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125 Jahre Röntgen

Der strahlende Durchblick

Am 8. November 1895 entdeckte der Physiker Wilhelm Conrad Röntgen eine bis dahin unbekannte Art von Strahlung, Sie trägt seither seinen Namen und hat die Medizin revolutioniert.
Hannelore Gießen
07.11.2020  08:00 Uhr

Röntgen gilt als der Entdecker der Röntgenstrahlung, obwohl schon andere Physiker vor ihm Röntgenstrahlung erzeugt hatten, ohne sich aber offenbar über die Bedeutung ihrer Entdeckung im Klaren gewesen zu sein.

Die immensen Anwendungsmöglichkeiten ahnte erst Wilhelm Conrad Röntgen, der auf die »neuen« Strahlen bei seinen Forschungen zu elektrischen Entladungen in verdünnten Gasen gestoßen war.

Berühmt wurde Röntgens Aufnahme der linken Hand seiner Frau Bertha, die der Physiker im Dezember 1895 gemacht hatte. Seine Entdeckung stellte er der physikalisch-medizinischen Gesellschaft am 23. Januar des folgenden Jahres in einer Sondersitzung vor.

Röntgen selbst bezeichnete die von ihm entdeckten Strahlen als X-Strahlung, ein Begriff, der sich im angloamerikanischen Sprachraum als X-Rays durchsetzte. 1901 wurde Röntgen mit dem ersten Nobelpreis für Physik geehrt, wobei das Nobelkomitee die enorme Bedeutung seiner Entdeckung für die Gesundheit der Menschen hervorhob.

Von einem Blick in den Körper, ohne das Skalpell anzusetzen, hatten Wissenschaftler schon lange geträumt: Bereits drei Jahre vor der Entdeckung der Röntgenstrahlen hatte der Arzt Ludwig Hopf unter dem Pseudonym »Philander« ein medizinisches Märchen verfasst, in dem ein junger Landarzt nach einer Möglichkeit suchte, in den menschlichen Körper ohne einen invasiven Eingriff zu blicken. Sein Wunsch: »Ach, wenn es doch ein Mittel gäbe, den Menschen durchsichtig zu machen wie eine Qualle!«

Durchleuchten war der Anfang

Die Medizin wurde durch die neuen Strahlen revolutioniert. Was lange unmöglich erschien, wurde nun Wirklichkeit: die Anatomie und die Funktion lebender Organe sichtbar zu machen und zu erforschen.

Zunächst gelang es den Ärzten, im Bild knöcherne Strukturen darzustellen und Knochenbrüche, Fremdkörper und Veränderungen des Skeletts zu erkennen. Die Diagnose internistischer Erkrankungen war dagegen weiterhin nicht möglich.

Spezielle Strahlenfilter, Bildverstärker und Kontrastmittel verbesserten die Anwendung von Röntgenstrahlen in den folgenden Jahren enorm, sodass nun auch Lunge, Herz und Nieren auf dem Röntgenbild zu erkennen waren. Einen weiteren Durchbruch brachte die sogenannte gepulste Technik, bei der die Strahlen mit einer Pulslänge von einigen Millisekunden kurz nacheinander emittiert werden. Beim klassischen Durchleuchten strahlt die Röntgenröhre dagegen mit einer konstanten Dosis.

Heute werden kaum noch klassische Röntgenfilme oder Platten eingesetzt, sondern die Bilder oft digital erzeugt. Dabei genügt eine gegenüber der konventionellen Röntgentechnik deutlich verminderte Strahlung, und die Bilder können nachträglich bearbeitet werden.

Unkritische Anwendung

Anfangs wusste man wenig bis nichts über die Risiken, die mit der Anwendung der Röntgenstrahlung verbunden sind, und nutzte die neue Methode begeistert und unkritisch. Doch nach einigen Jahren fiel auf, dass Radiologen auffallend häufig an Krebs erkrankten oder wegen Strahlenschäden Amputationen erlitten.

