Arno Forsius

Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923) ja röntgensäteet lääketieteessä

Wilhelm Conrad Röntgenin elämänvaiheet

Vuonna 1995 tuli kuluneeksi sata vuotta siitä, kun Wilhelm Conrad Röntgen keksi X-säteensä, joista varsinkin saksankielisen kulttuurin vaikutusalueilla alettiin käyttää nimitystä röntgensäteet. Röntgen on oivallinen esimerkki niistä lääketieteen ulkopuolisista tutkijoista ja keksijöistä, jotka ovat aivan ratkaisevalla tavalla vaikuttaneet sairauksien tutkimuksen ja hoidon kehitykseen.

Röntgen syntyi vuonna 1845 Lennepissä, Saksan Rheinlandissa, missä hänen isänsä toimi kangaskauppiaana. Vallankumousvuoden 1848 tapahtumien seurauksena isä joutui muuttamaan Alankomaiden Apeldooeniin. Oppikoulun käytyään Wilhelm Conrad Röntgen siirtyi vuonna 1862 jatkamaan opintojaan Utrechtin teknilliseen oppilaitokseen. Samalla hän seurasi joitakin luentosarjoja kaupungin yliopistossa. Röntgenin opinnot päättyivät onnettomasti, sillä hänet erotettiin koulusta. Arvelujen mukaan syynä oli se, että Röntgen ilmoittautui syypääksi opettajastaan piirrettyyn pilakuvaan, joka oli kylläkin hänen luokkatoverinsa tekemä. Tapahtuman seurauksena Röntgen ei saanut suoritetuksi ylioppilastutkintoa edes yksityisesti.

Röntgen muutti luultavasti vuonna 1866 Sveitsiin saatuaan tietää, että Zürichin polyteknilliseen korkeakouluun saattoi päästä ilman ylioppilastutkintoa. Suoritettuaan siellä koneinsinöörin tutkinnon vuonna 1869 hän jatkoi Zürichin yliopistossa fysiikan opintoja professori August Kundt'in (1839–1894) johdolla ja hänet promovoitiin vuonna filosofian tohtoriksi. Röntgen ja zürichiläinen Bertha Ludwig solmivat vuonna 1872 avioliiton, joka jäi lapsettomaksi.

Kundt kutsuttiin vuonna 1870 professoriksi Würzburgin yliopistoon ja Röntgen seurasi häntä. Koska Röntgen ei saanut puuttuvan ylioppilastutkinnon vuoksi oikeutta dosentinvirkaan, hän ajatteli jo luopua akateemisesta urastaan. Kundt kutsuttiin pian Strassburgiin (Strasbourg) perustettuun yliopistoon ja myös Röntgen lähti sinne hänen mukanaan. Täällä Röntgenistä tuli vihdoin dosentti vuonna 1874. Sen jälkeen hän toimi vuodesta 1875 opettajana Hohenheimin maatalouskorkeakoulussa, vuodesta 1879 Giessenin yliopistossa, vuodesta 1888 fysiikan professorina Würzburgin yliopistossa ja vuodesta 1900 fysikaalisen laitoksen johtajana Münchenin yliopistossa.

Röntgen julkaisi kuutisenkymmentä fysiikan alan tutkimusta. Hänen tutkimuskohteitaan olivat mm. Kerrin ilmiö sekä kaasu- ja kidefysiikka. Röntgen teki vuonna 1885 tärkeän havainnon löytäessään Maxwellin teorian edellyttämän sähkövirran, jonka aiheuttaa sähköllä varautunut liikkuva eriste. Hendrik Antoon Lorentz (1853–1929) antoi ilmiölle nimen röntgenvirta. Vuonna 1894 Röntgen alkoi tutkia Julius Plücherin jo vuonna 1857 keksimiä katodisäteitä.

