






















         
P 49 (2021/2022) 1 29
Rentgensko slikanje
B R̌
V življenju se zgodi, da človek pade in si zlomi
nogo ali roko. Ker se zlomov kosti skozi kožo
ne vidi ali se jih ne sluti dovolj natančno, pošlje
zdravnik pacienta na rentgensko slikanje. Potem,
ko si zdravnik sliko ogleda, lahko odredi nadaljnje
potrebne ukrepe, da se zlom pozdravi. V nadalje-
vanju bomo povedali, kaj je rentgenska svetloba,
kako nastane, kaj je rentgensko slikanje in kaj pri-
kazuje slika na naslovnici.
Rentgenska svetloba je elektromagnetno valovan-
je (EMV), kamor sodijo tudi vidna, ultravijolična (UV)
in infrardeča (IR) svetloba, mikrovalovi (v pečici, za
brezžično komunikacijo, astronomiji), radijski valovi
in sevanje gama. Vsa ta valovanja potujejo skozi pra-
zen prostor z isto hitrostjo c0 “ 3,00 ¨ 108 m{s. Med
seboj se razlikujejo po valovni dolžini λ oziroma fre-
kvenci ν4 oziroma energiji fotonov Eν5, s katerimi
si s snovjo izmenjujejo energijo. Valovna dolžina
rentgenske svetlobe je v območju med 10´11 m in
10´8 m (oziroma 0,01 nm in 10 nm), energija foto-
nov pa med 124 eV6 in 124 keV. Manjša kot je va-
4Med parametri, s katerimi opišemo vsako valovanje, so hi-
trost valovanja c, valovna dolžina λ in frekvenca valovanja ν . Te
tri kolǐcine povezuje zveza c “ λ ¨ ν .
5Foton si lahko predstavljamo kot paket energije, ki ga sve-
tloba izmenja s snovjo (ko ne potuje več po praznem prostoru,
ampak osvetljuje predmete, ki so iz snovi). Energija fotona je
premosorazmerna s frekvenco svetlobe, Eν “ h ¨ ν . Sorazmerno-
stna konstanta je Planckova konstanta h, ki je pomembna kon-
stanta v atomski, jedrski in fiziki osnovnih delcev. Njena vre-
dnost je h “ 6,63 ¨ 10´34 J s
6Enota eV je elektronvolt in je majhna enota za energijo,
primerna za uporabo v atomski in jedrski fiziki. V kombina-
ciji eV pomeni e kar osnovni naboj (z enoto As vred), e “
e0 “ 1,6 ¨ 10´19 As. Za 1 eV se poveča kinetǐcna energija na-
bitega delca z nabojem e “ ˘e0, ki ga pospeši napetost 1 V,
za 1 keV pa, ko ga pospeši napetost 1 kV “ 1000 V. Velja
1 eV “ 1,6 ¨ 10´19 J.
SLIKA 1.
Spekter elektromagnetnega valovanja: razlǐcne vr-
ste EMV, kot so urejene po valovni dolžini, fre-
kvenci in energiji fotonov (prirejeno po: Encyclo-
pædia Britannica, www.britannica.com/science/
electromagnetic-spectrum#/media/1/183297/106806)
lovna dolžina svetlobe, višja je njena frekvenca in
večja je energija njenih fotonov. Spekter EMV – ob-
močja valovnih dolžin, frekvenc in energij fotonov –
prikazuje slika 1.
Rentgenska svetloba je dobila ime po svojem od-
kritelju, nemškem fiziku Wilhelmu Conradu Röntge-
nu, ki je o njej poročal leta 1895. Wilhelm Conrad je
sicer ni poimenoval po sebi; ker je bila do odkritja ne-
poznana, jo je sam imenoval X-žarki (angl.: X-rays).
Obstajata dva glavna mehanizma, po katerih v ka-
todni cevi, ki jo prikazuje slika 2, nastane rentgen-
ska svetloba: zavorno sevanje in karakteristično se-
vanje. Zavorno sevanje oddajajo elektroni, ki jih do
velike hitrosti (in velike kinetične energije, ki je pri-
merljiva z energijo fotonov rentgenske svetlobe) naj-
prej pospeši visoka napetost (oziroma električno po-
lje) med katodo in anodo v katodni cevi, potem pa se
jim ob trku z anodo med gibanjem v anodi in v elek-
tričnem polju jeder atomov, ki gradijo anodo, hitrost
in kinetična energija na zelo kratki razdalji močno
zmanjšata (se tam zavrejo, ustavljajo); in medtem
zavorno sevajo. Pri tem posamezni elektron odda
foton rentgenske svetlobe, ki je z energijo omejen
navzgor: največja energija fotona, ki ga lahko odda
         
P 49 (2021/2022) 130
SLIKA 2.
