რენტგენის აპარატი ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული დიაგნოსტიკური საშუალებაა მედიცინაში. ეს ბუნებრივიცაა, რადგან რენტგენის ფირზე აღბეჭდილი სურათი იძლევა პაციენტის გამოკვლევის უნიკალურ საშუალებას. სტატიაში გაგაცნობთ, თუ როგორ აღმოაჩინეს რენტგენის გამოსხივება, რა როლი აქვს მედიცინაში რენტგენის სხივებს, როგორ მუშაობენ თანამედროვე რენტგენის აპარატები და მიმოვიხიილავთ სხვადასხვა ტიპის რენტგენის აპარატებს.

რენტგენის გამოსხივების აღმოჩენა

1895 წელს გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ რენტგენი ეპოქალური მნიშვნელობის აღმოჩენის ავტორი გახდა. მან მიაგნო კაცობრიობისთვის სრულიად ახალ, როგორც თვითონ უწოდა, "X-გამოსხივებას" (ან როგორც დღესდღეობით უწოდებენ, რენტგენის გამოსხივებას). ექსპერიმენტს, რომელიც ვილჰელმ რენტგენმა ჩაატარა, საკმაოდ ხშირად ატარდებდნენ მისი თანამედროვე ფიზიკოსები, თუმცა რენტგენმა პირველმა აღმოაჩინა გასაოცარი სიახლე.

ექსპერიმენტი საკმაოდ მარტივი გახლდათ: მინის ჭურჭელი, რომელშიც მოთავსებულია საწინააღმდეგოდ დამუხტული ელექტროდები, იტუმბება სრულად, სანამ ჭურჭელში ვაკუუმური მდგომარეობა არ დამყარდება, მაღალი ვილტაჟის ძაბვის მოდება იწვევს უარყოფითად დამუხტული ელექტროდიდან ელექტრონების გამოტყორცნას. ამ მოვლენის ინტენსიური კვლევისას რენტგენმა, ექსპერიმენტის მიმდინარეობისას, ჭურჭლის გარეთ მყოფი კრისტალური ნივთიერებების სუსტი ნათება შეამჩნია. ამის შემდეგ ექსპერიმენტში რენტგენმა მინის ჭურჭელს შემოახვია მძიმე, შავი მუყაოს ქაღალდი, ხოლო ოდნავ მოშორებით განათავსა პლატინოციანიდით შეღებილი ეკრანი და აღმოაჩინა, რომ ელექტროდებზე ძაბვის მოდებისას ეკრანი მწვანე ელფერს იძენდა. მან ასევე აღმოაჩინა, რომ გამოსხივებას ატარებს არა მხოლოდ შავი მუყაოს ქაღალდი, არამედ რვეულები, წიგნები, ხის ნაჭრები, თუმცა არ ატარებს ძვლები და მძიმე ნივთიერებები, როგორებიცაა სხვადასხვა მეტალები. აღმოჩენას დიდი აჟიოტაჟი მოჰყვა სამეცნიერო წრეებში, რადგან არავინ იცოდა, თუ რა მოვლენას ან მოვლენათა კასკადს ახლდა ასეთი უცნაური ბუნების გამოსხივება.

1901 წელს გაიცა პირველი ნობელის პრემია ფიზიკის დარგში, რომლის ლაურიატიც ვილჰელმ რენტგენი გახდა თავისი დამსახურებისთვის რენტგენის სხივების აღმოჩენაში.

