Wie Wilhelm Conrad Röntgen die medizinische Diagnostik revolutionierte
Die Entdeckung der Röntgenstrahlen gelang dem Physiker Wilhelm Conrad Röntgen eher zufällig. Ob ihm 1895 die Tragweite seiner Forschung schon bewusst war, ist nicht ganz klar. Aus der heutigen Medizin sind Röntgenstrahlen nicht mehr wegzudenken. Und das gilt noch für weitere Einsatzgebiete der Röntgenstrahlen.
Ohne Röntgenbild wären viele medizinische Diagnosen ungleich schwerer zu treffen.
Foto: Panthermedia.net/thodonal
Wilhelm Conrad Röntgen, geboren am 27. März 1845 in Lennep (heute ein Stadtteil von Remscheid), hat seine Karriere als Forscher über Umwege erreicht. Ganz ohne Schulabschluss sah es für den jungen Mann anfangs gar nicht so rosig aus. Doch sein Interesse an der Technik war einfach zu groß. Sein Studium absolvierte er an der Eidgenössischen Polytechnischen Schule in Zürich und erhielt nach nur drei Jahren sein Diplom als Maschineningenieur. Seine Leidenschaft für die Physik entwickelte er erst nach einem Treffen mit August Kundt. Der Physiker lehrte an den Universitäten Würzburg und Straßburg. Seine wichtigste Entdeckung war der Beweis der Einatomigkeit des Quecksilberdampfes und anschließend die Herstellung eines Metallspiegels per Kathodenzerstäubung.
Auch Wilhelm Röntgen folgte einem Ruf an die Universität Würzburg, an der er 1888 Direktor des Physikalischen Instituts wurde. Sein Fokus liegt auf der Experimentalphysik. Nachdem sein Kollege August Kundt erfolgreich mit der Kathodenzerstäubung experimentierte, beschäftigte sich auch Wilhelm Röntgen damit. Er untersuchte die Kathodenstrahlen samt ihrer Wirkung. Heute bezeichnet man diese Strahlen als Elektronenstrahlen. Als Röntgen die Strahlen 1895 entdeckte, sah er ein Leuchten. Das entstand, da die Strahlen auf eine positive Anode trafen. Er ging davon aus, eine bisher unbekannte Art von Strahlen entdeckt zu haben und nannte sie X-Strahlen.
Erster Nobelpreis für Wilhelm Röntgen
Den Namen “Röntgenstrahlen”, so wie er auch heute allgemein verwendet wird, erhielt die Entdeckung allerdings erst Ende 1896. Röntgen zeigte seinen Zuhörerinnen und Zuhörern während einer Vorlesung, wie er eine Röntgenaufnahme erstellt. Das Auditorium machte ihm dann den Vorschlag, sie Röntgenstrahlen zu nennen.
1901, also fünf Jahre nach der eigentlichen Entdeckung, erhielt Wilhelm Conrad Röntgen dafür den Nobelpreis in Physik. Das war übrigens der erste Nobelpreis überhaupt, der von der Schwedischen Akademie der Wissenschaften verliehen wurde.
Röntgens Entdeckung legte Grundstein für heutige Röntgentechnik
Eigentlich war Wilhelm Conrad Röntgen nicht der erste Wissenschaftler, der die Elektronenströme entdeckte. Schon William Crookes, ein britischer Physiker und Chemiker, Heinrich Rudolf Hertz, ein deutscher Physiker, und Philipp Eduard Anton von Lenard, ein weiterer deutscher Physiker, hatten den Effekt ebenfalls entdeckt. Doch Röntgen war offensichtlich der Erste, der die richtigen Schlüsse aus den Erkenntnissen zog. Auch das gelang ihm eher zufällig, da er seine Hand zwischen Röhre und Schirm hielt und dabei ein Bild seiner Knochen entstand. Das erste Röntgenbild, das aus seinen Forschungen überliefert ist, zeigt die Handknochen seiner Frau Anna.
Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen legte der Physiker den Grundstein für die heutige Röntgentechnik. Wichtige Erkenntnisse lieferten auch die Forscher Henri Becquerel, Marie und Pierre Curie sowie Leopold Freund und Georges Chicotot. Dank dieser Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist die Röntgentechnik aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Sie waren es auch, die herausgefunden haben, dass diese Strahlen eine Belastung darstellen. Nur so wurde es möglich, den Nutzen gegen das Risiko bei dem neuen bildgebenden Verfahren abzuwägen.