Die Ursachen der Schäden wurden nach und nach ergründet, und das Bewusstsein für Schutzmaßnahmen geschärft. Im Laufe des 20. Jahrhunderts entwickelte man verschiedene Maßnahmen wie Schutzkleidung und bauliche Schutzvorrichtungen und schuf einen  juristischen Rahmen für den Strahlenschutz. So ist ein Arzt heute verpflichtet, vor jeder Röntgenaufnahme den Nutzen der Untersuchung gegen das Risiko abzuwägen. Die Strahlenschutzverordnung fordert eine »rechtfertigende Indikation«.

Wie viel Strahlung ein Mensch beim Röntgen aufnimmt, ist je nach untersuchtem Körperteil unterschiedlich hoch. Meist liegt dieser Wert jedoch unterhalb der Strahlenexposition, der jemand innerhalb eines Jahres durch in der Umwelt vorkommenden radioaktiven Substanzen wie Radon und Radium ausgesetzt ist. Die Strahlendosis beim Durchleuchten der Lunge entspricht etwa der eines Transatlantikflugs.

CT: dreidimensionale Schichtbilder

Eine wesentliche Weiterentwicklung der Röntgenstrahlung stellt die Computertomografie (CT) dar, die von Godfrey Hounsfield und Allan McLead Cormack in den 1960er-Jahren entwickelt wurde. Bei diesem Verfahren rotieren eine Röntgenröhre sowie eine Aufnahmeeinheit um den Patienten. Die Röhre sendet fächer- oder kegelförmige Strahlen aus, die den Körper des Patienten durchleuchten und von den gegenüberliegenden Detektoren der Aufnahmeeinheit empfangen und an einen Computer weitergeleitet werden.

So ermöglicht ein CT im Unterschied zum klassischen Röntgen, bei dem zweidimensionale Bilder entstehen, eine dreidimensionale Darstellung und damit einen genaueren Blick in das Innere des Körpers. Hounsfield und McLead wurden 1979 mit dem Nobelpreis für Medizin geehrt.

Blick in die Zukunft

Ganz neu und noch nicht in der Standardanwendung ist die Nutzung des gestreuten Röntgenlichts beim sogenannten Dunkelfeldröntgen. Während eine konventionelle Röntgenbildgebung die Abschwächung des Röntgenlichts auf dem Weg durch das Gewebe zeigt, bestimmt die Dunkelfeldmethode den kleinen Anteil des Röntgenlichts, der gestreut, also von seinem geraden Weg abgelenkt wird. Beim konventionellen Röntgen bleibt dieses gestreute Röntgenlicht unbeachtet.

Besonders geeignet scheint das neue Verfahren für Untersuchungen der Lunge zu sein, denn die Streuung ist an Grenzflächen zwischen Luft und Gewebe besonders stark. Dadurch ließen sich in einem Dunkelfeldbild der Lunge Bereiche mit intakten, luftgefüllten Alveolen von Bereichen unterscheiden, in denen die Lungenbläschen kollabiert oder mit Flüssigkeit gefüllt sind. Auch für die Beurteilung einer Covid-19-Erkrankung wäre das Dunkelfeldröntgen eine gute Option.

Noch sei die Technik erst im Test, so die Mitteilung der Technischen Universität München (TUM), wo am Lehrstuhl für Biomedizinische Physik an der Methode geforscht wird. Eine Untersuchung mit der Dunkelfeldtechnik wäre mit einer deutlich geringeren Strahlendosis für den Patienten verbunden als bei einem CT. Sie erfordert nur eine einzelne Aufnahme, während für die Computertomografie viele Einzelaufnahmen aus verschiedenen Richtungen erstellt werden müssen. Diese Weiterentwicklung vom einfachen Durchleuchten zur Hightech-Strahlenmedizin wäre vor 125 Jahren selbst in medizinischen Märchen nicht vorstellbar gewesen. 

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