Развитие на рентгеновата техника и прилагането и в медицината

До края на 1896 х-лъчевите тръби са подобрени значително. Тръбата разработена от Хърбърт Джексън, е с вдлъбнат катод, който насочва катодните лъчи в малко петно върху анода наклонен на 45 градуса.Така се получава много по-отчетливо изображение. Установено е, че най-добрите материали за изработване на аноди са тези с високо атомно тегло и че платината е най-добрият практически материали (волфрамът и уранът са по-добри експериментално, но са по-трудни за обработка).Тя обикновено се нанася натънък слой върху никел, защото така излиза по-евтино. Първоначално експериментиращите с рентгенови лъчи е трябвало сами да конструират своите собствени съоръжения.

Рентгенова тръба от 1896г.

Рентгенова тръба от 1899г.

Но интересът е толкова голям, че в рамките само на една година от откриването на лъчите американската фирма General Electric представя каталог на рентгеново оборудване. Подобрения в резолюцията на рентгеновите снимки идва, когато става ясно, че отразените и вторични рентгенови лъчи, генерирани в тъканите на тялото са били основна причина за размиването. В Швейцария, Ото Паше изработил система за справяне с този проблем пръв през 1903, но първата практическа система е тази на германеца Густав Буки. Буки използва две мрежи - една между тръбата и пациента и друга между пациента и фотографска плака - по такъв начин само лъчи от тръбата могат да достигнат плаката. Така се получавала много по-добра резолюция, но изображението било „омрежено“. Системата по-късно е подобрена от американеца Холис E Потър, които използват решетка, която се движила по време на експозицията, така че да не оставя ясно изображение.

Рентгенова тръба на Куулидж 1913г.

Рентгенова тръба от 1930г.

Решетка (известна още като растер) все още се използва. Потър-Буки системата дава възможност за получаване на големи изображения. Тъй като големи фотографски плаки се произвеждали трудно, това насърчава развитието на фотографските филми. Постепенно се подобрило качеството на фотографските плаки. Появили се плаки с двустранна емулсия. През 1913 KODAK произвежда рентгенов филм, който започва да се предлага от търговците през 1918, но не се използвал широко защото качеството не било особено високо. Освен това филмите се произвеждали от целулоид и били много лесно запалими. Усилващите фолии са предложени от Кемпбъл Суинтън. През 1896 г. той установил, че при фотографска плака в контакт с флуоресцентен екран, е възможно да се получи изображение на ръка за няколко секунди, вместо за 1 до 2 минути.

Съвременни рентгенови тръби. Сега се произвеждат и тръби с въртящ анод за добив на по-голямо количество лъчи.

Качеството на изображението не е много добро и той открил, че ако усилващият екран е дребнозърнест дава добро изображение, но слабо усилване, увеличаване на размера на зърната подобрява усилването, но влошава резолюцията. До масовото използване на усилващи фолии се стигнало десетилетия по-късно.През 1897 година е прожектиран първия рентгенов филм „жабешки крака в движение“.Първият голям напредък в рентгеновите тръби е изобретяването на модерната високо вакуумна тръба от Уилям Дейвид Куулидж през 1913г. Куулидж е намерил начин да използва метала волфрам като нажежаема жичка в електрическите крушки, докато работи за General Electric САЩ. 

Различни поколения рентгенови апарати за зъбни снимки.

Така са изглеждали първите рентгенови апарати. Вижда се, че няма никаква защита на тръбата и проводниците за високо напрежение нямат изолация.

Волфрамът е бил използван от GE и те направили първата си волфрамови крушки през 1910. Куулидж насочва вниманието си към х-лъчеви тръби и въвежда волфрамова спирала като катод. Това, че се нагрява, когато през нея преминават електрически ток, води до контролируем емисия на електрони.Когато вакуумът е подобрен (без йонизация на газ, необходим за да се създадат електрони на катода) Куулидж създава надеждна тръбата, която позволява напрежението и тока да се контролират самостоятелно. По този начин рентгенологът може точно да контролира твърдостта на х-лъчите (това зависи от напрежението на тръбата), а интензивността на снопа (това зависи от тока на отоплението). Тръбата на Куулидж е толкова ефективна, че косата на изобретателя паднала, след като той я изпитва. В САЩ тръбата на Куулидж навлиза бързо, докато в Европа продължават да използват газови тръби още едно десетилетие.

Лабораторна установка за получаване на рентгенови лъчи от края на ХІХ век. Ясно се вижда липсата на каквато и да е защита.