რენტგენის სხივების ბუნება

უდიდესი მიღწევის მიუხედავად, იდუმალებით მოცული რჩებოდა, თუ რა იწვევდა მსგავს გამოსხივებას. მოვლენის თეორიული ახსნა მხოლოდ ფიზიკის კვანტური თეორიის საფუძველზე მოხერხდა: აღმოჩნდა, რომ ელექტროდებიდან გამოსხივებული ელექტრონები მუხრუჭდებიან დანარჩენი ჭურჭლის ატომებთან მიახლოებისას, რის შედეგადაც ხდება მაღალენერგეტიკული ფოტონების გამოსხივება, რაც იმას ნიშნავს, რომ რეალურად ეს უცნაური გამოსხივება იგივე სინათლეა, რასაც ჩვენ, ადამიანები, აღვიქვამთ ყოველდღიურად. ერთადერთი განსხვავება ის გახლავთ, რომ რენტგენის გამოსხივების სიხშირე აღემატება ხილული სინათლისას, რის გამოც მისი შეუიარაღებელი თვალით პირდაპირი გზით შემჩნევას ვერ ვახერხებთ.

რენტგენი როგორც დიაგნოსტიკური საშუალება

მეოცე საუკუნეში რენტგენის სხივების მრავალი გამოყენება მოიძებნა (მათ შორის რამდენიმემ ნობელის პროემიაც დაიმსახურა), თუმცა მათგან გამოსარჩევია მედიცინის სფერო. აღმოჩენიდან რამოდენიმე თვეში დაიწყო რენტგენის სხივების მედიცინაში გამოყენება. რენტგენის გამოსხივების საშუალებით ექიმები ადგენდნენ ტყვიების ზუსტ ლოკაციას დაჭრილ ჯარისკაცებში. მარია კიურის ინიციატივით შეიქმნა მანქანები, რომლებშიც დამონტაჟებული იყო რენტგენის აპარატები. მოწყობილობა გამოიყენებოდა პირველ მსოფლიო ომში დაჭრილი ჯარისკაცების დასახმარებლად.

და მაინც, რატომ რენტგენის სხივები? რატომ არ გამოიყენება სხვა ტიპის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ძვლებზე დასაკვირვებლად? საქმე ისაა, რომ რენტგენის გამოსხივება იმდენად ენერგეტიკულია, რომ ნაკლებად მკვრივ გარემოში უპრობლემოდ გადის, ხოლო შედარებით მკვრივ გარემოში ვერ აღწევს. ამიტომ გამოსხივება გადის ადამიანის კუნთოვან და სხვა რბილ ქსოვილებში, მაგრამ ვერ გადის ძვლებში. შესაბამისად ეკრანზე იქმნება ერთგვარი ძვლების ჩრდილი, რომლის დახმარებითაც სპეციალისტები ახერხებენ ამა თუ იმ დაზიანების იდენტიფიცირებასა და დაავადებების დიაგნოსტირებას. შედარებისთვის (იხ. სურ.2) ულტრაიისფერი გამოსხივება სხეულის რბილ ქსოვილებში ვერ აღწევს დაბალი ენერგიის ქონის გამო და არ იძლევა მსგავსი დიაგნოსტიკის საშუალებას, ხოლო გამა გამოსხივება იმდენად ენერგეტიკულია, რომ ძვლებშიც აღწევს, ამისთვის არც გამა გამოსხივება გამოდგება, თანაც მისი გამოყენება სიცოცხლისთვის სახიფათოა.

პირველყოფილი რენტგენის აპარატები და საფრთხეები

1895 წელს, რენტგენის მიგნებიდან რამდენიმე თვეში, ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა და სკოლის მასწავლებელმა ჰოფმანსმა და ადგილობრივი საავადმყოფოს დირექტორმა ვან კლიფმა ჰოფმანსის სკოლაში არსებული ხელსაწყოების გამოყენებით, შექმნეს პირველი რენტგენის აპარატი და გადაიღეს პირველი სურათები. 2017 წელს ჩატარებულ ექსპერიმენტში რადიოლოგებმა შეამოწმეს, თუ როგორ მუშაობდა პირველი რენტგენის აპარატი. "გასაოცარია ის გახლავთ, რომ სურათები საკმაოდ მაღალი ხარისხისაა", — განაცხადა რადიოლოგმა ტომ ბეკმა ჟურნალ Wired-თან ინტერვიუსას.