Katodna cev: v stekleni cevi, v kateri je vakuum, sta elektrodi,
med katerima je visoka napetost. Katoda, ki jo greje izmenǐcni
elektrǐcni tok, da z nje izhlapevajo elektroni, je negativna, po-
zitivna pa je anoda iz kovine (volfram, molibden). Elektrone
proti anodi pospeši visoka pospeševalna napetost. Ko se ele-
ktroni zaletijo v anodo, sevajo oni (zavorno sevanje) ali atomi
kovine, iz katere je anoda (karakteristǐcno sevanje).
hitri elektron ob trku z anodo, je enaka njegovi ce-
lotni kinetični energiji pred trkom. Fotoni z najve-
čjo energijo imajo najkrajšo valovno dolžino, ki ji
rečemo kratkovalovna meja spektra rentgenskega se-
vanja λm. Večina fotonov zavornega sevanja pa ima
energijo, manjšo od največje mogoče (in valovno dol-
žino daljšo od λm), ker se večina elektronov po tem,
ko se zaletijo v anodo, svoje celotne kinetične ener-
gije ne znebi v enem zamahu. In znebijo se je lahko
še na druge načine, ne le tako, da oddajo foton(e)
zavornega sevanja. Porazdelitev fotonov zavornega
sevanja po energiji (ali frekvenci), ki jo imajo, imenu-
jemo spekter zavornega sevanja. Spekter zavornega
sevanja je zvezen in ga prikazuje slika 3.
V katodni cevi nastanejo fotoni rentgenske sve-
tlobe še na drug način. Ko hitri elektron trči ob
anodo (ki je seveda sestavljena iz atomov), ima do-
volj energije, da včasih iz posameznega atoma v ano-
di izbije katerega od notranjih (nevalenčnih) elektro-
nov. Nastali ion ima v nižjeenergijskih elektronskih
stanjih (mestih v notranjih orbitalah) vrzel, ki jo kma-
lu zasede kateri od njegovih višjeenergijskih in od
jedra atoma bolj oddaljenih elektronov. Ko se tak
elektron seli iz bolj zunanje orbitale v nezasedeno
SLIKA 3.
Spekter rentgenske svetlobe, ki jo oddaja katodna cev. Gladka
(zvezna) krivulja ustreza zavornemu sevanju, zobci na krivulji
pa karakteristǐcnemu sevanju volframove anode. Ko elektrone v
cevi pospeši večja napetost (rdeča krivulja), je najkrajša valovna
dolžina pri zavornem sevanju (λm “ 12,5 pm “ 12,5 ¨ 10´12 m)
krajša od najkrajše valovne dolžine pri manjši napetosti (modra
krivulja, λm “ 25 pm “ 25 ¨ 10´12 m).
stanje v bolj notranji orbitali, se odvečne energije
znebi v obliki fotona karakterističnega rentgenskega
sevanja. Zakaj karakterističnega? Ker so energije ele-
ktronskih stanj odvisne od snovi, iz katere je tarča
(del anode, v katerega se zaletavajo hitri elektroni)
in so zato za to snov značilne tudi razlike med ener-
gijami teh stanj. Razlika med energijama dveh stanj
pa je enaka energiji (karakterističnega) fotona, ki ga
izseva (ali absorbira, če selitev elektrona poteka v
drugi smeri), elektron, ki se seli med tema stanjema.
Ker je elektronskih stanj v atomu končno mnogo,
je tudi energij teh stanj končno mnogo, in končno
mnogo je tudi razlik med energijami teh stanj. Ka-
rateristično sevanje ima zato črtast (zobčast) spek-
ter. In zakaj rentgenskega? Ker so razlike med ener-
gijami elektronskih stanj v območju energij, ki jih
imajo fotoni rentgenske svetlobe.
Rentgenske cevi sevajo na oba načina, zavorno in
karakteristično. Primer celotnega spektra sevanja za
anodo iz volframa prikazuje slika 4.
Rentgensko slikanje je medicinska diagnostična
metoda, pri kateri del človeka osvetlijo, obsevajo, z
rentgensko svetlobo, ki jo oddaja katodna cev v ob-
sevalni napravi. Vidna svetloba ne gre skozi človeka,
rentgenska pa. Na drugo stran namestijo film (v mo-
         
P 49 (2021/2022) 1 31
dernih časih pa CCD/CMOS/NMOS senzorje). Sve-
tlobo, ki gre skozi človeka, zazna film (ali drugačen
senzor).
