta de 1920.

Por volta de 1906, o físico Charles Barkla descobriu que os raios X podiam ser espalhados por gases e que cada elemento tinha um espectro de raios X característico. Ele ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1917 por esta descoberta.

Em 1912, Max von Laue, Paul Knipping e Walter Friedrich observaram pela primeira vez a difração de raios X por cristais. Essa descoberta, junto com os primeiros trabalhos de Paul Peter Ewald, William Henry Bragg e William Lawrence Bragg, deu origem ao campo da cristalografia de raios-X.

Em 1913, Henry Moseley realizou experimentos de cristalografia com raios X provenientes de vários metais e formulou a lei de Moseley que relaciona a frequência dos raios X ao número atômico do metal.

O tubo de raios X de Coolidge foi inventado no mesmo ano por William D. Coolidge. Tornou possível a emissão contínua de raios-X. Os tubos de raios-X modernos são baseados neste projeto, muitas vezes empregando o uso de alvos rotativos que permitem uma dissipação de calor significativamente maior do que os alvos estáticos, permitindo ainda mais saída de raios-X de maior quantidade para uso em aplicações de alta potência, como scanners de TC rotacionais.

O uso de raios X para fins médicos (que se desenvolveu no campo da terapia de radiação) foi iniciado pelo Major John Hall-Edwards em Birmingham, Inglaterra. Então, em 1908, ele teve que amputar o braço esquerdo por causa da propagação da dermatite de raios-X em seu braço. [43]

A ciência médica também usou o cinema para estudar a fisiologia humana. Em 1913, um filme foi feito em Detroit mostrando um ovo cozido dentro de um estômago humano. Este primeiro filme de raios-X foi gravado a uma taxa de uma imagem estática a cada quatro segundos. [44] O Dr. Lewis Gregory Cole, de Nova York, foi um pioneiro da técnica, que ele chamou de "radiografia em série". [45] [46] Em 1918, os raios-x foram usados ​​em associação com câmeras de cinema para capturar o esqueleto humano em movimento. [47] [48] [49] Em 1920, era usado para registrar os movimentos da língua e dos dentes no estudo de línguas pelo Instituto de Fonética da Inglaterra. [50]

Em 1914, Marie Curie desenvolveu carros radiológicos para apoiar os soldados feridos na Primeira Guerra Mundial. Os carros permitiriam imagens de raio-X rápidas dos soldados feridos para que os cirurgiões do campo de batalha pudessem operar com mais rapidez e precisão. [51]

Do início da década de 1920 até a década de 1950, as máquinas de raio-X foram desenvolvidas para auxiliar no ajuste de sapatos [52] e foram vendidas para lojas de calçados comerciais. [53] [54] [55] As preocupações com relação ao impacto do uso frequente ou mal controlado foram expressas na década de 1950, [56] [57] levando ao final da prática naquela década. [58]

O microscópio de raios X foi desenvolvido durante a década de 1950.

O Observatório de Raios-X Chandra, lançado em 23 de julho de 1999, tem permitido a exploração dos processos muito violentos do universo que produzem os raios-X. Ao contrário da luz visível, que dá uma visão relativamente estável do universo, o universo de raios-X é instável. Ele apresenta estrelas sendo dilaceradas por buracos negros, colisões galácticas e novas e estrelas de nêutrons que formam camadas de plasma que explodem no espaço.

Um dispositivo de raio-X a laser foi proposto como parte da Iniciativa de Defesa Estratégica da Administração Reagan na década de 1980, mas o único teste do dispositivo (uma espécie de laser "blaster" ou raio da morte, alimentado por uma explosão termonuclear) deu resultados inconclusivos. Por razões técnicas e políticas, o projeto geral (incluindo o laser de raios-X) foi sem fundos (embora mais tarde foi revivido pelo segundo governo Bush como Defesa Nacional contra Mísseis usando tecnologias diferentes).

A imagem de raios-X com contraste de fase refere-se a uma variedade de técnicas que usam informações de fase de um feixe de raios-X coerente para obter imagens dos tecidos moles. Tornou-se um método importante para visualizar estruturas celulares e histológicas em uma ampla gama de estudos biológicos e médicos. Existem várias tecnologias sendo usadas para imagens de contraste de fase de raios-X, todas utilizando princípios diferentes para converter variações de fase nos raios-X que emergem de um objeto em variações de intensidade. [59] [60] Isso inclui contraste de fase baseado em propagação, [61] interferometria Talbot, [60] imagem aprimorada por refração [62] e interferometria de raios-X. [63] Esses métodos fornecem contraste mais alto em comparação com imagens de raios-X com contraste de absorção normal, tornando possível ver detalhes menores. Uma desvantagem é que esses métodos requerem equipamentos mais sofisticados, como fontes de raios X síncrotron ou microfoco, óptica de raios X e detectores de raios X de alta resolução.

Raios-X suaves e duros Editar

Os raios X com altas energias de fótons acima de 5–10 keV (abaixo de 0,2–0,1 nm de comprimento de onda) são chamados radiografias duras, enquanto aqueles com menor energia (e comprimento de onda mais longo) são chamados raios X suaves. [64] A faixa intermediária com energias de fótons de vários keV é muitas vezes referida como raios X delicados. Devido à sua capacidade de penetração, os raios X fortes são amplamente usados ​​para obter imagens do interior de objetos, por exemplo, em radiografia médica e segurança de aeroporto. O termo Raio X é metonimicamente usado para se referir a uma imagem radiográfica produzida por esse método, além do próprio método. Uma vez que os comprimentos de onda dos raios-X duros são semelhantes ao tamanho dos átomos, eles também são úteis para determinar estruturas cristalinas por cristalografia de raios-X. Em contraste, os raios-X suaves são facilmente absorvidos no ar no comprimento de atenuação de 600 eV (

2 nm) Os raios X na água têm menos de 1 micrômetro. [65]

Raios gama Editar

Não há consenso para uma definição que faça a distinção entre raios X e raios gama. Uma prática comum é distinguir entre os dois tipos de radiação com base em sua fonte: os raios X são emitidos pelos elétrons, enquanto os raios gama são emitidos pelo núcleo atômico. [66] [67] [68] [69] Esta definição tem vários problemas: outros processos também podem gerar esses fótons de alta energia ou, às vezes, o método de geração não é conhecido. Uma alternativa comum é distinguir a radiação X e gama com base no comprimento de onda (ou, equivalentemente, frequência ou energia do fóton), com radiação mais curta do que algum comprimento de onda arbitrário, como 10-11 m (0,1 Å), definido como radiação gama . [70] Este critério atribui um fóton a uma categoria inequívoca, mas só é possível se o comprimento de onda for conhecido. (Algumas técnicas de medição não distinguem entre os comprimentos de onda detectados.) No entanto, essas duas definições muitas vezes coincidem, uma vez que a radiação eletromagnética emitida por tubos de raios-X geralmente tem um comprimento de onda mais longo e energia de fótons mais baixa do que a radiação emitida por núcleos radioativos. [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 /E 3 , where Z is the atomic number and E 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]
Ânodo
material
Atomic
number
Photon energy [keV] Wavelength [nm]
Kα1 Kβ1 Kα1 Kβ1
C 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
No 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 , Onde 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.


Introdução

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.


Assista o vídeo: A Descoberta do Raios x (Janeiro 2022).