How X-rays see through your skin - Ge Wang

Переводчик: Azat Zhakebay Редактор: Alina Siluyanova

В 1895 году физик по имени Вильгельм Рентген

In 1895, a physicist named Wilhelm Roentgen

was doing experiments with a cathode tube,

проводил эксперименты с катодной трубкой — стеклянным контейнером,

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

в котором луч электронов зажигает флюоресцентный свет.

Он заключил прибор в картонный футляр,

He had wrapped cardboard around the tube

to keep the fluorescent light from escaping,

чтобы флюоресцентный свет был только внутри.

when something peculiar happened.

Вот тогда-то и случилось кое-что странное:

Another screen outside the tube was glowing.

другой экран, находящийся вне трубки, вдруг засветился.

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

Другими словами, невидимые лучи прошли сквозь картон.

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

Вильгельм не знал, что это за лучи, и поэтому назвал их «икс-лучами»,

and his discovery eventually won him a Nobel Prize.

а его открытие в конечном счёте принесло ему Нобелевскую премию.

Here's what we now know was happening.

Теперь же нам известно, что тогда произошло.

Когда высокоэнергетические потоки электронов в катодной трубке

When high energy electrons in the cathode tube

hit a metal component,

достигают расположенного внутри металлического экрана,

they either got slowed down and released extra energy,

они либо замедляются, испуская дополнительную энергию,

or kicked off electrons from the atoms they hit,

либо выталкивают электроны из атомов, с которыми столкнулись.

which triggered a reshuffling that again released energy.

Это инициирует перестановку атомов, что в свою очередь выделяет энергию.

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

В обоих случаях энергия излучается в форме рентгеновских лучей,

которые являются прообразом электромагнитного излучения

which is a type of electromagnetic radiation

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

с энергией выше, чем у видимого света, и ниже, чем у гамма-лучей.

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

Рентгеновские лучи достаточно мощные и проникают сквозь разные виды материи,

as if they are semi-transparent,

словно они полупрозрачные.

Эти лучи особенно полезны в медицине,

and they're particularly useful for medical applications

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

так как с их помощью можно делать снимки внутренних органов, например костей,

не причиняя им вреда,

although they do have a small chance

хотя и существует небольшой риск

of causing mutations in reproductive organs,

мутации репродуктивных органов

and tissues like the thyroid,

и тканей вроде щитовидной железы,

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

поэтому эти зоны закрывают свинцовыми фартуками.

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

При взаимодействии рентгеновских лучей с материей они сталкиваются с электронами.

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

Иногда рентгеновские лучи поглощаются, передавая всю свою энергию материи.

Other times, it only transfers some of its energy,

В других случаях перемещается только некоторая часть этой энергии,

and the rest is scattered.

а остальное рассеивается.

The frequency of these outcomes

Вероятность того или иного исхода

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

зависит от того, сколько электронов заденут рентгеновские лучи.

Collisions are more likely if a material is dense,

Столкновения чаще всего происходят, если материал плотный

или состоит из элементов с высоким атомным числом,

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

что предполагает наличие большого количества электронов.

which means more electrons.

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

Кости плотные и полны кальция — элемента с высоким атомным числом, —

so they absorb X-rays pretty well.

поэтому они хорошо поглощают рентгеновские лучи.

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

Мягкие же ткани не такие плотные

and contains mostly lower atomic number elements,

и содержат элементы с низким атомным числом,

like carbon, hydrogen, and oxygen.

такие как углерод, водород и кислород.

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

Большинство рентгеновских лучей проникает в ткани вроде лёгких и мышц,

затемняя снимок.

darkening the film.

Эти двухмерные фото, однако, полезны только в определённых случаях.

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

When X-rays travel through the body,

Когда рентгеновские лучи проходят через тело,

по пути они взаимодействуют с большим количеством атомов.

they can interact with many atoms along the path.

Зафиксированное на снимке показывает результат всех этих взаимодействий.

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

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

Словно роман из 100 страниц распечатали на одном листке бумаги.

To see what's really going on,

Чтобы увидеть, что происходит на самом деле,

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

нужно сделать рентгеновские снимки с нескольких разных углов

and use them to construct an internal image.

и использовать их, чтобы получить единую картину.

Это-то и делают врачи

And that's something doctors do all the time

in a procedure called a CT, Computed Tomography scan,

в ходе процедуры, называемой КТ, — компьютерной томографией;

another Nobel Prize winning invention.

это ещё одно изобретение, удостоившееся Нобелевской премии.

Think of CT like this.

Что такое КТ?

With just one X-ray,

Имея лишь один рентгеновский снимок,

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

вы можете увидеть изменение плотности

из-за твёрдой опухоли в организме пациента,

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

но по нему нельзя установить, как глубоко она находится.

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

Однако если сделать снимки с нескольких ракурсов,

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

можно определить местоположение и форму опухоли.

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

КТ направляет веер или конус лучей

сквозь тело пациента на ряд детекторов.

to an array of detectors.

The X-ray beam is rotated around the patient,

Рентгеновский луч вращается вокруг пациента

and often also moved down the patient's body,

и перемещается вниз по телу пациента

with the X-ray source tracing a spiral trajectory.

по специальной спиральной траектории.

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

Аппараты спиральной КТ собирают данные, дающие информацию о поперечных сечениях,

detailed enough to spot anatomical features, tumors,

достаточно подробную, чтобы определить анатомические особенности, опухоли,

blood clots, and infections.

тромбы и инфекции.

КТ даже может обнаружить сердечные заболевания и кариес

CT scans can even detect heart disease and cavities

in mummies buried thousands of years ago.

в мумиях, погребённых тысячи лет назад.

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

То, что было счастливой случайностью для Рентгена, стало медицинским чудом.

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

Больницы и клиники каждый год делают более 100 миллионов снимков по всему миру,

to treat diseases and save lives.

чтобы лечить болезни и спасать жизни.