Kap 01: Röntgen

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  1. Wie entsteht ein Röntgenbild?
    • -Röntgenstrahlen breiten sich geradlinig aus
    • -RS werden im Körper absorbiert
    • -> Ein Schattenbild der Absorptionsverteilung entsteht
    • -Voxel = Volumenelement
    • -Pixel = zugehöriger Bildpunkt
    • -Dreidimensionaler Körper wird 2D abgebildet
    • -> Überlagerung von Einzelstrukturen
  2. Physikalische Grundlagen
    • Atome bestehen aus:
    • Protonen p, Neutronen n und Elektronen e-
    • Kernladungszahl Z(Anzahl Protonen)
    • Nukleonzahl A(Atommasse)
  3. Eigenschaften der Röntgenstrahlen
    • elektromagnetische Wellen
    • Wellenlänge lambda entspricht Atomradius
    • Charakterisierung der Strahlung durch:
    • -> Energie der Röntgenquanten Ez = h*f
    • -> Anzahl der Rö-Quanten z
    • Flussdichte Ψ = Energie/(Fläche*Zeit)

    • -Zwei Arten von Röntgenstrahlung:
    • diskrete Röntgenstrahlung
    • kontinuierliche Röntgenstrahlung
  4. Ausbreitung von Röntgenstrahlung
    • Richtung nicht beeinflussbar
    • Abstandsgesetz:
    • ψ1/ψ2 = r2²/r1²
  5. Aufbau einer Elektronenröhre
    Heizfaden-Kathode-Wehneltzylinder-Elektronenoptik-Anode-Leuchtschirm-Leuchtpunkt
  6. Funktionsweise einer Elektronenröhre
    -Heizstrom fließt durch den Glühfaden und heizt die Kathode auf 2000°C auf

    -Durch die starke Erhitzung treten Elektronen  aus der Kathode und bilden eine Elektronenwolke

    -Der Wehneltzylinder bündelt die Elektronen durch neg. Potential

    -Zwischen Kathode und Anode wird eine Hochspannung angelegt, um die Elektronen zu beschleunigen(10 kV-30 kV)

    -Die sich bewegenden Elektronen stellen einen Strom dar(Röhren oder Anodenstrom)

    • -Röntgenstrahlen entstehen durch Wechselwirkung zw. schnellen Elektronen mit Atomkernen. Die Elektronen werden mit halber Lichtgeschwindigkeit auf die Anode geschossen
    • -Durch das Rausschlagen von Elektronen auf das Targetmaterial und Rückspringen von äußeren Elektronen in innere Schale wird das charakteristische Spektrum erzeugt
    • -Material: Wolfram oder Molybdän(Spektrummaximum bei niedriger Energie, guter Weichteilkontrast)
  7. Physikalischer Effekt: Strahlenerzeugung
    -Bremsstrahlung: Wechselwirkung mit E-Feld der Atomkerne

    Beschleunigte Elektronen werden vom positiven Feld der Anoden Atomkerne abgebremst: D.h. Bewegungsenergie wird in Form von Strahlung abgegeben

    • -charakteristische Strahlung:
    • Wechselwirkung mit inneren Elektronen der K-Schale

    • Ein beschleunigtes Elektron rast umgebremst auf ein Elektron des Anodenmaterials und reißt es aus seinem Atom heraus(oder hebt es auf einer energetisch höhere Bahn).
    • Der freie Platz wird durch ein nachrückendes Elektron höherer Bahn ersetzt.

