CC BY
168
Вильгельм Рентген и его Х-лучи
И. В. Опимах
Издательство «Бином. Лаборатория знаний», Москва, Россия
До великого открытия Вильгельма Рентгена врачи при постановке диагноза и определения тактики лечения пользовались исключительно методом внешнего осмотра. Вооружившись рентгеновским излучением, они смогли заглянуть - в буквальном смысле слова - внутрь пациента, причем при его жизни. Это был настоящий подарок для всех - и медиков, и их подопечных. Вильгельм Конрад Рентген был одним из самых благородных и бескорыстных людей в истории науки. Он мог получить огромные деньги за свое открытие, но, прекрасно понимая его важность, предпочел просто подарить свои удивительные Х-лучи человечеству.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Рентген Вильгельм Конрад, Х-лучи, компьютерная томография.
Wilhelm Roentgen and his X-rays
I. V. Opimakh
Publishing House «Binom. Knowledge Laboratory», Moscow, Russia
Before the greatest discovery of Wilhelm Roentgen doctors, in diagnosing and determining the treatment tactics, could only use the method of exterior examination. Being equipped with X-ray radiation, they were able to look - in the literal meaning of the word - inside the patient, the patient being alive. It was a genuine gift for all - doctors and their patients. Wilhelm Conrad Roentgen was one of the most noble and unselfish people in the history of science. He could have received a lot of money for his discovery, but understanding its importance he just preferred to present the mankind with his wonderful X-rays.
KEYWORDS: Roentgen Wilhelm Konrad, X-rays, computer-aided tomography.
<
О
о a. с о ш
к S a. о н о
71
Вильгельм Рентген (рис. 1) родился 27 марта 1845 г. в небольшом немецком городке Леннепе, недалеко от Дюссельдорфа. Когда ему исполнилось три года, семейство Рентгенов переехало в Нидерланды. Его отец, преуспевающий фабрикант и торговец текстильными товарами, мечтал, глядя на своего единственного сына, как тот станет достойным продолжателем его дела. Герр Рентген свято верил в технический прогресс, а потому решил, что его сын будет учиться в лучших заведениях страны. Он отдал мальчика в весьма достойную частную школу - школу Мартин уса фон Дорна, а затем, - в Утрехтскую техническую школу. Все складывалось хорошо, но... Однажды (это случилось в 1862 г.) одноклассник Вильгельма нарисовал карикатуру на учителя физики. Началось следствие - директор жаждал выяснить, кто совершил сей неблаговидный поступок. Пристали с вопросами и к Вильгельму. Он знал, конечно, кто автор карикатуры, но напрочь отказался его выдать. Возмущенный директор пригрозил, что если Вильгельм не назовет имя горе-художника, его, Вильгельма, выгонят из гимназии. Коса нашла на камень, и вся эта история кончилась тем, что юного Рентгена таки выгнали из школы, и он не получил ди-
плом, аЫШт, о среднем образовании. Пришлось поступить в Политехническую школу в Цюрихе - к счастью, там, в отличие от университетов, диплом не требовали. Став студентом, Рентген увлекся инженерным делом и без устали конструировал и собирал очень разные и довольно сложные приборы. Тут его заметил профессор Цюрихского университета Август Кундт, один из самых известных физиков-теоретиков того времени, и предложил место своего ассистента. Он помог Рентгену продолжить образование и получить докторскую степень по теоретической физике, невзирая на столь позорное пятно в его академической истории, как отсутствие диплома о среднем образовании.
В 1870 г. Кундт перешел на работу в Университет Вюрцбурга. Рентген преданно последовал за своим учителем. А в 1872 г. в его жизни произошло очень важное событие - он женился. Его избранницей стала Берта Людвиг, дочь владельца пансиона, в котором жил молодой ученый. Берта, милая и прекрасно образованная девушкой, была на 6 лет старше Вильгельма. Ей уже очень хотелось выйти замуж, и профессор физики ее вполне устраивал. Правда, у нее периодически случались довольно продолжительные приступы, гово-
<
о о а. с о ш
к
а. о н
о
72
о. О ш _0 ш
X
ш
о ^
О X
X
ш
о
X
а ш
Рис. 1. Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923 гг.)
рившие о психическом нездоровье, но это не помешало молодым людям полюбить друг друга и позже никак не отразилось на их супружеской жизни. Она оказалась прекрасной хозяйкой и создала дома уютную, мирную обстановку, а карьера Рентгена развивалась вполне успешно. В 29 лет он стал преподавателем Страсбург-ского университета, а уже в 1879-м - профессором Гессенского университета. Здоровье Берты не позволяло Рентгенам активно участвовать в светской жизни, но Берта всегда сопровождала мужа в его поездках, например, в Цюрих. Через четыре года после свадьбы, так и не обзаведясь собственным ребенком, они удочерили шестилетнюю племянницу - ее тоже звали Бертой.