რენტგენის სხივებმა მე-19 საუკუნის საზოგადოებაში დიდი პოპულარობა ჰპოვა. მრავალ მოყვარულს მიეცა რენტგენის სხივებით ექსპერიმენტების ჩატარების შესაძლებლობა. მოსახლეობის ნაწილი რენტგენის გამოსხივებას იყენებდა პრაქტიკულად ყველაფრის დასასხივებლად, უბრალოდ გასართობადაც კი. თითზე ჩამოსათვლელია ფიზიკაში ისეთი მიღწევები, რომელმაც მსგავსი გავლენა იქონია საზოგადოებაზე ასეთ მოკლე დროში.

მიუხედავად იმისა, რომ აპარატები საკმაოდ კარგად მუშაობდა, დღესდღეობით მსგავს აპარატებს აღარ იყენებენ. მიზეზი აღმოჩნდა ის, რომ აპარატებს ჰქონდათ დიდი მინუსი, რომლის გამოვლენასაც დრო დასჭირდა და მრავალი სიცოცხლეც შეიწირა. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ დღევანდელი აპარატები 1500-ჯერ ნაკლებ დოზას იყენებენ, ვიდრე პირველყოფილი აპარატები. აქვე აუცილებელია აღვნიშნოთ, რომ თანამედროვე აპარატურას 21 მილიწამი სჭირდება ხარისხიანი სურათის გადასაღებად, ხოლო ძველს 90 წუთი ესაჭიროებოდა. ვინაიდან რენტგენის გამოსხივების სპექტრი ახლოს იმყოფება ყველაზე ძლიერი, გამა გამოსხივების სპექტრთან, მისი დიდი დოზით მიღება საზიანოა ადამიანის ორგანოებისთვის, ვინაიდან გამოსხივებას შესწევს იმის ძალა, რომ გაარღვიოს მოლეკულური სტრუქტურები და შესაძლოა მოჰყვეს დამწვრობების ნელი განვითარება და კიბო. რადგან სიმპტომები ნელა ვითარდებოდა, მეცნიერებმა დიდი ხნის განმავლობაში ვერ მოახერხეს მიზეზის დადგენა, რასაც დიდი მსხვერპლი მოჰყვა.

პირველი ადამიანები, ვინც რენტგენის სავარაუდო საფრთხეებზე ალაპარაკდნენ, იყვნენ ნიკოლა ტესლა, ტომას ედისონი და ვილიამ მორტონი. სამივე მათგანი ატარებდა ექსპერიმენტებს რენტგენის სხივებით. საბოლოოდ მეცნიერებმა დაასკვნეს, რომ რენტგენის გამოსხივება სიცოცხლისთვის საშიშროებას წარმოადგენს და მისი გამოყენება შეიძლება მხოლოდ დაბალი დოზებით, აუცილებლობის შემთხვევაში. დროთა განმავლობაში დაიხვეწა რენტგენის აპარატები და დღესდღეობით რისკი პაციენტებისთვის მინიმალურია.

მუშაობის პრინციპი და შემადგენელი კომპონენტები

თანამედროვე რენტგენის აპარატებს ხუთი ძირითადი კომპონენტი გააჩნიათ. ესენია: რენტგენის მილი, გენერატორი, მაცივარი, კონტროლერი და დეტექტორი.