Коледата на 1895 г., Толман Къмингс е бил прострелян в крака от Джордж Ходър. В местната болница не са в състояние да намерят куршум. С помощта на рентгенови лъчи, използвани в университета "Макгил" в началото на февруари 1896 ясно се вижда и лекарите успяват да го махнат. Куршумът и рентгеновата снимка, са приложени в съда. Ходър е признат за виновен и осъден на 14 години. Това е най-вероятно първия път, когато рентгенови лъчи са били използвани като доказателство в съдебно дело. Първите стоматологични снимки са били направени в Германия през януари 1896 г. - били са нужни 25 минути експозиция.Още през 1896 са използвани контрасти вещества. Кенън от САЩ е използвал перлени копчета и бисмут смесени с храна, за да визуализира стомашно-чревния тракт.Той инжектира разтвор на метални соли в ампутираната ръка и рамото на австрийката Хашек и така прави първата ангиограма. Скоро бил използван течен контраст за стомах съдържащ бисмут (по-късно се използва по-малко токсичния бариев сулфат). 

Първото използване на рентгенови лъчи за изследване на военни жертви е от италианците в абисинска война от 1896 г. В края на януари 1896 г., Грубе опитва лечение на напреднал рак на гърдата и лупус вулгарис, Фойгт в Хамбург, лекува рак на назофаринкса през февруари и рак на стомаха през юли. През декември 1896 Леополд Фрунд използва за първи път рентгеновите лъчи като терапевтичен инструмент, когато той облъчва голямо окосмено петното обхващащо целия гръб на четиригодишно момиче. Процедурите били повече от 10 да брой по 2 часа. Космите били премахнати, но пациентката, получила сериозни язви по тялото за много години. През 1896 г. физикът Майкъл Пъпин в Чикаго прилага за първи път рентгенови лъчи с терапевтична цел в САЩ за лечение на жена с рак на гърдата. Лъчетерапия е била използвана доста широко и успешно (и може би често неразумно), за кожни състояния, като акне вулгарис, екзема, лупус, кожна туберкулоза, както и за рак на кожата и на гърдата и други ракови заболявания.

През 1905 статия в изданието Archives of the Röntgen Ray са описани две терапевтични помещения: за кожни тумори и заболявания, и за други тумори. Съобщава се за някои предпазни мерки: използвано е оловно стъкло за защита на оператора, а дозата за пациента са следи по време. Пациентите са били защитени от меки рентгенови лъчи от кърпа, напоена с CaWO4 и след това изсушена. Експлозивният интерес към новите лъчи далеч изпреварва разумното и когато потенциалните рискове се появяват са широко игнорират. Експлозивният интерес към новите лъчи далеч изпреварва разумното и когато потенциалните рискове се появяват са широко игнорират.Така че, липсата на защита около първите рентгенова тръба довело до значителни поражения на операторите. Проблема се задълбочава и от обичайната практика на операторите да разглеждат собствената си ръка с флуоресцентния екран за проверка на апарата. Така че, липсата на защита около първите рентгенова тръба довело до значителни поражения на операторите. Проблема се задълбочава и от обичайната практика на операторите да разглеждат собствената си ръка с флуоресцентния екран за проверка на апарата. Първите предупреждения за потенциалните опасности идват няколко седмици след откритието на Рьонтген. Във Великобритания, Боуен на 12 март 1896 г. предупреждава, че рентгеновите лъчи може да предизвикат ефекти, като слънчево изгаряне. През април Стивънс отбелязва в British Medical Journal, че хората, изложени на рентгенови лъчи, получават слънчево изгаряне и дерматит. Предупреждения идват и от САЩ: през март Томас Едисън докладва за болки в очите след продължителна експозиция. Дерматит и загуба на коса са били докладвани от Даниел в университета Вандербилт, след като в продължение на един час излагат на лъчи главата на човек. 