В 1888 г. Рентген без сожаления покинул Гессен -его пригласили стать профессором престижного Вюр-цбургского университета, и он принял это предложение. Из него получился неважный лектор, зато он как никто умел поставить эксперимент. Вот как описал своего педагога один из его студентов: «Тот, кому было позволено вступить с Рентгеном в личные отношения, испытывал чувство, говорящее ему, что перед ним действительно великий человек. Сама его внешность была чрезвычайно импонирующей. При необычно высоком росте у него была в высшей степени изящная голова ученого и серьезный, почти строгий взгляд. Очень редко и лишь на короткие мгновения на его губах появлялась легкая
улыбка. Этот человек был так же велик внутренне, как и внешне. Честность и благородная скромность были самыми примечательными чертами его характера. Строгое выражение его лица скрывало жизнь чувств, которую он при своей замкнутости приоткрывал, безусловно, только истинным друзьям и самым близким людям». Когда шли опыты, Рентген забывал обо всем, и даже о любимой Берте. Она очень волновалась за его здоровье, но была бессильна перед страстью мужа к познанию. Во время эксперимента он спал и ел в лаборатории, переставал общаться с коллегами и друзьями. Рентген занимался электромагнетизмом, кристаллографией, свойствами жидкостей и газов, сделал множество открытий, но прославили его, конечно, Х-лучи, позже названные в его честь рентгеновскими.
8 ноября 1895 г., вечером в пятницу, все его сотрудники уже дома ужинали в семейном кругу, а Рентген еще оставался в своей лаборатории - уж очень его занимали катодные лучи. Он снова включил ток в катодной трубке, обернутой плотным чёрным картоном. И вдруг изумленный ученый увидел, что лежавшая рядом пластинка, покрытая слоем платиноцианистого бария, засветилась зеленоватым цветом. Учёный выключил ток — свечение исчезло. Включил - оно снова появилось. Он перенес экран подальше, но ничего не изменилось - свечение опять возникло. Почему экран флюоресцирует? После дальнейших опытов и размышлений Рентген понял, что открыл новое излучение. Оно отличалось удивительными свойствами - оказалось, таинственные лучи могут проходить через самые разные препятствия - Рентген ставил на их пути стопку картонок, потом толстую книгу, но это ровным счетом ничего не меняло. Тем вечером фрау Берте пришлось долго ждать мужа, а поужинав, он тут же побежал снова в лабораторию, где его ждали таинственные лучи.
Теперь он искал материалы, через которые неизвестные лучи, которые он так и назвал - Х-лучи, -пройти не могли. Оказалось, что они, к примеру, не проходят сквозь свинец и поглощаются некоторыми другими металлами, причем интенсивность поглощения зависит от их плотности. При этом бумага или дерево совсем их не поглощали, а человеческая плоть - очень слабо. В начале декабря Рентген взял в руки маленькую свинцовую трубочку, поднес ее к фотографической пластинке и направил на трубочку Х-лучи. И вот тут он подумал, что сходит с ума - на пластике, как он и ожидал, отпечаталась темная тень трубочки, но рядом он увидел кости двух своих пальцев, державших ее! «Эти Х-лучи, в отличие от света, позволяют увидеть самую скрытую часть человеческого тела - кости!» - понял он. И решил рассказать о своем открытии Берте. Она уже была слегка обижена на мужа - последние недели он как безумный сидел в своей лаборатории, практические не ел, не спал и совсем с ней не разговаривал. Но вот как-то в нача-
Рис. 2. Знаменитая фотография руки супруги Рентгена - Берты.
ле декабря, вечером, плотно поужинав, он сказал ей: «Дорогая, пойдем со мной в лабораторию, я тебе покажу нечто любопытное». Берта с радостью согласилась, ведь раньше он никогда не звал ее в свою святая святых. Рентген попросил жену положить руку на деревянную кассету, в которой лежала фотографическая пластинка. Берта выполнила его просьбу, а он установил прямо над ее рукой трубку Крукса и включил ток - примерно на 6 минут. Затем он проявил пластинку и еще влажную, протянул ее Берте.
- Взгляни, это снимок твоей руки, сделанный с помощью моих новых Х-лучей.
