R wie Röntgen Der Blick in den Menschen

Wie so oft bei großen Erfindungen war es ein Zufall, der Wilhelm Conrad Röntgen auf die besonderen Strahlen stieß. Und ein Glücksfall. Denn Röntgens Entdeckung revolutionierte die Medizin.
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Auswertung eines Röntgenbild: Die Technologie ist einer der größten Innovationen der Medizingeschichte. Quelle: dpa

Auswertung eines Röntgenbild: Die Technologie ist einer der größten Innovationen der Medizingeschichte.

(Foto: dpa)

Wilhelm Conrad Röntgen war ein verschwiegener Mann und gründlicher Wissenschaftler. Am 8. November 1895 macht er zufällig eine Entdeckung, die ihn nicht mehr los ließ. Ein speziell beschichtetes Papier begann zu leuchten, als Röntgen einige Meter entfernt eine Kathodenstrahlröhre einschaltete. Und das Papier leuchtete weiter, auch als Röntgen die Lichtquelle in dicke schwarze Pappe hüllte. Röntgen erzählte niemandem von seiner Beobachtung, nur zu seiner Frau sagte er: "Ich mache etwas, wovon die Leute, wenn sie es erfahren, sagen werden: 'Der Röntgen ist wohl verrücktgeworden.'" Wochenlang schließt der Physiker sich in sein Labor ein und forscht an den "X-Strahlen", wie er seine Entdeckung nennt.

Wilhelm Conrad Röntgen: Entdecker der X-Strahlen Quelle: ap

Wilhelm Conrad Röntgen: Entdecker der X-Strahlen

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Im Januar 1896 ist sich Röntgen seiner Sache schließlich sicher. In der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft in Würzburg hält er seinen ersten und einzigen öffentlichen Vortrag über die X-Strahlen. Er demonstriert seine Erfindung vor den Augen des Publikums und durchleuchtet die Hand eines Kollegen. Die Zuschauer sind begeistert. Röntgens physikalische Erfindung wird zum Publikumshit. Die Möglichkeit, in den eigenen Körper zu schauen, fasziniert alle: Bürger, Wissenschaftler und selbst den Kaiser. Wilhelm II. lädt Röntgen nach Berlin ein, um sich die Erfindung vorführen zu lassen. 1901 geht der erste Nobel-Preis für Physik an Wilhelm Conrad Röntgen. Weil dieser auf eine Patentierung seiner Erfindung verzichtet und von der gesundheitsschädlichen Wirkung der Strahlung noch niemand etwas ahnt, gibt es bald zahlreiche Apparate: Röntgen wird zum Partyspaß. In Schuhgeschäften können sich Kunden mit Hilfe der "X-Strahlen" die Position ihrer Füße in neuen Schuhen ansehen.

Doch viel wichtiger: Das Röntgen revolutioniert die Medizin und legt die Grundlage für weitere bahnbrechende Erfindungen –indirekt erlaubten die Röntgenstrahlen erst die Entdeckung der Radioaktivität. Heute wird auch in der Industrie geröntgt, um Fehler in Bauteilen zu entdecken. An Flughäfen durchleuchten Röntgenstrahlen unser Gepäck und Kunsthistorikern geben die Strahlen Aufschluss über den Zustand von Gemälden.

Revolution der Diagnostik

Doch zurück zur Medizin: Das Röntgen eröffnete eine neue Ära in der Diagnostik. Mit Hilfe der Röntgenstrahlen lassen sich nun Knochen auf Leuchtschirmen und fotografischen Platten abbilden. Das funktioniert, weil Röntgenstrahlen sehr energiereich sind und so Materie durchdringen können. Verschiedene Stoffe verschlucken die Strahlen unterschiedlich stark: Knochen lassen mehr Strahlung durch als Haut oder Muskeln. Deshalb tritt auf dem Röntgenbild der Muskel als weiße Struktur hervor, weiches Gewebe bleibt dunkel. Die Röntgenstrahlung entsteht, wenn die in einem Vakuum beschleunigten negativ geladenen Teilchen, also Elektronen, abbremsen. Wie sichtbares Licht sind Röntgenstrahlen elektromagnetische Wellen, nur die Wellenlänge ist anders. Das Bild der Untersuchung gibt dann Aufschluss über Knochenbrüche oder über Erkrankungen der Lunge, der Nieren oder des Magen-Darm-Trakts. Der Patient darf sich dabei möglichst wenig bewegen, sonst verwackelt das Bild schnell.

