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Grundlagen von diagnostischen Röntgenstrahlen

Physikalische Grundlagen von Röntgenstrahlen

Entstehung von Röntgenstrahlen:

in der Röntgenröhre werden von der Kathode durch den glühelektrischen Effekt Elektronen freigesetzt und durch eine hohe Spannung (70 000–130 000 V) auf die Anode beschleunigt. Wenn die beschleunigten Elektronen an der Anode abgebremst werden, entsteht zum größten Teil Wärme, ein Bruchteil der Energie wird in Form von Röntgenstrahlung freigesetzt. Je höher die Röntgenröhrenspannung, desto höher die Energie der Röntgenstrahlung. Hochenergetische Röntgenstrahlung wird als harte Strahlung (70–130 kV), niederenergetische Röntgenstrahlung als weiche Strahlung (unter 60 kV) bezeichnet.

Eigenschaften der Röntgenstrahlung:

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit folgenden physikalischen Eigenschaften:

Absorption:

Röntgenstrahlen haben die Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen. Dabei wird die Röntgenstrahlung gewebeabhängig durch Absorption (und Streuung) abgeschwächt. Die Absorption wächst

• mit der Dicke des durchstrahlten Gewebes.
• mit der Dichte des durchstrahlten Gewebes.
• sehr stark (3. Potenz) mit der Ordnungszahl des durchstrahlten Stoffes.
• Je weicher die Röntgenstrahlung ist, desto stärker ist die Abschwächung im menschlichen Gewebe.

Photographischer Effekt:

Röntgenstrahlung schwärzt dosisabhängig Filmmaterial.

Lumineszenzeffekt:

Bestimmte Stoffe werden durch Röntgenstrahlung zur Freisetzung von Licht stimuliert (Fluoreszenz).

Ionisationseffekt:

Biologischer Effekt:

Molekülanregungen (Ionisation) und Zerstörung von Molekülverbindungen führen zu Veränderungen in lebenden Organismen.

Grundlagen der radiologischen Bildgebung

Streustrahlenraster:

Das Streustrahlenraster zwischen Patient und Bildverarbeitung verhindert die Belichtung durch quer einfallende Röntgenstrahlung (Streustrahlung), die im Patienten selbst entsteht. Das Streustrahlenraster besteht aus parallelen Bleilamellen, die während der Aufnahme bewegt werden und so auf dem Film nicht sichtbar sind.

Röntgenverstärkerfolie:

Die Schwärzung der Röntgenfilme entsteht zu einem geringen Teil durch die Röntgenstrahlung selbst, hauptsächlich aber durch die Fluoreszenz der Verstärkerfolie. Durch den Einsatz von Verstärkerfolien kann die Dosis bei Röntgenaufnahmen deutlich reduziert werden.

Digitales Röntgen:

Digitales Röntgen wird durch Speicherfolien oder Flachbilddetektoren (direkte Bilderfassung) ermöglicht. Bei Speicherfolien werden dosisabhängig durch Röntgenstrahlung Atome angeregt, welche nach Bestrahlung mit einem Laser Lichtenergie freisetzen. Diese Lichtenergie wird elektronisch gespeichert und weiterverarbeitet. Das Röntgenbild kann entweder auf Papier oder Film ausgedruckt werden, alternativ wird digital gespeichert. Die Vorteile des digitalen Röntgen liegen in der Wiederverwendbarkeit, einer sehr hohen Dynamik und der Möglichkeit der elektronischen Korrektur von Fehlbelichtungen. Zusätzlich wird die zeitraubende und aufwendige chemische Entwicklung von Filmen eliminiert.

Bildverstärker:

Bewegte Röntgenbilder in Echtzeitdarstellung gelingen mit einer Bildverstärkerkette. Nachdem die Röntgenstrahlen das Gewebe durchdrungen haben, treffen sie auf einen Eingangsleuchtschirm (Lumineszenzeffekt). Das erzeugte schwache Bild trifft auf eine Photokathode, wo Elektronen freigesetzt werden. Diese werden, ähnlich wie bei einer Röntgenröhre, in einem Hochspannungsfeld beschleunigt und erzeugen durch Fluoreszenz wieder ein sichtbares, nun verstärktes Bild auf dem Sekundärleuchtschirm. Dieses Bild wird von einer Fernsehkamera aufgenommen und auf einem Monitor dargestellt. Moderne Bildverstärker verwenden zur Bildaufnahme digitale Röntgendetektoren. Die Bildverstärkerkette führt zu einer 1000-fachen Helligkeitssteigerung des Bildsignals vom Eingangsschirm und trägt wesentlich zur Reduzierung der Strahlenbelastung bei.

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Literatur Röntgen

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