- О боже, я вижу свои кости! Мне кажется, я словно смотрю на свою смерть! - Берту новое открытие мужа скорее испугало, чем обрадовало. А Рентген был в восторге, ведь темная тень от кольца Берты, оказавшегося на пути его лучей, неопровержимо свидетельствовала об их реальности (рис. 2).
Он снова и снова проверял уже открытые и обнаруживал новые свойства лучей - через несколько недель должна была состояться конференция Физико-математического общества Вюрцбурга, и там он намеревался сделать доклад об Х-лучах, а потом опубликовать статью в ее материалах. Однако доклад был готов к 18 декабря, уже после окончания конференции, и Рентген
упросил секретаря Общества напечатать статью, несмотря на то, что доклад сделан не был. Секретарь хотел было отказать, но прочитав статью и вдобавок увидев снимок руки Берты, понял - этот материал нужно публиковать, причем немедленно! В итоге статья Рентгена появилась в журнале через несколько дней после подачи! Такое случается чрезвычайно редко.
Рентген понимал, что журнал Физико-математического общества Вюрцбурга читают не так уж много ученых, а потому заказал копии статьи, и в первый же день 1896 г. разослал их шести самым известным физикам Европы. К статье прилагались впечатляющие иллюстрации - снимки металлических гирек и руки фрау Берты. Именно этот последний снимок и заинтересовал венского профессора Франца Экснера. На следующий день после получения рентгеновской статьи в доме Экснеров были гости, и герр Франц с волнением продемонстрировал им кисть жены его друга, снятую в Х-лучах. Все были потрясены и даже слегка испуганы. Один из гостей, увидевших этот исторический снимок, был сыном известного венского издателя, и, конечно же, вернувшись домой, он рассказал о нем отцу. Опытный газетчик сразу понял - у него в руках сенсация. Уже в воскресенье, 5 января, читатели популярной венской газеты Die Presse читали волнующий рассказ об открытии немецкого физика, а венский корреспондент лондонской Chronicle телеграфировал репортаж о нем в свою газету - текст был опубликован 6 января. Вскоре об открытии Рентгена заговорил весь мир. Стало понятно - немецкий физик дал в руки врачам мощнейший инструмент для диагностики.
При этом в обществе возникло некоторое беспокойство: многие посчитали, что это даже как-то непристойно - так глубоко заглядывать в человека, видеть его самое потаенное нутро. Но постепенно Х-лучи вошли в моду, и в некоторых ресторанчиках посетителям даже предлагали сделать снимок их костей - правда, многие клиенты, увидев на фотопленке части собственного скелета, падали в обморок. Кто-то стал утверждать, что с помощью Х-лучей можно заглянуть в... душу. Но, а если не в душу, тот под платье. В Америке ловкие коммерсанты заказали Томасу Эдисону разработку театральных биноклей с рентгеновскими приставками - глядя в такие бинокли, они собирались разглядывать ножки и грудь актрис сквозь надетые на них одежды. Другие же не менее ловкие бизнесмены наоборот, рекламировали свои товары как «не пропускающие рентгеновские лучи». В магазинах появились «непроницаемое» нижнее белье, «защищенные» корсеты и кошельки, куда не проникнет «любопытный взгляд злоумышленника». Публика так возбудилась, что американские сенаторы даже приняли специальный закон, запрещавший использование рентгеновских лучей в непристойных целях.
73
<
о о о. с о ш
к
О.
о н
о
74
о. О ш _0 ш
X
ш
о ^
О X
X
ш
о
X
ш
А между тем медики активно осваивали открытие Рентгена. Уже в первые месяцы 1896 года врачи в Европе и США применяли Х-лучи не только при переломах, но и для поиска плотных предметов, которые могли находиться в теле, к примеру, пуль, а в декабре один американский судья даже заявил в суде, что снимки, сделанные с помощью Х-лучей, могут в суде использоваться как доказательства. В это время шел весьма показательный процесс: один студент-юрист обвинял некоего врача в небрежности: студент этот упал с лестницы и повредил ногу. Врач рекомендовал ему упражнения, однако они только усиливали боль. Тогда студент решил сделать рентгеновский снимок ноги. Он показал, перелом, причем обломки кости заняли неправильное положение, причиной чего были как раз упражнения, прописанные юноше доктором. Находчивый студент выиграл процесс, и это дело стало первым из множества судебных разбирательств, в которых рентгеновские снимки сыграли роль главных доказательств.
Слава Рентгена была невероятной, все только и говорили о нем и его лучах, и даже кайзер Вильгельм II с супругой пригласили его на прием в свой Потсдамский дворец. Польщенный ученый предстал перед царственной четой и продемонстрировал свойства открытого им излучения. Затем последовал торжественный ужин. За заслуги перед наукой Рентгену пожаловали прусский орден Короны 2-го класса, почему не первого - никто не знает, но Рентген и так был чрезвычайно доволен.