Kun Röntgen teki Würzburgissa marraskuussa 1895 kokeita Crooken katodisädeputkella, hän huomasi fluoresoivaa valoa lähellä olleessa bariumplatinasyanuurilla päällystetyssä levyssä. Röntgen oivalsi, että ilmiö ei voinut johtua katodisäteistä vaan jostakin uudesta säteilystä, joka läpäisi välissä olleen pahvin. Hän itse kutsui tuntemattomia säteitä X-säteiksi, joille Rudolph-Albert von Kölliker (1817–1905) antoi nimen röntgensäteet.

Röntgen havaitsi pian, että X-säteet läpäisivät useimpia aineita paksuinakin kerroksina. Vain lyijy muodosti niille täydellisen esteen. Kerran Röntgen huomasi sattumalta fluoresoivalla varjostimella lyijypalaa pitävät omat sormensa ja niiden luut. Uusia säteitä käyttämällä hän sai syntymään myös valokuvauspaperille selvän kuvan puolisonsa kädestä, siinä olevista luista ja sormuksesta.

Röntgen julkaisi keksintönsä lähettämällä kirjoituksen "Eine neue Art von Strahlen" (Uusia säteitä) Würzburgin fysikaalis-lääketieteelliselle seuralle muutamia päiviä ennen joulua 1895. Sitä kautta uutinen tuli sanomalehtiin tammikuussa 1896 ja tieto keksinnöstä levisi nopeasti ympäri koko maailman. Röntgenin keksinnön arvo lääketieteessä havaittiin jo tammikuussa 1896, ja siihen perustuvia laitteita alettiin valmistaa nopeasti. Suomeen saatiin ensimmäinen röntgenkone Helsingin yleisen sairaalan kirurgian klinikkaan vuonna 1897. Aluksi laitteita käytettiin vain ns. natiivitutkimuksiin eli luiden, metallisten vierasesineiden, kalkkipitoisten sappikivien ja tuberkuloosin aiheuttamien keuhkomuutosten tutkimiseen.

Röntgensäteillä alettiin jo vuonna 1897 hoitaa ihotuberkuloosia, pinnallisia ihon ja limakalvojen kasvaimia sekä rintasyöpää. Georg Perthes ehdotti vuonna 1904 niiden käyttöä syvemmällä olevien kasvainten hoidossa. Myös röntgensäteiden vaarallisuus tuli ilmi nopeasti ja ne aiheuttivat ensimmäisen kuolonuhrinsa jo vuonna 1904. Uhrien määrä kohosi huomattavan suureksi ennen tehokkaiden suojausmenetelmien kehittymistä.

Röntgenistä tuli muutamassa vuodessa arvostettu tutkija ja hänelle myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto säätiön ensimmäisessä jaossa vuonna 1901. Röntgen lahjoitti palkintorahansa Würzburgin yliopistolle käytettäväksi tieteen hyväksi. Hän säilytti muutenkin vaatimattomuutensa, paheksui tapaa nimittää keksimiään säteitä röntgensäteiksi eikä suostunut käyttämään hänelle myönnettyä aatelisarvoa ja siihen kuuluvaa von -etuliitettä nimessään. Viimeiset kymmenen vuottaan Röntgen oli poissa julkisuudesta, mutta hän seurasi kuitenkin kiinteästi fysiikan kehitystä. Hän kuoli Münchenissä helmikuussa 1923 lyhyen sairauden jälkeen.

Röntgenkuvauksen kehitystä

Tässä yhteydessä on mahdollista tuoda esiin vain joitakin tärkeimpiä piirteitä röntgensäteilyn käytöstä lääketieteen apuna. Röntgentutkimuksilla on ollut etenkin 1900-luvun alkupuolella merkittävä osuus taudinmääritysten kehityksessä. Sen lisäksi röntgensäteillä oli kauan aikaa ratkaiseva merkitys syöpätautien ja eräiden muiden sairauksien hoidossa. Röntgensäteiden käyttöön sekä sairauksien tutkimuksessa että hoidossa liittyi monenlaisia haittoja, joista osa ymmärrettiin vasta 1900-luvun loppupuolella.