Рентген от1949г

Съвременен рентгенов апарат

Един пример от Америка илюстрира пренебрежителното отношението към рентгеновите лъчи. През лятото на 1896 Хърбърт Хоукс демонстрира рентгенови лъчи в Ню Йорк. Хоукс е асистент на д-р Пъпин в Колумбийския университет. Г-н Хоукс всеки ден, в продължение на четири дни работи около неговото съоръжение обед и вечер по 2-3 часа. В края на четвъртия ден, той бил принуден да прекрати активната работа, заради ефекти на рентгеновите лъчи върху тялото му. Първото нещо, което г-н Хоукс забелязва е изсушаване на кожата, на което той не обръща внимание, но след известно време тя станала толкова болезнена, че се наложило да спре. Ръцете започнали да се надуват и се появили много дълбоки изгаряния. След две седмици кожата на ръцете се обелила. Ставите на пръстите са особено засегнати. Получават се и други ефекти: растежа на ноктите е спрял, а космите но цялото тяло падали особено по лицето и отстрани на главата. По гърдите също се получават изгаряния през облеклото. Уврежданията на г-н Хоукс са такива, че той е принуден да спре работа за две седмици. 

Лабораторята на Михран Касабиан

Поражения върху ръцете на Касабиан

В САЩ случаите на Кларънс Доли и Михран Касабиан получават широка публичност и имат голямо влияние. Доли се присъединява към Едисон през 1896 г. и е отговорен за изпитването на тръби и подпомагане на Едисон в рентгеновата област. За тестването на тръби той често поставя ръката между екрана и тръбата. Космите му скоро започват да падат, лицето му се набръчква, а ръцете му развиват дерматит. Състоянието на кожата му се влошава за няколко години, което води до повреда на кръвоносните съдове в лявата му ръката, и развива ракови образувания. През 1901 се налага да ампутират лявата му ръка, а през 1903 г. са премахнати пръстите от дясната му ръка. По-късно и дясната ръка е ампутирана, а през октомври 1904 Доли умира. Опитът, принуждава Едисон да се откажат от работата му с радиация.Михран Касабиан, работи като фотограф. Неговият интерес в електротерапията го прави рентгенограф и инструктор електротерапевт в Медико-хирургичния колеж и болница във Филаделфия. Чрез работата му като рентгенограф и инструктор електротерапевт, той успява да създаде клинично отделение по радиология. За две години той разглежда повече от 3000 пациенти и прави повече от 800 рентгенографии и става директор на рентгеновата лаборатория в болницата във Филаделфия през 1903. Той развива рентгеново "изгаряне" до април 1900 г. и от 1908 г., той има злокачествени заболявания на лявата си ръка. Касабиан претърпява ампутации. През 1907 издава учебник по рентгенови лъчи и електротерапия.Умира през 1910 г. от рак. Неговото излагане на рентгеновите лъчи е причина работещите с лъчи да вземат мерки за защита.Това са само двама от многото рентгенови работници, които са пострадали от забавените, но ужасяващи увреждания от рентгенови лъчи. 

През 1936 г. в Хамбург е издигнат паметникът на пионерите на рентгенови лъчи, които са претърпели поражения от облъчването и са починали в следствие на работата си. Съдържа 169 имена на изследователи от 15 държави. В продължение на няколко години след откриването на рентгеновите лъчи пораженията обикновено се разглеждат като временни и повърхностни, но около 1905 повечето работници започват да приемат някои предпазни мерки. С появата на все по-мощни рентгенови източници защитата става още по-важно. Защитата на тръбата е необичайна Преди около 1908, но някои практикуващите са внимателни през цялото време. Франсис H Уилямс от Бостън може да се види със защитна кутия около тръбата на снимка от 1902 г. Той отбелязва по-късно, че е мислил, че проникващи лъчи като рентгеновите лъчи трябва да имат "Някакъв ефект върху системата" и взел предпазни мерки за това. Повишеното внимание на Уилямс идва от неговия сътрудник, забележителния Уилям Ролинс. Ролинс, стоматолог от Бостън, синоним на това, което сега наричаме предпазлив подход за безопасността. В един от експериментите му, през 1901, вместо да жертват част от тялото, Ролинс постави морско свинче във Фарадеев кафез. Свинчето е подлагано на рентгенови лъчи по 2 часа на ден. На 11 ден то умира. При повторния експеримент другото свинче умира за 8 дни. Ролинс стига до извод, че трябва да се приложат три мерки: ● лекарите трябва да носят очила, които да пазят от рентгенови лъчи при използване на флуороскопи ● рентгенови тръби трябва да се поставят в защитени кутии с малък прозорец, за да бъде конусът на излъчването не по-голям, отколкото е необходимо ● пациентите трябва да бъдат защитени с изключение на случаите, необходими за изследване или лечение. Само две седмици по-късно той съобщава за друг обезпокоителен резултат. Този път, когато той поставя бременно морско свинчета и го облъчва, плода починал. Не е необичайно за лекари да изследват бременни жени с рентген за проверка на размера на техния таз и състоянието на плода и Ролинс възнегодуваха срещу това. Трябвало да се докаже ясно, че тези ефекти са в резултат на излагане рентгенови лъчи, а не на някои неясни електрически ефекти. Някои опоненти твърдели, че морските свинчета, или се задушавали или развивали някои инфекции. Ролинс, всъщност отхвърля тези възражения като запазва набор от контролни животни, които не са излагани на неблагоприятни ефекти. Едно от по-тревожно наблюдения Ролинс е, че свинчета, които са умрели не са показали радиационни изгаряния - вероятно защото по-меките рентгенови лъчи са филтрирани от фарадеевата клетка. Това е един от първите признаци, че там са били скрити ефекти, много по-сериозни, отколкото преходни изгаряния на кожата или козметични промени. Ролинс не просто убеждава рентгенолозите да са по-внимателни, но разработва редица практически начини, за да защитят себе си и своите пациенти. Кутията на рентгеновата тръба е подобрена на два пъти през следващите година - две. 