Röntgenverfahren immer weiterentwickelt
Zahlreiche Ärztinnen und Ärzte nutzen das neue Verfahren, um zum Beispiel Knochenbrüche, Fremdkörper oder Veränderungen am Skelett zu erkennen. Da Wilhelm Conrad Röntgen darauf verzichtet hatte, ein Patent auf seine Entdeckung anzumelden, entstanden zahlreiche Apparate. Im weiteren Verlauf sorgten etliche Untersuchungen und Studien dafür, dass sich diese Methode immer weiter verbesserte. Ein elementarer Schritt für die Nutzung der Röntgenstrahlen in der Medizin war die Erfindung des Röntgenröhrchens von Reinhold Burger. Durch die Röhre war eine besonders effiziente Kühlung möglich.
In der heutigen Medizin ist neben dem klassischen Röntgenverfahren, bei dem unter anderem Knochenbrüche oder Zahnprobleme untersucht werden, auch die sogenannte Computertomographie (CT) nicht mehr wegzudenken. Auch hier werden Röntgenstrahlen eingesetzt, die sich in einem Ring befinden, der sich kreisförmig um Patientinnen und Patienten bewegt. Das Bild, das sich am Ende daraus ergibt, entsteht, da nicht jedes Körpergewebe gleich viel Strahlung hindurch lässt.
Bei einer CT-Aufnahme zeigt sich am Ende ein zweidimensionales Schnittbild. Knochen stellen sich dabei besonders hell dar. Das liegt daran, dass sie nur sehr wenig Röntgenstrahlung hindurch lassen. Während beim herkömmlichen Röntgen immer nur ein Bild gemacht wird, erstellt ein CT zahlreiche Bilder direkt hintereinander. Das lässt sich ganz anschaulich mit geschnittenem Brot vergleichen. Denn jede einzelne Aufnahme stellt eine Scheibe des Körpers dar. Dadurch ergibt sich ein sehr viel genaueres Bild der aufgenommenen Körperregion oder eines Organs. Inzwischen lassen sich aus diesen Bildern sogar dreidimensionale Aufnahmen erzeugen.
Röntgenmikroskop unterstützt vor allem Biologinnen und Biologen
Die Röntgenstrahlen werden darüber hinaus auch in der Mikroskoptechnik genutzt. Das Röntgenmikroskop setzt ebenfalls kurzwellige elektromagnetische Strahlung ein. Der Vorteil: Im Vergleich zu den Wellen des Lichts sind elektromagnetische Wellen deutlich kürzer. Dadurch ergibt sich eine erheblich größere Auflösung – im Bereich von wenigen 10 Nanometern. Diese Röntgenmikroskope kommen vor allem in der modernen Biologie zum Einsatz.
Röntgenstrahlen im Einsatz: Am Flughafen, in der Kunst und Archäologie
Neben einem vielseitigen Einsatz in der Medizin und der Biologie, kann man Röntgenstrahlen aber durchaus auch noch in anderen Zusammenhängen nutzen. Sie helfen zum Beispiel bei chemischen Analysen. Aber auch in der Kunst können sie wertvolle Dienste leisten. So lassen sich anhand von Röntgenstrahlen zum Beispiel Gemälde im Detail untersuchen.
Wenn es darum geht, die Echtheit eines Bildes festzustellen, helfen die Röntgenstrahlen, indem sie verschiedene Schichten eines Gemäldes sichtbar machen. Nicht selten haben Künstlerinnen oder Künstler eine Leinwand mehrfach verwendet. In der Archäologie hilft die Röntgentechnik dabei, Funde genauer zu untersuchen, ohne sie weiter zu beschädigen.
Ein weiterer Einsatzort von Röntgenstrahlen ist der Flughafen. Wer sein Gepäck an der Sicherheitskontrolle abgibt, kennt das Szenario. Mitarbeitende von Sicherheitsfirmen durchleuchten die Gepäckstücke und halten nach Gegenständen Ausschau, die man nicht in ein Flugzeug mitnehmen darf. Auch das funktioniert mittels Röntgenstrahlen. Selbst im Weltall finden sich Röntgenstrahlen. Als Teleskope helfen sie Forschenden dabei, Schwarze Löcher zu entdecken.
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