Kuten edellä mainittiin, suoritettiin aluksi vain ns. natiivitutkimuksia läpivalaisuussa fluoresoivaa varjostinta käyttämällä tai valoherkälle filmille kuvaamalla. Berliinissä, Hampurissa, Lontoossa ja New Yorkissa perustettiin jo vuonna 1896 röntgenlaitoksia ja Saksassa, Englannissa sekä Yhdysvalloissa alettiin julkaista alaa käsitteleviä aikakauslehtiä. Suuren kiinnostuksen ja suorastaan innostuksen seurauksena röntgentoiminnan kehitys oli hyvin nopeaa.

Max Levy-Dorn (1863–1929) avasi Berliinissä vuonna 1896 Saksan ensimmäisen lääkärin johtaman röntgenlaboratorion. Wienin yliopistossa pidettiin röntgendiagnostiikan luentoja jo lukuvuonna 1896/1897. Saksalainen lääkäri Heinrich Albers-Schönberg (1865–1921) avasi ensimmäisen röntgenlaitoksen Hampurissa vuonna 1897, ensimmäinen alalle omistautunut lääkäri. Hän alkoi julkaista vuonna 1897 lehteä "Fortschritte auf dem Gebiete der Röntgenstrahlen".

Röntgensäteiden käyttö kuvantamiseen perustuu kuvattavan kohteen rakenteiden erilaiseen kykyyn vähentää säteiden läpäisykykyä, jolloin tutkimuskohteen läpäisseen säteilyn vaihteluista syntyy "kuva" fluoresoivalle kalvolle, valokuvafilmille tai muulle säteilylle herkälle pinnalle. Elimistöä ja elimiä tutkittaessa esim. luut estävät säteiden läpäisemistä eniten, pehmeät kudokset vähemmän ja ilma vähiten. Kuvan erotuskyky riippuu myös käytettävien röntgensäteiden ja kuvan muodostavien laitteiden ominaisuuksista.

Kohteesta saatavan kuvan "kontrastia" eli sen rakenteiden erottumista voidaan lisätä viemällä tutkittavaan kohteeseen röntgensäteiden läpäisyä vähentäviä "varjoaineita". Yhdysvaltalainen Walter Bradford Cannon (1871–1945) käytti jo vuonna 1897 ensimmäisen kerran vismuttisuoloja sisältävää varjoainetta eläimillä suoliston röntgenkuvauksissa, samoin Guido Holzknecht (1872–1931). Hermann Rieder (1858–1932) alkoi tutkia ihmisillä käytettäviä varjoaineita vuonna 1904 ja korvasi vismuttiyhdisteet sivuoireiden vuoksi liukenemattomilla bariumsuoloilla. Vähitellen kehitettiin myös jodipitoisia varjoaineita sappiteiden, munuaisten, verisuonien ja selkäydinkanavan kuvauksia varten. Tutkimuskohteen "kontrastia" voitiin lisätä myös ruiskuttamalla ilmaa esim. suolistoon tai aivokammioihin. Samoin suolistossa voitiin käyttää ensin limakalvoon tarttuvaa varjoainetta ja sen jälkeen laajentaa suolistoa ilmalla suolen seinämän muutoksien havaitsemiseksi.

Röntgensäteiden käyttöominaisuuksia on voitu parantaa katodisädeputken rakenteella, putken ja tutkimuskohteen väliin asetettavilla suodattimilla eli filttereillä ja säteiden polarisoitumisesta aiheutuvaa haittaa poistavalla hilalla. Röntgentutkimusten tehokas käyttö elimistön eri osien ja elinten tutkimuksissa sekä hoitomenetelmien tukena oli mahdollista kehittämällä kuhunkin tarkoitukseen sopivia ja liikuteltavia kuvauslaitteita myös leikkaussaleja ja myöhemmin teho-osastoja varten.

