Cara Kerja Rontgen atau X-Ray

Seperti banyak penemuan monumental lainnya, teknologi X-ray ditemukan secara kebetulan. Pada tahun 1895, seorang fisikawan Jerman bernama Wilhelm Roentgen membuat penemuan saat bereksperimen dengan berkas elektron dalam tabung debit gas. Roentgen memperlihatkan bahwa layar fluorescent di lab mulai bersinar ketika berkas elektron dihidupkan. Tanggapan ini sendiri tidak begitu mengejutkan karena bahan fluorescent biasanya bersinar sebagai reaksi terhadap radiasi elektromagnetik, tapi tabung Roentgen dikelilingi oleh karton hitam tebal. Roentgen menduga hal ini akan menahan sebagian besar radiasi.

Roentgen menempatkan berbagai objek antara tabung dan layar, dan layar masih bersinar. Akhirnya, ia meletakkan tangannya di depan tabung, dan melihat siluet tulangnya diproyeksikan ke layar neon. Segera setelah menemukan sinar-X sendiri, ia telah menemukan aplikasi yang paling bermanfaat bagi manusia.

Penemuan luar biasa Roentgen merupakan salah satu kemajuan medis yang paling penting dalam sejarah manusia. Teknologi X-ray memungkinkan dokter melihat langsung melalui jaringan manusia untuk memeriksa patah tulang, gigi berlubang dan benda-benda yang tertelan dengan mudah. Modifikasi prosedur X-ray dapat digunakan untuk memeriksa jaringan lunak, seperti paru-paru, pembuluh darah atau usus.

Apakah Yang Dimaksud Dengan X-Ray?
X-Ray atau sinar-X pada dasarnya hal yang sama seperti sinar cahaya tampak. Keduanya berbentuk seperti gelombang energi elektromagnetik yang dibawa oleh partikel yang disebut foton. Perbedaan antara sinar-X dan sinar cahaya tampak adalah tingkat energi foton individual. Hal ini juga dinyatakan sebagai panjang gelombang sinar.

Mata kita peka terhadap panjang gelombang tertentu pada cahaya tampak, tetapi tidak dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari energi yang lebih tinggi dari gelombang sinar-X atau panjang gelombang yang lebih rendah dari energi gelombang radio.

Foton cahaya tampak dan foton sinar-X dihasilkan oleh pergerakan elektron dalam atom. Elektron menempati tingkat energi yang berbeda, atau orbital, di sekitar inti atom. Ketika elektron turun ke orbital yang lebih rendah menyebabkan pelepasan energi, energi ekstra ini dalam bentuk foton. Tingkat energi foton tergantung pada seberapa jauh elektron turun antara orbital.

Ketika foton bertabrakan dengan atom lain, atom dapat menyerap energi foton dengan meningkatkan elektron ke tingkat yang lebih tinggi. Agar hal ini terjadi, tingkat energi foton harus sesuai dengan perbedaan energi antara dua posisi elektron. Jika tidak, foton tidak dapat menggeser elektron antara orbital.

Atom yang membentuk jaringan tubuh manusia menyerap foton cahaya tampak dengan sangat baik. Tingkat energi foton cocok dengan berbagai perbedaan energi antara posisi elektron. Gelombang radio tidak memiliki cukup energi untuk memindahkan elektron antara orbital dalam atom yang lebih besar, sehingga mereka melewati sebagian besar benda. Foton sinar-X juga melewati banyak benda, tapi untuk alasan yang berlawanan: foton x-ray memiliki terlalu banyak energi.

Penggunaan Sinar-X pada Bidang Lain
Kontribusi yang paling penting dari teknologi X-ray di dunia tidak hanya di bidang kedokteran, namun telah memainkan peran penting dalam sejumlah bidang lain. Sinar-X menjadi alat penting dalam penelitian yang melibatkan teori mekanika kuantum, kristalografi dan kosmologi. Dalam dunia industri, scanner X-ray sering digunakan untuk mendeteksi peralatan logam berat. Selain itu, scanner X-ray telah menjadi perlengkapan keamanan standar di bandara.

Beberapa energi dari foton sinar-X bekerja untuk memisahkan elektron dari atom, dan sisanya mengirimkan elektron bergerak melalui ruang. Sebuah atom yang lebih besar lebih mungkin untuk menyerap foton sinar-X dengan cara ini, karena atom yang lebih besar memiliki perbedaan energi yang lebih besar antara orbital. Atom yang lebih kecil, di mana orbital elektron dipisahkan oleh lompatan energi yang relatif rendah, cenderung untuk menyerap foton sinar-X.

Jaringan lunak dalam tubuh kita terdiri dari atom yang lebih kecil, sehingga tidak menyerap foton X-ray dengan sangat baik. Atom kalsium yang membentuk tulang kita jauh lebih besar, sehingga lebih baik dalam menyerap foton sinar-X.

Mesin X-Ray
Inti dari mesin X-ray adalah pasangan elektroda, yaitu katoda dan anoda yang ditempatkan di dalam sebuah tabung kaca vakum. Katoda adalah filamen yang dipanaskan, seperti yang dapat kita lihat di dalam sebuah bola lampu neon. Mesin mengalirkan arus melalui filamen dan memanaskannya. Panas menguapkan elektron dari permukaan filamen. Anoda bermuatan positif berbentuk piringan pipih terbuat dari tungsten, menarik elektron melewati tabung.

