How X-rays see through your skin - Ge Wang

Ｘ線はどのように皮膚を通り抜けるのか ― グー・ワン

翻訳: Takamitsu Hirono 校正: Tomoyuki Suzuki

In 1895, a physicist named Wilhelm Roentgen

1895年 ヴィルヘルム・レントゲンという 物理学者が

was doing experiments with a cathode tube,

陰極管―

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

電子のビームで蛍光窓を照らす ガラス容器を使って実験をしていました

He had wrapped cardboard around the tube

彼は蛍光が外に漏れないように

to keep the fluorescent light from escaping,

管の周りを厚紙で覆っていました

when something peculiar happened.

その時奇妙なことが起こったのです

Another screen outside the tube was glowing.

管の外にあった他の幕が ぼんやり光っていたのです

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

言い換えれば 目に見えない光線が 厚紙を通り抜けたということです

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

ヴィルヘルムはこの光線の正体が 分からなかったのでＸ線と名づけ

and his discovery eventually won him a Nobel Prize.

そして彼はこの発見により ノーベル賞を受賞しました

Here's what we now know was happening.

その時に起きていたのは こんなことです

When high energy electrons in the cathode tube

陰極管内の 高エネルギーの電子が

hit a metal component,

金属部品に当たった時

they either got slowed down and released extra energy,

速度が低下して 余剰のエネルギーを放出するか

or kicked off electrons from the atoms they hit,

もしくは 衝突した原子から 電子をはじき出し

which triggered a reshuffling that again released energy.

この電子の入れ替えの過程でも エネルギーを放出するのです

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

いずれの場合でもエネルギーは Ｘ線の形で放出されます

which is a type of electromagnetic radiation

Ｘ線は電磁放射線の１つで

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

可視光線よりも高く ガンマ線よりも低いエネルギーを持ちます

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

Ｘ線はパワフルで

as if they are semi-transparent,

半透明であるかのように 多くの物質を通り抜け

and they're particularly useful for medical applications

特に医療用に有益です

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

骨などの臓器を傷つけることなく 撮影できるからです

although they do have a small chance

ただし 生殖器や甲状腺などの組織に

of causing mutations in reproductive organs,

変異をもたらす可能性が

and tissues like the thyroid,

多少あります

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

これが しばしばX線を防ぐために 鉛のエプロンが使われる理由です

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

Ｘ線が物質と作用する時 電子と衝突します

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

時にＸ線は全てのエネルギーを物質に渡して 吸収されてしまいます

Other times, it only transfers some of its energy,

一部のエネルギーだけを渡し

and the rest is scattered.

残りが散乱することもあります

The frequency of these outcomes

この結果の違いは

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

Ｘ線がどれだけ多くの電子に 衝突するかにかかっています

Collisions are more likely if a material is dense,

物質の密度が高いときや

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

より高い原子番号の元素でできた物質では 衝突は起こりやすくなります

which means more electrons.

より多くの電子があるからです

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

骨は密な物質で比較的大きな原子番号の カルシウムのかたまりです

so they absorb X-rays pretty well.

そのためＸ線をとてもよく吸収します

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

その一方 軟組織は あまり密ではなく

and contains mostly lower atomic number elements,

低い原子番号の物質を 多く含んでいます

like carbon, hydrogen, and oxygen.

炭素や水素や酸素などです

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

そのため肺や筋肉などの組織では より多くのＸ線が通過し

darkening the film.

フィルムを暗くします

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

しかしこの２次元の画像は ある程度までしか役に立ちません

When X-rays travel through the body,

Ｘ線が体内を通過するとき

they can interact with many atoms along the path.

その過程で多くの原子と作用します

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

フィルムに投影されるのは 全ての作用の合計なのです

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

これは100ページの小説を １枚の紙に印刷するようなものです

To see what's really going on,

本当の状態を知るためには

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

体の周囲のいくつもの角度から Ｘ線の画像を撮って

and use them to construct an internal image.

内部のイメージを構築する必要があります

And that's something doctors do all the time

それが医師達がよく使う

in a procedure called a CT, Computed Tomography scan,

コンピューター断層撮影法― ＣＴスキャンと呼ばれる方法です

another Nobel Prize winning invention.

この発明にもノーベル賞が与えられました

Think of CT like this.

このようにCTを考えてください

With just one X-ray,

１つのＸ線では

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

患者の体内の固形ガンによる 密度の変化は見ることができますが

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

表面からどれくらい深い場所に あるかは分かりません

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

しかし もし複数の方向から Ｘ線を撮れば

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

ガンの場所や形まで 特定できるでしょう

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

ＣＴスキャナーは扇形か円錐形のＸ線を 患者の体を通して

to an array of detectors.

検知器の列に送ります

The X-ray beam is rotated around the patient,

Ｘ線ビームは患者の周りを回りながら

and often also moved down the patient's body,

時に患者の体を下りていき

with the X-ray source tracing a spiral trajectory.

Ｘ線の発射源は 渦巻きの軌道を描きます

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

渦巻きのＣＴスキャンのデータは 断面図に加工され

detailed enough to spot anatomical features, tumors,

腫瘍や血栓や感染症などの 解剖学的な特徴を

blood clots, and infections.

詳細に捉えます

CT scans can even detect heart disease and cavities

ＣＴスキャンは 数千年前に埋められたミイラの

in mummies buried thousands of years ago.

心臓病や虫歯さえ特定できます

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

レントゲンの幸運な事故は 医学上の驚異になったのです

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

今日 世界中の病院や診療所は 病気の治療や救命のために

to treat diseases and save lives.

毎年１億回以上の レントゲン撮影を行っています