How X-rays see through your skin - Ge Wang

Übersetzung: Christine Gratt Lektorat: Angelika Lueckert Leon

In 1895, a physicist named Wilhelm Roentgen

1895 experimentierte ein Physiker namens Wilhelm Röntgen

was doing experiments with a cathode tube,

mit einer Kathodenröhre, einem Glasbehälter,

a glass container in which a beam of electrons lights up a fluorescent window.

in dem Elektronenstrahlen ein fluoreszierendes Fenster beleuchten.

He had wrapped cardboard around the tube

Er wickelte Karton um die Röhre,

to keep the fluorescent light from escaping,

um ein Durchscheinen des fluoreszierenden Lichts zu verhindern,

when something peculiar happened.

als etwas Seltsames geschah.

Another screen outside the tube was glowing.

Ein anderer Schirm außerhalb der Röhre glühte ebenfalls.

In other words, invisible rays had passed through the cardboard.

Anders gesagt, unsichtbare Strahlen durchdrangen den Karton.

Wilhelm had no idea what those rays were, so he called them X-rays,

Wilhelm kannte diese Strahlen nicht, also nannte er sie X-Strahlen.

and his discovery eventually won him a Nobel Prize.

Für seine Entdeckung gewann er schließlich den Nobelpreis.

Here's what we now know was happening.

Heute wissen wir, was damals passierte:

Als hochenergetische Elektronen in der Kathodenröhre

When high energy electrons in the cathode tube

hit a metal component,

auf eine metallische Komponente trafen,

they either got slowed down and released extra energy,

verlangsamten sie sich und gaben zusätzliche Energie frei

or kicked off electrons from the atoms they hit,

oder sie stießen Elektronen der getroffenen Atome an,

which triggered a reshuffling that again released energy.

was eine Umwandlung auslöste, die wiederum Energie freisetzte.

In both cases, the energy was emitted in the form of X-rays,

Beide Mal wurde die Energie in Form von Röntgenstrahlen abgegeben,

which is a type of electromagnetic radiation

eine Art elektromagnetischer Wellen

with higher energy than visible light, and lower energy than Gamma rays.

mit mehr Energie als sichtbares Licht und weniger Energie als Gammastrahlen.

X-rays are powerful enough to fly through many kinds of matter

Röntgenstrahlen sind stark genug, um viele Materienarten zu durchleuchten,

as if they are semi-transparent,

als wären sie halbtransparent.

and they're particularly useful for medical applications

Außerdem sind sie besonders für medizinische Anwendungen nützlich,

because they can make images of organs, like bones, without harming them,

da man mit ihnen Bilder von Organen wie Knochen machen kann,

ohne sie zu beschädigen.

although they do have a small chance

Es besteht aber die Möglichkeit,

of causing mutations in reproductive organs,

dass Mutationen in Reproduktionsorganen

and tissues like the thyroid,

und in Geweben wie der Schilddrüse entstehen,

which is why lead aprons are often used to block them.

weshalb oft Bleischürzen zur Abwehr der Strahlen benutzt werden.

When X-rays interact with matter, they collide with electrons.

Wenn Röntgenstrahlen auf Materie treffen, stoßen sie auf Elektronen.

Sometimes, the X-ray transfers all of its energy to the matter and gets absorbed.

Manchmal übertragen die Röntgenstrahlen ihre gesamte Energie auf die Materie,

die diese absorbiert.

Other times, it only transfers some of its energy,

Manchmal wird nur ein Teil der Energie übertragen,

and the rest is scattered.

während der Rest verstreut wird.

The frequency of these outcomes

Das Vorkommen dieser Ergebnisse

depends on how many electrons the X-rays are likely to hit.

hängt von der Anzahl der Elektronen ab,

die von den Röntgenstrahlen getroffen werden können.

Collisions are more likely if a material is dense,

Zusammenstöße sind wahrscheinlicher, wenn ein Material dicht ist

or if it's made of elements with higher atomic numbers,

oder wenn es aus Elementen mit höheren Ordnungszahlen besteht,

which means more electrons.

und somit mehr Elektronen.