Perbedaan tegangan antara katoda dan anoda sangat tinggi, sehingga elektron terbang melalui tabung dengan banyak kekuatan. Ketika elektron yang melaju bertabrakan dengan atom tungsten, memindahkan elektron dalam satu orbital atom yang lebih rendah. Sebuah elektron dalam orbital yang lebih tinggi segera jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, melepaskan energi ekstra dalam bentuk foton. Dengan penurunan yang besar, membuat foton memiliki tingkat energi yang tinggi yang disebut dengan foton sinar-X.

Elektron bebas bertabrakan dengan atom tungsten, memindahkan elektron dari orbital yang lebih rendah. Sebuah elektron orbital yang lebih tinggi mengisi posisi yang kosong, melepaskan kelebihan energi sebagai sebuah foton.

Elektron bebas juga dapat menghasilkan foton tanpa membentur atom. Inti atom dapat menarik elektron yang melaju untuk mengubah jalurnya. Seperti sebuah komet mengelilingi matahari, elektron melambat dan berubah arah karena kecepatan melewati atom. Tindakan "pengereman" ini menyebabkan elektron memancarkan kelebihan energi dalam bentuk foton sinar-X.

Dalam gambar X-ray normal, sebagian besar jaringan lunak tidak muncul dengan jelas. Untuk memusatkan perhatian pada organ, atau untuk memeriksa pembuluh darah yang membentuk sistem peredaran darah, dokter harus memberikan media kontras ke dalam tubuh.
Media kontras adalah cairan yang menyerap sinar-X lebih efektif daripada jaringan sekitarnya. Untuk membuat organ dalam sistem pencernaan dan endokrin lebih fokus, pasien harus menelan campuran media kontras, biasanya berupa senyawa barium. Jika dokter ingin memeriksa pembuluh darah atau unsur-unsur lain dalam sistem peredaran darah, mereka akan menyuntikkan media kontras ke dalam aliran darah pasien.

Media kontras sering digunakan dalam hubungannya dengan fluoroskop. Dalam fluoroscopy, sinar-X melewati tubuh ke layar neon, menciptakan citra X-ray bergerak. Dokter dapat menggunakan fluoroskopi untuk melacak berlalunya media kontras melalui tubuh. Dokter juga dapat merekam gambar bergerak X-ray pada film atau video.

Umumnya, dokter membuat gambar film sebagai negatif. Artinya, daerah-daerah yang terkena lebih banyak cahaya terlihat lebih gelap dan daerah yang terkena sedikit cahaya tampak lebih terang. Benda keras seperti tulang tampak putih, dan material lembut tampak hitam atau abu-abu. Dokter dapat membawa bahan yang berbeda ke dalam fokus dengan memvariasikan intensitas sinar X-ray.

Dampak Rontgen untuk Kesehatan
Sinar-X adalah inovasi yang bagus untuk dunia kedokteran, memungkinkan dokter melihat ke dalam tubuh pasien tanpa operasi sama sekali. Hal ini jauh lebih mudah dan lebih aman untuk melihat penyakit menggunakan sinar-X daripada langsung membedah pasien.

Tapi sinar-X juga bisa berbahaya. Pada awal perkembangan ilmu X-ray, banyak dokter akan memaparkan pasien dan ia sendiri untuk jangka waktu yang lama pada mesin X-ray. Akhirnya, dokter dan pasien mulai mengembangkan penyakit radiasi, dan komunitas medis tahu ada yang tidak beres.

Masalahnya adalah sinar-X merupakan bentuk radiasi ion. Ketika cahaya normal menabrak atom, cahaya tersebut tidak dapat mengubah atom secara signifikan. Tapi ketika sinar-X menabrak atom, sinar ini dapat mengetuk elektron dari atom untuk membuat ion, yaitu atom bermuatan listrik. Elektron bebas kemudian bertabrakan dengan atom lain untuk menciptakan lebih banyak ion.

Muatan listrik ion ini dapat menyebabkan reaksi kimia alami di dalam sel. Akibatnya antara lain dapat mematahkan rantai DNA. Sebuah sel dengan untai DNA yang rusak akan mati atau mengembangkan mutasi. Jika banyak sel mati, tubuh dapat mengembangkan berbagai penyakit. Jika DNA bermutasi, sel bisa menjadi kanker, dan kanker ini dapat menyebar. Jika mutasi dalam sperma atau sel telur, maka dapat menyebabkan cacat lahir. Karena adanya berbagai risiko ini, dokter mulai mempercepat penggunaan sinar-X.

Bahkan dengan risiko ini, pemindaian X-ray masih merupakan pilihan yang lebih aman daripada operasi. Mesin X-ray adalah alat yang sangat berharga dalam kedokteran, serta aset dalam keamanan dan penelitian ilmiah. Mungkin inilah salah satu penemuan yang paling berguna sepanjang masa.

Bagikan Artikel ini