რენტგენის სხივების წარმოქმნის პროცესის პრინციპი არ განსხვავდება რენტგენის მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტის პრინციპისგან. რენტგენის მილში განთავსებულია კათოდი და ანოდი, რომელთა შორის მაღალ ძაბვას ძაბვის გენერატორი უზრუნველყოფს. ელექტრონების ნაკადი კათოდიდან ანოდს ეჯახება და ასხივებს რენტგენის გამოსხივებას. პროცესი იწვევს ანოდის გახურებას. შესაბამისად აპარატის მრავალჯერადი გამოყენებისთვის აუცილებელია ანოდის გაციება, რისთვისაც იყენებენ მაცივარს. რაც შეეხება კონტროლერს, მას სამი ძირითადი ფუნქცია ეკისრება: გენერატორის ვოლტაჟის, დენის ძალის და პაციენტის დასხივების დროის კონტროლი. საბოლოო კომპონენტი, დეტექტორი, აფიქსირებს რენტგენის სხივებს. სხეულის შედარებით მკვრივი ნაწილები, როგორიცაა ძვლები, ამ დეტექტორზე ჩანს როგორც ჩრდილები, რადგან რენტგენის გამოსხივება მათ ვერ განჭოლავს. მიუხედავად იმისა, რომ მუშაობის პრინციპი მსგავსია ყველა აპარატისთვის, მედიცინაში განასხვავებენ მათ სამ ტიპს.

რენტგენის აპარატის ტიპები

1. ფიქსირებული რენტგენის აპარატი

ფიქსირებული რენტგენის აპარატი ეწყობა იმ ოთახში, რომელშიც მისი გამოყენება უნდა მოხდეს, რადგან აპარატი გათვლილია მაღალი ძაბვის (აღწევს 200 კილოვოლტამდე) და ამპერაჟისთვის (აღწევს 1000 მილიამპერამდე) და გააჩნია ზომით დიდი კომპონენტები. აპარატი საკმაოდ ძვირადღირებულია, რაც ზღუდავს მის გამოყენებას საგანმანათლებლო თუ სამეცნიერო კვლევების მიზნით. ის გამოიყენება როგორც ადამიანებისთვის, ასევე მცირე ზომის ცხოველებისათვის.

2. პორტაბელური რენტგენის აპარატი

პორტაბელური რენტგენის აპარატი ყველაზე მარტივია სამართავად, მას მარტივი და ეფექტური დიზაინი აქვს. შესაძლებელია გადაღებული სურათის გამოსახულების მყისიერი აღბეჭდვა ლეპტოპზე და სამედიცინო დაწესებულებაში გაგზავნა. რეკომენდებული ძაბვა მერყეობს 70-110 კილოვოლტამდე, ხოლო ამპერაჟი 15-35 მილიამპერამდე. გარდა სიმარტივისა, პორტაბელური აპარატი, სხვებისგან განსხვავებით, სიიაფითაც გამოირჩევა. მისი გამოყენება სახლის პირობებშიც შესაძლებელია და მასი კომპონენტების მოძიებაც შედარებით მარტივია გაცვეთის შემთხვევაში.

3. მობილური რენტგენის აპარატი

უძრავი აპარატისგან განსხვავებით, მობილური რენტგენის აპარატის გადაადგილება ოთახში ბორბლების მეშვეობით შესაძლებელია. ის ოპერირებს 90-125 კილოვატ ძაბვაზე და 40-300 მილიამპერ დენის ძალაზე. მობილური აპარატის კომპონენტები დიდია პორტაბელურთან შედარებით და მისი გადაადგილება სხვადსხვა ლოკაციაზე პრობლემურია, ამიტომ მას რადიოლოგები იყენებენ მხოლოდ კლინიკებში.

რენტგენის სხივებს მედიცინის გარდა უკვე მრავალ სფეროში იყენებენ. მაგალითად, აეროპორტებში ხშირად იყენებენ რენტგენის აპარატებს უსაფრთხოების მიზნით, ასევე ეს ტექნოლოგია გამოსადეგია ხელოვნების ნიმუშების ავთენტურობის დასადგენად, ასტრონომიაში, ინჟინერიაში და სხვადასხვა მნიშვნელოვან კვლევაში. მიუხედავად იმისა, რომ ითვლება, რენტგენის სხივების "საიდუმლო" სრულყოფილად არის ამოხსნილი, მეცხრამეტე საუკუნის მიწურულს შემთხვევით აღმოჩენილი ფენომენი და მისი შესაძლებლობები დღემდე ინტერესის საგანია და ინარჩუნებს პოპულარობას.