Lasisten kuvauslevyjen korvaaminen selluloidista ja myöhemmin muovista valmistetuilla kalvoilla sekä niiden varustaminen molemmin puolin sädeherkällä kalvolla paransi kuvien tarkkuutta ja erottelukykyä. Silloin tulivat mahdollisiksi mm. nopeaa tai jatkuvaa kuvaamista vaativat verisuonten ja sydämen röntgenkuvaukset. Huomattava parannus oli 1940-luvun lopulta alkaen kehitetty elektroninen kuvanvahvistustekniikka, jonka avulla voitiin vähitellen luopua pimeyttä vaativien fluoresoivien läpivalaisuvarjostimien käytöstä. Samalla voitiin vähentää tarvittavan säteilyn määrää ja siitä aiheutuvia haittoja.

Röntgenkuvauksia on käytetty myös väestön seulontatutkimuksissa mm. keuhkotuberkuloosin ja rintasyövän löytämiseksi mahdollisimman varhaisessa vaiheessa.

Jo 1920-luvun alussa ryhdyttiin kehittämään ns. tomografialaitteita, joilla voitiin röntgenputkea ja kuvakasettia samanaikaisesti vastakkaisiin suuntiin liikuttamalla tarkentaa säteiden paras kuvauskyky tietyllä etäisyydellä röntgenputkesta olevaan tasoon. Menetelmän ensimmäisiä kehittäjiä olivat ranskalaiset André-Edmond-Marie Bocage (1892–1953) sekä F. Portes ja M. Chaussé vuonna 1922. Ensimmäiset kaupalliset tomografialaitteet kehitettiin 1930-luvun alussa ja yleiseen käyttöön ne tulivat 1950-luvulla. Automaattinen filminvaihtaja nopeutti huomattavasti kuvauksen suorittamista useasta eri tasosta samalla tutkimuskerralla.

Eräs tomografian muoto oli ortopantomografian nimellä tunnettu röntgentutkimusmenetelmä, jonka avulla voitiin kuvata yhdelle filmille samanaikaisesti molemmat leuat ja kaikki hampaat. Tämän kaikkialla maailmassa tunnetun ja käytetyn menetelmän kehitti suomalainen hammaslääketieteen tohtori Yrjö Veli Paatero (1901–1963). Kuvauslaitteen ensimmäinen suunnitelma valmistui vuonna 1947 ja ensimmäinen kaupallinen laite vuonna 1961.

Erittäin suuri edistysaskel oli tietokonetomografian käyttöön otto vuonna 1972. Tästä menetelmästä, joka tapahtuu röntgensäteiden avulla, käytetään usein lyhenteitä CT tai CAT (sanoista computerized tomography tai computerized axial tomography). Menetelmä perustui brittiläisen Godfrey Newbold Hounsfieldin (s. 1919) ja yhdysvaltalaisen Allan MacLeod Cormackin (1924–1998) tutkimuksiin ja yhteistyöhön. Heille myönnettiin Nobelin fysiologian ja lääketieteen palkinto vuonna 1979. Vaikka CT:n avulla voidaan tuottaa tutkittavasta ihmisestä tai kohteesta vain poikkileikkauskuvia, se oli erittäin suuri edistysaskel monien sairauksien toteamisessa.

1980-luvulla uudet kuvantamismenetelmät, kuten magneettikuvaus (engl. magnetic resonance imaging eli MRI), joka perustuu ratkaisevasti yhdysvaltalaisen Paul Lauterburin (s. 1929) ja brittiläisen Peter Mansfieldin (s. 1934) tutkimuksiin, sekä positroniemissiotomografia (engl. positron emission tomography eli PET), ovat korvanneet lisääntyvästi röntgentutkimusten käyttöä. Vuonna 1982 käyttöön otetussa MRI:ssä mitataan muutoksia, joita kudokset aiheuttavat radioaaltopulsseissa voimakkaan magneettikentän johdosta. Mittausten perusteella muodostetaan tukittavasta kohteesta hyvin tarkkoja kuvia, joiden tasot ovat vapaasti valittavissa. MRI:hin ei liity minkäänlaista säteilyhaittaa. Vuonna 1985 kehitetyssä PET:ssa mitataan sisään hengitettyjen tai verenkiertoon ruiskutettujen radioisotooppien lähettämää positronisäteilyä, jonka mittausarvoista muodostetaan tietokoneen avulla poikkileikkauskuvia. PET soveltuu erityisesti aivokudoksen aineenvaihdunnassa tapahtuneiden muutosten selvittelyyn.