    -Wirkungsgrad: E(Röntgenstrahlen)/E(Elektronen)
  8. Spektrum der Röntgenstrahlung
    Siehe Bild aif Seite 2 ZF

    α = Elektronensprung von L-in K-Schale(58 keV)

    β = Elektronensprung von M- in K-Schale (68 keV)
  9. Richtungsvorgabe
    Die Richtungsvorgabe der Röntgenstrahlen ist nur durch Ausblenden unerwünschter Richtungen möglich

    z.B. mit einer Blende
  10. Wirkung von Röntgenstrahlung
    • -Ionisation von Molekülen/Gasen
    • -Schädigungvon lebenden Zellen
    • -Anregung von Atomen: Lumineszenz
    • --Lumineszenz(Optische Strahlung, die beim Übergang von einem angeregten Zustand zum Grundzustand entsteht)
    • --Fluoreszenz(Spontane Strahlung)
    • --Phosphorenz(Verzögerte Strahlung, Nachleuchten)
    • -Belichtung eines Silberfilms
    • -Erwärmung
  11. Problem: Wärmeentwicklung
    • -Wirkungsgrad ist sehr niedrig
    • -Drehtelleranode: Neue technologische Probleme
    • -Antrieb, Rotor im Vakuum, Stator um Röntgenröhre herum
    • -Schmierung, Abrieb
    • -Wärmeableitung im Vakuum
  12. Warum ist die Anode schräg?
    -Wegen der Absorption an der Anode, da Röntgenstrahlen in jede Richtung gehen

    -Keine Richtungsvorgabe durch schräge Anode
  13. Schräge Anode
    Optischer Brennfleck ≠ thermischer Brennfleck

    • dthermisch > doptisch
    • doptisch: möglichst klein
    • α = 7° bis 20 °
    • "Elektronen sollen auf eine möglichst große Fläche verteilt werden"
  14. Heel-Effekt
    • Wegen der Eindringtiefe von 20 bis 30 um in die Anode kommt es zur Absorption von Strahlen
    • -> ungleichmäßiger Kegel entsteht
  15. Drehteller Röntgenröhre: Calorex Anode
    • Besteht aus:
    • -Wolfram(gutes Targetmaterial)
    • -Molybdän(gute Festigkeit und Temperaturbeständigkeit)
    • -Graphit(hohe Wärmekapazität)

    "Groß ausgeführt, um Energie aufzunehmen"
  16. Effekte im Menschen
    Absorption: Röntgenquant setzt ein Elektron frei und wird selbst absorbiert

    Streuung: Röntgenquant wird abgelenkt

    Compton-Effekt: Photon agiert mit einem Elektron und wird abgelenkt, enthält eine niedrige Wellenlänge
  17. Schwächungseffekte
    Zeichnung Seite 4 ZF

    -Röntgenstrahlen können nie vollständig abgeschirmt werden, nur Schwächung ist möglich

    N = N0*e^(-μ*dx)

    N0 = Anzahl der Röntgenquanten vor Strecke dx

    N = Anzahl Röntgenquanten nach Strecke dx

    μ = Schwächungskoeffizient[cm^-1]

    Schwächung μ = τ + σ

    • τ: Absorption -> Beeinflusst Bildgebung
    • σ: Compton-Effekt und Streuung ->Beeinflusst Bildstörung

    "μ steigt mit zunehmender Dichte und zunehmender Atommasse"
  18. Schwächung für Röntgenstrahlen in Luft
    Seite 5 auf ZF
  19. Wirken alle Materialien gleich?
    Seite 5 in ZF

    "Schwere Elemente absorbieren mehr bei gleicher Spannung"
  20. Strahlendosis-Einheiten
    -Gray[J/kg]: "physikalische Größe"

    -Sievert[J/kg]: "physiologische, bewertete Größe"-Wie schädlich ist die Röntgenstrhlung? Welche Schädigung bei welcher Energie?
  21. Strahlendosen
    • ≤ 0,5 : Schwächung des Immunsystems
    • ≤ 1: Veränderung des Blutbildes,Hautrötung
    • ≤ 2: Knochenmark, schlechtes Allgemeinbefinden, Sterblichkeit bei 20%
    • ≤ 4: Sterblichkeit bei 50 %
    • ≤ 6: Geringe Überlebensrate
    • > 7: 100% Sterblichkeit
    • > 10: Zusätzliche Schädigung des Zentralnervensystems
    • >100: Schneller Tod durch Ausfall des Zentralnervensystems
  22. Informationsgewinn aus Schwächung
    -Nenne auch Nachteil
    • -In Realität treten Streuungen auf
    • -Verbesserung der Bildqualität durch Raster:
    • -Festes Raster ergibt ein Abbild der Rasterstege
    • -Deswegen wird das Raster während der Aufnahme bewegt, um die Abbildung der Rasterstege zu verwischen(Katapultraster)