Bones are dense and full of calcium, which has a relatively high atomic number,

Knochen sind dicht und reich an Kalzium, das eine relativ hohe Ordnungszahl hat.

so they absorb X-rays pretty well.

Deswegen absorbieren sie Röntgenstrahlen gut.

Soft tissue, on the other hand, isn't as dense,

Weiches Gewebe hingegen ist weniger dicht

and contains mostly lower atomic number elements,

und beinhaltet eher Elemente mit niedrigeren Ordnungszahlen

like carbon, hydrogen, and oxygen.

wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.

So more of the X-rays penetrate tissues like lungs and muscles,

Mehr Röntgenstrahlen durchdringen also Gewebe wie die Lunge und Muskeln

darkening the film.

und verdunkeln den Film.

These 2-D pictures are only useful up to a point, though.

Diese 2D-Bilder sind allerdings nur teilweise nützlich.

When X-rays travel through the body,

Auf dem Weg durch den Körper

they can interact with many atoms along the path.

können Röntgenstrahlen mit vielen Atomen interagieren.

What is recorded on the film reflects the sum of all those interactions.

Die Filmaufnahmen reflektieren die Summe all dieser Interaktionen,

It's like trying to print 100 pages of a novel on a single sheet of paper.

Als würde man versuchen,

100 Seiten eines Romans auf ein einziges Blatt Papier zu drucken.

To see what's really going on,

Um herauszufinden, was los ist,

you would have to take X-ray views from many angles around the body

müsste man Röntgenaufnahmen aus vielen Winkeln des Körpers machen

and use them to construct an internal image.

und damit ein inneres Bild zusammensetzen.

And that's something doctors do all the time

Ärzte machen das ständig

in a procedure called a CT, Computed Tomography scan,

mithilfe eines Verfahrens namens CT, Computertomographie,

another Nobel Prize winning invention.

eine weitere nobelpreisprämierte Erfindung.

Think of CT like this.

Du kannst dir eine CT so vorstellen.

With just one X-ray,

Mit nur einem Röntgenstrahl

you might be able to see the density change due to a solid tumor in a patient,

kann man vielleicht die Änderung der Dichte

aufgrund eines soliden Tumors eines Patienten sehen,

but you wouldn't know how deep it is beneath the surface.

aber man wüsste nicht, wie tief er unter der Haut liegt.

However, if you take X-rays from multiple angles,

Wenn man jedoch Röntgenstrahlen aus verschiedenen Winkeln nutzt,

you should be able to find the tumor's position and shape.

sollte es möglich sein, die Position und Form des Tumors zu bestimmen.

A CT scanner works by sending a fan or cone of X-rays through a patient

Ein CT-Gerät schickt fächer- oder kegelartige Röntgenstrahlen

durch den Patienten zu einer Reihe von Detektoren.

to an array of detectors.

The X-ray beam is rotated around the patient,

Die Röntgenröhre bewegt sich um den Patienten herum

and often also moved down the patient's body,

und auch oft nach unten,

with the X-ray source tracing a spiral trajectory.

sodass eine spiralförmige Bewegung des Diagnosestrahls entsteht.

Spiral CT scans produce data that can be processed into cross sections

Spiral-CTs produzieren Daten,

aus denen Querschnitte erzeugt werden können,

detailed enough to spot anatomical features, tumors,

die detailliert genug sind, um anatmoische Merkmale, Tumore,

blood clots, and infections.

Blutgerinnsel und Infektionen zu sehen.

CT scans can even detect heart disease and cavities

CTs können sogar Herzerkrankungen und Löcher

in mummies buried thousands of years ago.

in Jahrtausende alten Mumien feststellen.

So what began as Roentgen's happy accident has become a medical marvel.

Aus Röntgens glücklichem Unfall wurde somit ein medizinisches Wunder.

Hospitals and clinics now conduct over 100 millions scans each year worldwide

Krankenhäuser und Kliniken führen über 100 Millionen Röntgenuntersuchungen

jedes Jahr weltweit durch,

to treat diseases and save lives.

um Krankheiten zu behandeln und Leben zu retten.