Große Innovationen der Medizintechnik
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Die Entdeckung der „X-Strahlen“ im Jahr 1895 führten den deutschen Physiker Wilhelm Conrad Röntgen zum Nobelpreis. Seine revolutionäre Entdeckung machte er nur zufällig bei einem Experiment mit einer Kathodenstrahlröhre. Ein Jahr später, 1896, bauten die Niederländer Heinrich Hoffmans und Lambertus van Kleef in Maastricht eines der ersten Röntgengeräte.

Arztpraxen werden auf Fehler durchleuchtet
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Der erste Herzschrittmacher wurde 1958 bei einem Patienten in Stockholm eingesetzt, nachdem es gelang ein Gerät zu entwickeln, das klein genug war. Damals mussten die Herzschrittmacher allerdings noch täglich extern neu aufgeladen werden. Heute halten sie viele Jahre, bevor ihre Batterien ausgetauscht werden müssen.

Schlaganfall bei Kindern
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Der Magnetresonanztomograph, kurz MRT, hilft Ärzten dabei, sich die Organe eines Patienten ohne eine Operation ansehen zu können. Zunächst verbreitete sich die Technik in den Bereichen der Physik und Chemie. Abgebildet wurden beispielsweise flüssigkeitsgefüllte Modelle. Ab Mitte der 1970er Jahren wurde die Technik auch für die Untersuchung von Menschen genutzt. 1981 wurde die Kernspintomographie schließlich klinisch eingeführt.

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Bei den Fortschritten im Bereich der MR-Tomographie geht es vor allem darum, bei den Patienten Stress und Ängste zu reduzieren. Eine neue Technologie macht die Untersuchung des Kopfes in der Röhre nahezu lautlos – und das bei hoher Bildqualität. Das dumpfe laute Klopfen, das mit bis zu 120 Dezibel die Lautstärke eines startenden Düsenflugzeugs erreichen kann, weicht einem kaum noch wahrnehmbaren Geräusch.

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Patienten können sich heute sogar ihre eigene Entspannungswelt aufbauen: Mit Hilfe eines über einen Tablet-PC steuerbaren Systems werden während der MR-Tomographie beruhigende Naturaufnahmen an der Zimmerdecke gezeigt, dazu kommen Musik und Lichtfarben. Das Spektrum reicht vom gemütlichen Platz am Kamin über die Südseeinsel Tahiti bis hin zum Comic für Kinder – was auch immer dem Patienten am besten dabei hilft, den Stress zu reduzieren.

Berlin, Arzt beurteilt Roentgen-und CT-Aufnahmen
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In den 1960er Jahren arbeitete der britische Elektrotechniker Godfrey Hounsfield an der Entwicklung der ersten Prototypen für die Computertomographie, bei der Röntgenstrahlen das Körpergewebe durchdringen und dreidimensionale Computerbilder produzieren. Die erste CT-Aufnahme an einem Menschen erfolgte schließlich im Jahr 1971. Und schon ein Jahr später entschied sich das Londoner Atkinson Morley Hospital für eine Anschaffung des ersten kommerziellen Gerätes.

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Mathematik ist in der CT-Bildgebung der Schlüssel zu besserer Bildqualität - aber auch zur Dosisreduktion. Die sogenannte modellbasierte iterative Rekonstruktion, ein mathematisches Verfahren zur Auswertung der Bilddaten, ist ein wichtiger technischer Meilenstein, den bis heute nur ein Hersteller vollzogen hat.

Für die Strahlendosis eines CT-Unterbauchscans fallen mit dieser Technik lediglich 0,2 Millisievert (mSv) an. Zur besseren Verdeutlichung: Auf einem Langstreckenflug von Berlin nach New York ist ein Passagier einer natürlichen Umgebungsstrahlung von 0,032 – 0,075 mSv ausgesetzt. 

* 1 Flug entspricht durchschnittlich 0,06 mSv (Helmholtz-Center)
** mit VEO, gemäß EUR - 16262 EN

Zu Wilhelm Conrad Röntgens Zeiten machte man sich um gesundheitliche Risiken wenig Gedanken.  Zahlreiche Menschen starben an den Folgen der Strahlung oder erkrankten an Leukämie. Denn die energiereichen Röntgenstrahlen können die Erbsubstanz unserer Zellen schädigen, Krebs kann entstehen. Deshalb muss die Strahlendosis so gering wie möglich gehalten werden. Heute tragen Patienten deshalb beim Röntgen einen Schutzumhang aus Blei, der keine Strahlung durchlässt.

