Radiograafia

Radiograafia on läbipaistmatu objekti struktuuri uurimine, kasutades elektromagnetilist kiirgust, milleks on tihti röntgenkiirgus. Kiirgust projitseeritakse uuritavale objektile, ja tema sisemisest struktuurist saadakse röntgenpilt ehk röntgenogramm. Kasutatakse elektromagnetilist kiirgust, mille lainepikkus ei ole nähtava valguse diapasoonis. Röntgenkiirguse generaatoris tekib röntgenkiirguse heterogeenne kiir, mida projitseeritakse uuritavale objektile. Osa projitseeritud röntgenkiirgusest on neelatud objektis ja selle osa suurus sõltub objekti eritihedusest ja sisemisest struktuurist. See osa röntgenkiirgusest, mis pääseb läbi objekti, saab detektori peale, mis on kas spetsiaalne fotograafiline film või digitaalne detektor, kus kiirgus on registreeritud ja detektoris tekib uuritava objekti sisemise struktuuri kahedimensionaalne projektsioon, mis ongi röntgenpilt.

Tomograafias liiguvad röntgenkiirguse allikas ja detektor koos, et pimendada struktuurid, mis ei ole fokaalsel tasandil. Tänapäeval kasutatakse väga tihti kompuutertomograafiat (ingl. CT scanning), millega saadakse uuritava objekti sisemisest struktuurist juba kolmemõõtmeline kujutis.

Tänu tehnilisele arengule saab radiograafiat kasutada mitte ainult meditsiinis, vaid ka teistes erialades. Radiograafiat on tänapäeval kaks liiki: meditsiiniline radiograafia ja tööstuslik radiograafia: kui uuritav objekt on elav (ld. in vivo), kas inimene või mingi loom, siis on radiograafia meditsiiniline; kõikide teiste uuritavate objektide radiograafiat nimetatakse tööstuslikuks.

Ajalugu

Röntgenograafia alguseks tähistatakse 8. novembrit aastal 1895, kui Saksa füüsik Wilhelm Conrad Röntgen avastas röntgenkiirgust ja märkas, et see ei pääse läbi luude ja metalli.. Kuna see oli uus tundmatu kiirgus, tähistas Röntgen seda tähega „X”, mis saigi uue kiirguse nimeks, ehk inglise keeles X-rays. Selle avastuse eest sai Wilhelm Röntgen aastal 1901 Nobeli Preemia Füüsikas.

Ka tänäpäeval ei ole täpselt teada, kuidas Röntgen avastas röntgenkiirguse, kuna tema laboratoorsed kirjapanekud olid tulega purustatud pärast tema surma. Avastus oli rekonstrueeritud Röntgeni biograafia kirjutajate abil : Röntgen uuris katoodi kiirgust, kasutades fluorestseeriva ekraani, mis oli värvitud baariumi plaatinatsüaniidiga, koos Crookesi toruga, mida ta pani tumedasse kartongist karpi. Ta märkas rohelist valgust ekraanil, mis oli torust umbes ühe meetri kaugusel. Varsti ta sai aru, et mingi nähtamatu kiirgus läbib läbipaistmatu karbi ja seega saab ekraanile.

Kui Röntgen tegi spetsiaalsele fotoplaadile röntgenpildi oma abikaasa käest, mõtles ta, et uut kiirgust saab kasutada meditsiinis. See pilt oli maailmas esimene inimese organismi röntgenogramm. Kui Röntgen esmakordselt pilti nägi, ütles ta kohe: „Ma nägin oma surma.”

Röntgenkiirguse kasutusele võtmine

Uudis Röntgeni avastusest levis kiiresti, seega mõned inimesed erinevatest erialadest proovisid ka röntgenogrammi teha. Aastal 1896 hakkas röntgenkiirgust kasutama Briminghami kirurg Major John Hall-Edwards. Esimene röntgenipilt Venemaal tehti 12. jaanuaril aastal 1896 Peterburis. Eestis tehti esimene katse röntgenkiirgusega Tartus 2-3 nädalat hiljem.

Ameerika Ühendriikides kasutuseks oli võetud Ivan Puluji röntgenitoru. 1896. aasta jaanuaris sai Dartmouth kolledži lõpetanud Frank Austin teada Röntgeni avastusest. Tema leidis kõik fotoemissiooni torud kolledži füüsika laboris ja testis neid. Tema arvates sobis röntgenitoruks kõige rohkem Puluji toru. 3. veebruaril aastal 1896 tegid sama kolledži professor Gilman Frost, tema vend, füüsika professor Edwin Frost ja Frank Austn röntgenogrammi kohaliku kooli õpilase ja Gilmani patsiendi Eddie McCarthyi käelabast. Spetsiaalsele fotoplaadile saadud röntgenogrammist said nad lõplikult teada, et käeribas oli luumurd .