Той е изобретил затвор, който може да бъде отваряна дистанционно и регулируем правоъгълен колиматор, който може да се използва за постигане на най-малката използваема площ за облъчване на пациента. Той предлага подобрения за усилващите екрани и се опитва да ограничи практиката на "затопляне" на тръбата, докато пациентът е в снопа на лъчите. Той също така, предлага първия цифров стандарт за защита. Това е тест за адекватно екраниране на тръбата – слага се фотографска плака от външната страна на тръбата и се пускат лъчи. Ако плаката не е воалирала след седем минути експозиция, тогава защита е достатъчна. Ролинс е човек, изпреварил времето си. Неговото влияние е ограничено в САЩ, тъй като рентгеновата общност не е готова да приеме, че изумителните нови лъчи може да имат сериозни недостатъци. Защитни облекла, като допълнение към екранировка, се повяват още през 1898, когато Прайс в САЩ предлага да се използват ръкавици от оловен каучук. До 1905 г. пълен защитен костюм (с престилка, ръкавици, качулки и очила) е на пазара в САЩ за $ 30. Ръкавици и престилки се използват редовно във Великобритания около 1905. През 1908 г. Хол-Едуардс публикува списък с 10 правила, включително: екраниране на тръбата само с един малък отвор, екраниране на оператора с подвижни панели, стена на разстояние от тръбата и използване на непрозрачна престилка и очила с оловни стъкла при разглеждане на флуоресциращ екран. Той подчертава, че ефектът на рентгеновото облъчване е кумулативен. 

От 1908 г., практиката да се проверява с ръка е спряна, тръбите се поставят в кожуси от олово. През 1909 г. започва екранирането на процедурните помещения. Кожата е орган видимо най-засегнат от рентгеновите лъчи, и някои практикуващите се възползвали от филтър, изработен от Pfahler през 1905 г. за да предпазят себе си и пациентите. Този прост диск от естествена кожа отстранява по-меките лъчи, които увреждат кожата. Така че, може би от 1910 г., опасността от остри и катастрофални увреждания на тъканите е широко призната и някои обикновени защитни мерки са приети. Средствата за измерване на по-големи дози са на разположение и са използвани за контрол на експозициите. Взети заедно и разумно приложени, тези мерки са намалили и може би премахнали страшните остри реакции. Въпреки това, много от ранните работници умират от пораженията и дори е трябвало да страдат и умират от неподозирани дългосрочни ефекти. С времето се натрупват все повече знания в областта на рентгеновата диагностика. Конструират се все повече типове апаратура, които отговарят на специфичните изисквания на медицинската практика. Използват се последните научни открития и се прилагат в рентгеновите уредби. Постепенно обикновеният флуорографския екран се заменя от екран с оловно стъкло за защита, а след това се заменя от електронно-оптичен преобразувател и ТВ камера. Така става възможно флуороскопичните изследвания да се извършват на дневна светлина, а облъчването на пациента и оператора намалява в пъти. Графичните изображения върху плака се заменят от филмови изображения. Следва въвеждане на усилващи фолии, които също намаляват дозата на пациента в пъти. Намалява се също така натоварването на рентгеновата тръба. В наши рентгеновите филми все повече се изместват от системи за дигитално съхранение и обработка на образите. Непрекъснато се подобрява и лъчезащитата. Тя е достигнала до такова ниво, че работата на рентгеновите работници вече не се приема за рискова.