Röntgen 2.0

In den letzten Jahren hat sich das digitale Röntgen verbreitet,  vor allem in der Zahnmedizin. Dabei werden die Bilder nicht mehr analog auf Filmmaterial, sondern auf einer digitalen Speicherfolie festgehalten. Die neue Technik hat mehrere Vorteile:  Die Bildqualität ist besser, die Aufnahme in Sekunden verfügbar. Der Arzt kann die Bilder digital speichern, nachbearbeiten und an Kollegen verschicken. So gehen weniger Aufnahmen verloren, weniger Untersuchungen müssen wiederholt werden. Außerdem sinkt die Strahlenbelastung für den Patienten, denn die digitale Speicherfolie ist verglichen mit dem konventionellen Röntgenfilm wesentlich empfindlicher. Die Aufnahme ist schneller fertig.

Fünf neue Wege zur Diagnose
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Chip-basierte Diagnose-Tools

Diese neue „Diagnostik-Haut“ ist in der Lage, feine Temperaturabweichungen zu erkennen, die möglicherweise Anzeichen einer ernsten Erkrankung sind. Zudem kann sie kleine Bereiche mit Wärmetherapie und sogar mit Medikamenten versorgen. Der flexible Chip ist genauso wenig invasiv wie ein temporäres Tattoo und macht teure Ausrüstung, die zudem die Bewegungsfreiheit des Patienten einschränkt, überflüssig.

Frau mit Smartphone
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Nicht das übliche Smartphone

Die Lösung ClipOCam-Derma gibt dem Trendbegriff „Selfie“ für selbst geschossene Handy-Fotos eine ganz neue Bedeutung. Sie rüstet Smartphones mit einem hochauflösenden Objektiv aus, so dass sich Hautveränderungen per Remote-Diagnose über eine App bestimmen lassen. Die Lösung zielt vor allem auf dünn besiedelte Gegenden mit schlechter medizinischer Versorgung ab.

CTRevolution
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Eine Aufnahme mit dem Revolution CT-Scanner von GE-Healthcare: Winzigste Details erleichtern die Diagnose.

EICU
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I see you (ICU)

Mithilfe einer elektronischen Intensivstation (eICU) behält das Pflegepersonal von einem zentralen Ort aus mehrere Patienten parallel im Auge. Eine Studie ergab, dass Patienten in Kliniken mit einem eICU-Programm eine um 26 Prozent höhere Chance hatten, ihren Aufenthalt zu überleben. Zudem wurden sie 20 Prozent schneller entlassen als nach der auf Intensivstationen sonst üblichen Versorgung.

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Alle sind gefragt

Wann immer es schwierig ist, eine klare medizinische Diagnose zu stellen, kann man über CrowdMed.com die Symptome online stellen und per Crowd-Sourcing nach einer Lösung suchen. Anwender können „Medizindetektive“, die einen Fall gelöst haben, zudem mit Geldprämien belohnen. Die CrowdMed Gründer sagen, ihre Lösung soll keineswegs den Arzt ersetzen, sondern Alternativen zur klassischen Diagnose bieten.

Bereits in den 1960-er Jahren träumte der britische Elektrotechniker Godfrey Hounsfield von der Digitalisierung des Röntgens. Seine Vision: Das Körperinnere noch detailgenauer dazustellen. Dazu sollte ein Computer Röntgenstrahlen auswerten, die aus verschiedenen Richtungen auf den Körper treffen. So wäre es möglich, Schichtaufnahmen zu erhalten. Ein kühner Plan. 1968 untersuchte Hounsfield mit seinem Prototyp das Gehirn eines Schweins: Die Maschine scannte neun Tage lang, der Computer brauchte zwei Stunden um alle Messungen zu berechnen. Doch es funktionierte: Die Computertomografie war geboren. Die erste CT-Aufnahme an einem Menschen erfolgte im Jahr 1971. Heute arbeiten moderne Computertomografen mit hochauflösenden Kameras und scannen das Innere eines Menschen in Sekundenschnelle. Heraus kommen verblüffend detailreiche, dreidimensionale Bilder. Wilhelm Conrad Röntgen wäre sicher stolz.

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