В конце января Рентген прочитал первую - и последнюю - лекцию о своем открытии. Это случилось на заседании Физико-математического общества Вюрцбурга. Ученого встретили овацией, а в конец лекции Рентген попросил одного из самых известных анатомов Германии Альберта фон Колликера выйти на сцену и пропустить Х-лучи сквозь свою руку. Зал, увидев кости профессора, бурно зааплодировал. И тогда Колликер сказал, что за всю свою долгую жизнь в науке - а он был тогда уже довольно пожилым человеком - он не слышал более важного выступления для развития естествознания и медицины.
Потом Рентгена не раз приглашали в разные места рассказать о своем открытии, но он всегда отказывался - знал, что перед большой аудиторией начинает волноваться и говорит плохо, да и перед своими студентами он смущался и порой бывал просто скучен. Совсем непубличным он был человеком, этот герр Рентген. Однако это не помешало принимать обрушившийся на него поток всяческих наград, орденов и званий. Правда, он отказался от прибавления частицы «фон» к своей фамилии, означавшей дворянство. Надо сказать, что редко кто из немецких ученых отказывался от такой чести. Честолюбия в Рентгене не было совсем. Не было в нем и никаких корыстных устремлений. Не раз к нему приезжали представители
самых разных фирм - они предлагали ученому продать за очень немалые деньги права на использование его открытия. Но Рентген категорически отказался его запатентовать - наука была смыслом его жизни, приносила огромное удовольствие, и он полагал, что она не должна быть источником дохода.
В 1901 г. Рентгену была присуждена Нобелевская премия - он стал первым физиком, получившим эту высокую награду. Но этот удивительный человек не потратил на себя ни доллара - он передал всю сумму Вюрцбургскому университету на развитие науки и поддержку молодых ученых. Вскоре Рентгену пришлось оставить Вюрцбург и переехать в Мюнхен - он был назначен директором Физического института при Мюнхенском университете. Это был скорее административный пост, но Рентген все-таки читал лекции, которые студенты по-прежнему находили скучными, и иногда с тоской заходил в лаборатории - на эксперименты у него уже не было ни сил, ни времени.
От природы замкнутый, он очень тщательно выбирал друзей и старался избегать излишнего общения. Но к близким относился всегда с теплотой и вниманием. Выдающийся русский физик Абрам Иоффе, которому посчастливилось быть его учеником, вспоминал: «Редко можно было видеть улыбку на лице Рентгена. Но я видел, с какой трогательной заботливостью он относился к своей больной жене, как разглаживались его морщины, когда его увлекал научный вопрос, когда мы ходили на лыжах или слетали на салазках с гор». В 1919 г. Берта умерла. В последние годы она страдала от сильных болей, и Рентген научился делать жене уколы морфина. Он очень трогательно ухаживал за женой и тяжело переживал ее уход. Это был страшный удар для ученого, и, пытаясь как-то сохранить ее в своей жизни, он часами, сидя у ее портрета, читал ее старые письма...
Несмотря на все свои заслуги перед наукой, богатым он не был. Во время Первой мировой войны, когда Германия находилась в тяжелом положении, он отдал родине все свои сбережения. В 75 лет он вышел на пенсию. Охотился, ходил по лесу и продолжал получить разные премии и награды. И нуждался. Очень помогали посылки, которые ему слали друзья из Америки. Кстати, его не раз звали уехать из Германии в США, но Рентген, настоящий патриот, не соглашался. А в 1922 г. он заболел. Это был рак, вызванный, по-видимому, его любовью к Х-лучам - тогда еще никто не осознавал их опасность.
Выдающийся физик умер 10 февраля 1923 г. Его похоронили в семейной усыпальнице в Гессене, где они прожили с Бертой свои самые счастливые годы.
А главное открытие Рентгена триумфально шагало по планете. Довольно скоро было установлено, что соли бария непроницаемы для Х-лучей. Теперь, чтобы визуально изучить пищевод, желудок и тонкий кишечник, больным давали выпить водный раствор этих солей, а
чтобы увидеть толстый кишечник, вводили этот препарат ректально. Введение раствора йода в мочеточник давало возможность исследовать почки и мочевой пузырь. Позже были найдены относительно безвредные вещества для исследования сердца, вен и артерий.