Rentgenska svetloba skozi človeka ne potuje ne-
ovirano; človeška tkiva film (ali senzor) pred rent-
gensko svetlobo nekoliko zasenčijo. Rentgenska sve-
tloba se namreč v tkivih delno vpije ali absorbira7, a
ne v vseh tkivih enako. Za vsako diagnostično me-
todo je bistveno, da se to, kar se v telesu s svetlobo
(ali z ultrazvokom ali s pozitroni ali z magnetnim po-
ljem) zgodi, v različnih tkivih zgodi različno. Rent-
genska svetloba se najbolj vpija v kalciju, ki ga je
največ v kosteh in zobeh. Kosti in zobje zato bolje
zasenčijo film kot drugo tkivo, v katerem so voda
ali maščobe, to tkivo pa zasenči film bolje kot tkiva,
v katerih je zrak (npr. pljuča). Ko rentgenska sve-
tloba potuje od svojega vira skozi človeka do filma,
jo različna človeška tkiva bolj ali manj zasenčijo in
na rentgenski sliki lahko opazimo sence teh tkiv, ki
so različno svetle – od bele do črne in vmes raz-
lične stopnje sive. Lahko vidimo, kako smo sesta-
vljeni, ali imamo vseh 200 in še nekaj kosti in ali so
cele. Ugotovimo lahko tudi, ali smo zdravi, ali imamo
pljučnico. Tkivo bolnih pljuč je spremenjeno in rent-
gensko svetlobo na obolelih delih vpija drugače kot
zdravo tkivo, kar lahko izkušen radiolog hitro opazi.
Rentgenska slika je torej senčna slika notranjosti
človeka. Ali so kosti videti bele in so pljuča črna, ali
pa je ravno obratno, je odvisno od tega, ali gledamo
negativ ali pozitiv slike (oba sta na sliki 4). Si že
opazil, da obstajajo eni in drugi?
7Absorpcija rentgenske svetlobe v snovi je posledica štirih
procesov, v katerih lahko svetloba odda snovi oziroma elektro-
nom te snovi vso ali del ali nǐc svoje energije. Ti procesi so:
elastǐcno sipanje, neelastǐcno (Comptonovo) sipanje, fotoefekt
in tvorba parov. Pri elastǐcnem sipanju se rentgenski svetlobi
ob interakciji z elektroni v nekem atomu spremeni smer poto-
vanja, ne spremeni pa se energija valovanja. Pri neelastǐcnem
(Comptonovem) sipanju svetloba (foton) odda del svoje energije
nekemu valenčnemu (šibko vezanemu) elektronu v snovi, ki zato
zapusti svoj atom (kot rečemo v žargonu, foton iz atoma izbije
elektron), foton (ki ni več isti kot prej) pa potuje v spremenjeni
smeri in z manjšo energijo kot prej. O fotoefektu govorimo, ko
foton rentgenske svetlobe odda svojo celotno energijo (sebe v
celoti) elektronu iz notranjih orbital atoma (močno vezanemu
elektronu), ki nato zapusti svoj atom. Tvorba parov pa nastane,
ko ob podpori težkega atoma foton v bližini jedra nekega atoma
izgine, pri tem pa iz sebe ustvari par delcev elektron – pozitron.
V kolikšni meri potekajo posamezni od teh procesov, je odvisno
od snovi (vrstnega števila, ki pove nekaj o gostoti elektronov) in
od energije fotonov rentgenske svetlobe.
SLIKA 4.
Pozitiv in negativ istega rentgenskega posnetka
Vpogled v telo, ki ga nudi rentgensko slikanje, je
nedvomno koristen. Naprave neprestano izboljšu-
jejo in doze, ki jih prejmemo ob slikanju, so bistveno
manjše kot pred desetletji. Pri enostavnem slikanju
prsnega koša je doza na primer približno enaka dozi,
ki jo prejmemo iz naravnega okolja v desetih dnevih,
pri enostavnem slikanju zob pa dozi, ki jo iz narav-
nega okolja prejmemo v enem dnevu. Po drugi strani
pa je bolj zapletena rentgenska diagnostična prei-
skava, kot je na primer CT (computed tomography),
povezana s precej večjim tveganjem za zdravje. Do-
za, ki jo prejmemo pri enkratnem CT slikanju pr-
snega koša ali trebušnega predela je enaka kar dvem
do trem letnim dozam sevanja iz naravnega okolja.
Odločitev o tem, ali je koristi pri slikanju več od tve-
ganja za škodo in ali potrebujemo slikanje ali ne, pre-
pustimo zdravnikom.
Če te zanima še več podrobnosti o rentgenski sve-
tlobi in njeni uporabi v medicini, si lahko pogledaš
na spletni strani www-f9.ijs.si/~krizan/sola/
medfiz/slides/fiz-anat-slik/1FAS-RTGsvet-
lobaCB.pdf. Če te zanima, kako je rentgensko sve-
tlobo odkrival W. C. Röntgen, pa si preberi članke
o njem v starejših letnikih Preseka, na primer tega:
www.presek.si/22/1232-Strnad-Conrad.pdf.
ˆ ˆ ˆ