Röntgenhoito

Jo vuonna 1896 yhdysvaltalainen sähköinsinööri Elihu Thomson säteilytti tahallaan sormeaan, johon syntyi selvä palovamma. Samana vuonna Thomas Alva Edisonin avustaja Clarence Dally menetti röntgensäteilyä lähettävän lampun vuoksi hiuksensa ja sai päänahkaansa tulehdusta ja haavaumia.

Röntgensäteilyä alettiin käyttää pian myös monen taudin hoitoon. Hiustenlähdön perusteella wieniläinen Leopold Freund (1868–1943) hoiti muutamia karvaisia luomia (naevus pilosus) eli "syntymämerkkejä" röntgensäteillä. Hän sai kyllä luomet hävitetyksi, mutta samalla ihoon tuli hitaasti parantuvia haavaumia. Ruotsalainen Tage Sjögren (1859–1939) hoiti ensimmäisenä röntgensäteillä nenän ihossa olleen basalioman (tyvisolusyöpä). Vähitellen opittiin säätelemään hoitoihin tarvittavaa säteilyn määrää ja vähentämään siitä aiheutuvia haittoja.

Yhdysvaltalaiset Nicholas Senn (1844–1909) ja William A. Pusey (1865–1940) saivat jo vuonna 1902 röntgensäteillä aikaan huomattavaa parannusta leukemiapotilaan verenkuvassa. Se oli alkuna röntgensäteiden käytölle ns. syvähoidossa. Röntgensäteillä hoidettiin lisääntyvästi pahanlaatuisten kasvaimia lähellä ihoa olevissa elimissä, kuten rinnoissa, kilpirauhasessa, imusolmukkeissa ja miehillä sukurauhasissa. Sitä kokeiltiin kohtalaisella menestyksellä myös mm. ihotuberkuloosin ja ihon sienitautien hoidossa. Kun röntgenputkien ominaisuuksia saatiin parannetuksi, pystyttiin röntgensäteillä hoitamaan myös syvemmällä olevia kasvaimia. Erään hoitokohteen muodostivat vaikeat tai hankalahoitoiset kiputilat, mm. nivelrikkotaudissa ja selkärankareumassa. Naisille suoritettiin sterilisaatioita röntgensäteilyllä ja sitä käytettiin myös kilpirauhasen liikatoiminnan hoitoon, jos leikkaus ei ollut mahdollinen, sekä kilpirauhasen liikatoimintaan liittyvän silmien ulkoneman eli exophthalmuksen hoitoon.

Röntgenhoidon rinnalle tuli jo 1900-luvun alussa radioaktiivinen radium, jonka Marie Curie löysi yhdessä aviopuolisonsa Pierre Curien kanssa vuonna 1898. Radiumin käyttö syöpäkasvaimien hoidoissa yleistyi 1900-luvun alkuvuosina, kun radiumia oli valmistettu vuonna 1902 puhtaana metallina. Radiumia käytettiin kasvaimen pinnalle tai sisään vietynä. Etäishoitoon käytettiin ns. radiumkanuunaa, jolla säteilyä voitiin suunnata kauempaa hoidettavalle alueelle. Keinotekoisesti radioaktiiviseksi saatu koboltti-isotooppi Co60 ja kobolttikanuuna syrjäyttivät radiumin halvempana 1940-luvulla. Beeta -hiukkasia eli elektroneja käyttävä hiukkaskiihdytin eli betatroni saatiin sairaalakäyttöön vuonna 1955. Radioaktiivisia kemiallisia yhdisteitä on käytetty sädehoitoon 1940-luvun alkupuolelta saakka. Esimerkkinä voidaan mainita kilpirauhassyövän hoidossa käytetty radioaktiivinen jodi, joka hakeutuu kohteeseensa elimistön aineenvaihdunnan ohjaamana.