    • Nachteil:
    • -Höhere Dosis erforderlich, da Strahlen vom Raster absorbiert werden
    • -Genauer Rasterwinkel erforderlich, sonst Fehler
  23. Technologie Rasterherstellung-Anforderungen
    • -Schachtverhältnis:
    • r = h/D

    • -Typische Werte:
    • d~0,07mm, D~0,18mm, h~1,4mm
    • 4 bis 7 LP/mm

    • -Material:
    • Blei/Kunststoff, Blei/Aluminium

    -Spezielle Anfertigung für Film-Fokus-Abstand

    -Bewertungszahlen: Transparenz, Streustrahlentransparenz
  24. Möglichkeit zur Verbesserung der Bildqualität...
    ...durch Schlitztechnik
  25. Zusammenfassung: Maßnahmen gegen Streuung
    Raster: meist verwendet, sehr wirksam, teure Herstellung, Dosiserhöhung

    Schlitz: keine Dosiserhöhung, leicht verwackelt, teure Herstellung, Röhrenbelastung

    Abstand Patient-Folie: Keine Dosiserhöhung, Verzerrungen, Vergrößerung, dunkleres Bild

    Kompression: Dosisersparnis, immer anwenden wenn möglich, nicht ins Gerät integrierbar

    Einblenden: Dosisersparnis, kleiner Bildausschnitt
  26. Crossover-Effekt
  27. Film-Folienkombination
    Bild auf Seite 7 in ZF

    • Funktionsweise:
    • -Röntgenquanten erzeugen Kristallisationskeime in Silberschicht eines Films
    • -Problem: Nur etwa 1-2% der Röntgenquanten bleiben im Film "stecken" und führen so zu einer Schwärzung

    • -> Lösung: Nutzung von Verstärkerfolien mit Leuchtsubstanzen vor und hinter dem Film
    • -> Erhöhen die Absorption von Quanten
    • -> Die in den Verstärkerfolien absorbierten Quanten erzeugen Fluoreszenz und belichten den Film zusätzlich(Umwandlung der Röntgen in Licht)

    -Verwendete Substanzen:
  28. Detektion von Röntgenstrahlen-Physikalische Effekte und ihre Anwendungen
    -Keimzellenbildung in Silberschicht(Film)

    • -Anregung von Leuchtstoffen:
    • -Film-Folien-Kombination(Röntgen)
    • -Digitale Speicherfolien(Röntgen)
    • -Röntgenbildverstärker(Röntgen-Durchleuchtung)
    • -Digitale Detektoren

    • -Ionisation:
    • -Edelgasdetektoren: Computertomographie, Belichtungsmessung
  29. Digitale Speicherfolie mit Spektren
  30. Zusammenhang zwischen Fokus der Röntgenröhre und der Bildschärfe
  31. Ortsauflösung
  32. Typische Ortsauflösungen
  33. Kontrast-Wodurch wird er bestimmt?
  34. Rauschen
  35. Kriterien für eine hohe Bildqualität
  36. Gefahren durch Röntgenstrahlen
  37. Anwendungsgebiete
  38. Aufbau einer digitalen Speicherfolie und Bildabtaster
  39. Röntgenbildverstärker
  40. Digitale Flachbild-Detektoren
  41. Vergleich analoge und digitale Systeme
  42. Anmerkungen zur Auflösung
  43. "Wirkungsgrad des Detektors"
  44. Ersparnis durch digitale Flachbild-Detektoren
  45. Zusammenfassung Lumineszenz
  46. Bildqualität
Author:
yjp
ID:
315006
Card Set:
Kap 01: Röntgen
Updated:
2016-02-11 21:17:50
Tags:
biology
Folders:

Description:
biomed
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