В 1972 г. англичанин Годфри Хаунсфилд и его коллега нейрорадиолог впервые смогли увидеть с помощью рентгеновского излучений мозг, причем живого человека! Хаунсфилд разработал систему подачи рентгеновских лучей под разными углами; после прохождения сквозь среды с разными плотностями излучение, обработанное с помощью соответствующих математических методов на компьютере, преобразуется в изображения - множественные томограммы. Хаунс-филд назвал свой метод компьютерной томографией. Началась эта история в 1967 г. Хаунсфилд и его коллега А. Дж. Амброуз решили просканировать коровьи головы, которые им дал знакомый мясник. Результаты оказались плачевными: им не удалось увидеть ни одну мозговую структуру. Ученые уже было решили, что у них ничего не получится, но тут Амброуз предположил, что им помешали кровоизлияния, возникшие в мозгу коров при их умерщвлении - несчастных животных убивали, ударяя по голове тяжелым топором. И тогда Хаунсфилд и Амброуз пошли на кошерный рынок, к тамошним мясникам и купили у них головы коров - по кошерным традициям тех убивали, перерезая горло. И ура! - просканировав головы коров, убитых в соответствие с древними иудейскими ритуалами, ученые получили четкие изображения. Получив столь обнадеживающие результаты, Хаунсфилд отправился на встречу с руководителями компании EMI Ltd., в которой работал, и убедил их начать выпуск компьютерных томографов. (Кстати, деньги свои компания заработала на первых записях The Beatles.) Первое сканирование человека было выполнено в маленькой больнице недалеко от главного офиса компании в 1972 г. Через пять лет в мире уже работало более тысячи томографов. Хаунсфилд получил множество наград, включая рыцарский титул, членство в лондонском Королевском обществе и Нобелевскую премию (в 1979 г.). Он разделил ее с Аланом Кормаком, опубликовавшем в 1963 году статью, в которой описал придуманную ему установку, позволявшую получать рентгеновские изображения с использованием томограмм, методы математической обработки и компьютера. В общем, так случилось, что Хаунсфилд, не читавший статью Кормака, воплотил его гениальное озарение в жизнь. Сегодня компьютерный томограф - сложнейший программно-технический комплекс. Рентгеновское излучение, прошедшее через изучаемые среды, регистрируется с помощью сверхчувствительных детекторов, их конструкция и материалы постоянно совершенствуются. Неотъемлемой частью аппарата является обширный пакет программного
обеспечения, позволяющий проводить последующую обработку и анализ КТ-изображений. Кстати, Хаунсфилд, как и Рентген, был очень плохим лектором и страшно смущался, выступая перед публикой. Рассказывали, что перед ответственными выступлениями он снимал волнение, репетируя речь перед обезьянами в зоопарке. В последующие годы Хаунсфилд занимался усовершенствованием технологии КТ и близких к ней диагностических методов, таких, как ядерный магнитный резонанс. Умер Хаунсфилд в 2004 г., прожив яркую и интересную жизнь в науке.
Более полувека прошло с тех дней, когда об открытии Х-лучей, которые мы сегодня называем в честь открывшего их ученого рентгеновскими, узнал весь мир. Сегодня о них знает каждый школьник. Именно с их помощью было открыто строение самой главной молекулы жизни - ДНК. Рентгеновское излучение нашло применение не только в естественных науках: физике, химии, биологии, геологии и палеонтологии, но и в криминалистике и даже в искусствоведении - с его помощью распознают фальшивки и изучают творческие приемы мастеров. И, конечно же, достойное место оно занимает в медицине. В любой больнице мира вы найдете рентгеновский кабинет. Возможно, где-то вы и не обнаружите компьютерного томографа или МРТ, но уж рентгеновский снимок вам сделают всегда!
ЛИТЕРАТУРА
1. URL: https://m.wikipedia.org/wiki/Рентген,_Вильгельм_Конрад.
2. URL: http://n-t.ru/nl/fz/rentgen.htm.
3. URL: http://wilhelmconradroentgen.de/en/home.
REFERENCES
1. URL: https://simple.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R0ntgen.
2. URL: http://n-t.ru/nl/fz/rentgen.htm.
3. URL: http://wilhelmconradroentgen.de/en/home.
Сведения об авторе:
Опимах Ирина Владимировна
ведущий редактор издательства «Бином. Лаборатория знаний», Москва, Россия
Адрес для переписки:
117335, Москва, а/я 90 Телефон: +7 (916) 588-7762 E-mail: [email protected]
About the author:
Opimah Irina Vladimirovna
Editor-in-Chief at the Publishing House «Binom. Laboratory of Knowledge», Moscow, Russia
Address for correspondence:
117335, Moscow, p/o 90 Tel: +7 (916) 588-77-62 E-mail: [email protected]
75