Röntgenkiirgus võeti diagnoosimiseks kasutusele päris kiiresti, veel enne ohtliku ioniseeriva kiirguse avastamist. Näiteks, Alan Archibald Campbell-Swinton avas esimene radiograafilise labori Suurbritannias juba 1896. aastal, Marie Curie toetas radiograafia kasutamist Esimese Maailmasõjas haavatud sõdurite ravimiseks. Esialgu oli meditsiin põhiline eriala, milles röntgenkiirgust kasutati. Paljusid protseduure kliinikutes viisid läbi inimesed erinevatest erialadest, näiteks füüsikud, fotograafid, arstid, insenerid ja meditsiiniõed. Radiograafia spetsialistid olid väga kiiresti välja koolitatud, mille ei võtnud tõttu radioloogia kasutusele võtmne paju aega ja uus tehnoloogia levis seega maailmas väga kiiresti.

Aastal 1918 avati Venemaal esimene kliinik, kus hakati kasutama röntgenkiirgust. Aastal 1921 avati Petrogradis ka Venemaa esimene röntgen-stomatoloogiline haigla.

Mõnedes sõnaraamatutes defineeritakse radiograafiat kui "objektist röntgenpildi võtmist", kuna paljude aastate jooksul oli röntgenkiirgus töö, millega tegelesid radioloogid ja röntgenoloogid, kuid see ei ole selle sõna täpne kirjeldus. Tänapäevas maailmas tehakse ka fluorograafiat, arvutitomograafiat, mammograafiat, uurimist ultraheliga ja magnetresonantstomograafiat.

Röntgenkiirguse teoreetiline mõistmine

Meditsiinilises radiograafias kasutatakse tavaliselt röntgenkiirgust, mille footonid tekivad röntgenitorus niisuguste protsesside jooksul, mis on seotud mõjuga elektronidele. Aga näiteks nukleaarses meditsiinis kasutatakse tavaliselt gammakiirgust, mis on juba seotud vastastikuse mõjuga aatomituumaga. Need kaks kiirgust ongi radiograafias kõige rohkem kasutatud, kuna nemad kannavad rohkem energiat, kui, näiteks, kiirgus raadiolainetega või nähtava valguse diapasoonis. Aga mõlemad kiirgused on ohtlikud elavatele organismidele.

Tähtsaimad komponendid röntgenitorus, milles tekibki röntgenkiirgus, on looduslikud radioaktiivsed elemendid, nagu raadium või radoon, ja mõned kunstlikult tehtud radioaktiivsed isotoobid ainetest, nagu koobalt massiarvuga 60 ja iriidium massiarvuga 192. Viimast kaht elementi kasutatakse sagedamini, kuna nad genereerivad rohkem footoneid, ja raadium koos radooniga on ohtlikumad. Röntgenitorus tekkiv elektromagneetiline kiirgus koosneb ostsilleeritavatest elektriväljast ja magnetväljast, aga tavaliselt nad on kujutatud ühise sinusoidaalse lainena.

Gammakiirgus ei ole otseselt ioniseeriv kiirgus, vaid on selle allikaks. Läbides mingit objekti, võib gammakiirgus sattuda vastastikmõjusse elektroniga, mis ongi juba ioniseeriv osake, ja anda talle oma energiat. Saates energiat, võib elektron vabaneda oma kohast aatomis ja alustada põrkumist teiste elektronidega, millega tekibki ionisatsioon. Mõnikord gammakiirgus ei põrku elektroniga, vaid sattub selle orbiidile, mille tõttu energia on antud soojusena või mingi väikese energiaga footonina. Omakorda elektron ei lahku aatomist ära, vaid jääb oma orbiidile, ja gammakiirgus jätkab „edasi lendamist”, aga nüüd vähema energiaga. Ära antud energia tekitab organismis palju kiirguslikku põletusi, mis ongi ioniseeriva kiirguse ohtlikkuse põhjus.

Vastastikmõju elektroni ja gammakiirguse vahel toimub kahel viisil. Esimesel juhul gamma-kiirguse kogu energia on ära antud aatomile. Seega gammakiirgus enam ei eksisteeri ja elektron, mille kineetiline energia on nüüd võrdne gammakiirguse energiaga, lahkub aatomist. Seda efekti nimetatakse fotoelektriliseks efektiks ehk fotoefektiks. Teisel juhul gammakiirgus saab vastastikmõjule elektroniga, „liitub” temaga ja annab osa oma kineetilisest energiast, mille tõttu elektron lahkub oma orbiidilt. Vastastikmõju põhjusel kiirgab nii öelda sekundaarne gammakiirgus väiksema energiaga. Seda efekti nimetatakse Komptoni efektiks. Mõlemal juhul lahkunud elektronid kaovad oma kineetilist energiat teiste elektronide ioniseerimise jooksul.

Kiirguse intensiivsust võib mõõta, kui jälgida kiirguse mõju spetsiaalsele fotograafilisele filmile. Siin efekt on sama nagu nähtava valgusega, ehk mida intensiivsem on kiirgamine, seda tumedamad on kohad filmil, kus kiirgus hajub objektis, ehk seda paremini on näha uuritava objekti struktuuri. Kasutusel on ka teised meetodid, näiteks ioniseerimise efekti elektrooniline mõõtmine. Sellel juhul määratakse elektrostaatiliselt laetud plaadil laengu muudatusi või sama plaadi fluoristsensi effekti jälgimisega.