Röntgensäteiden haittavaikutukset

A. Frieban havaitsi jo vuonna 1902 yhteyden röntgensäteilyn ja ihosyövän kehittymisen välillä. Edellä mainittu Clarence Dally sai vuonna 1904 useita vaikeita haavaumia käsiinsä ja kyynärvarsiinsa, ja niihin kehittyneet ihon syöpäkasvaimet aiheuttivat pian hänen varhaisen kuolemansa. Kahden seuraavan vuosikymmenen aikana monet tutkijat, lääkärit ja röntgenhoitajat saivat röntgensäteistä palovammoja, syöpäkasvaimia ja verimuutoksia. Heistä kuoli röntgensäteiden aiheuttamiin tauteihin yli 100 vuoteen 1922 mennessä. Heidän joukossaan olivat mm. aikaisemmin mainittu lääkäri Heinrich Albers-Schönberg ja myös Suomen ensimmäinen röntgensairaanhoitaja Anna Lönnbäck.

Röntgensäteiden yleisimpiä haittoja ovat olleet esim. hiusten lähtö, ihomuutokset, ihosyöpä ja muut pahanlaatuiset kasvaimet, verimuutokset, imukudosmuutokset, sukurauhasten vauriot, perimän muutokset ja mykiön samentumat. Röntgensäteilyn ja kaiken ionisoivan säteilyn vaikutukset ovat yleensä pitkäaikaisia ja siitä syystä kaikki avaruudesta, ydinreaktioista, elinympäristöstä, röntgentutkimuksista ja tautien hoidoista elämän aikana kertyvä säteily lisää koko ajan yksilön "sädekuormaa".

Säteilyvaarallisissa työtehtävissä seurataan jatkuvasti työntekijöiden saaman säteilyn määrää. Sairaaloissa säteilyvaarallisia työpisteitä ovat röntgentutkimusosastot, sädehoito-osastot sekä isotooppilaboratoriot. Röntgenosastoilla toimiva henkilökunta käytti aikaisemmin läpivalaisun yhteydessä mm. lyijyllä vuorattuja käsineitä ja -esiliinoja. Myös potilaita suojataan mahdollisuuksien mukaan tarpeettomalta säteilyltä varjostimien ja mm. sukuelinten seudun lyijysuojusten avulla. Ennen ultraäänitutkimusten aikaa jouduttiin esim. sikiön asentoa, epämuodostumia ja kehitysvaihetta selvittämään raskauden aikana röntgentutkimusten avulla. Nykyään raskaana olevilla pyritään välttämään kaikkia säteilyä aiheuttavia tutkimuksia sikiön suojaamiseksi.

Kirjoituksen alkuosa julkaistu aikaisemmin: Suomen Lääkärilehti 1995: 3: 276. Tarkistettu marraskuussa 2003. W. C. Röntgenin opiskelun vaiheita on täsmennetty uusien lähteiden perusteella ja loppuosa jaksosta Röntgenkuvauksen kehitystä alkaen on kokonaan uutta.

Kirjallisuutta:

Carlsöö, S.: Wilhelm Conrad Röntgen. Nordisk Medicinhistorisk Årsbok 1992. Södertälje 1992. (S. 83–92.)

Goerke, H.: Röntgenologiens bidrag till medicinens framgång. Nordisk Medicinhistorisk Årsbok 1992. Södertälje 1992. (S. 93–100.)

Seppänen, S.: Röntgentelevisio ja tomografia. Roentgen Television in Tomography. Acta Universitatis Tamperensis, Ser. A Vol. 75. (Akateeminen väitöskirja.) Tampereen yliopisto. Tampere 1976.

TAKAISIN IHMISIÄ LÄÄKETIETEEN HISTORIASSA HAKEMISTOON