röntgenstrahlung in medizinischer anwendung. inhalt betriebsarten zur medizinischen anwendung...
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Röntgenstrahlung in
medizinischer Anwendung
Inhalt
Betriebsarten zur medizinischen Anwendung • Durchleuchtung• Mammographie
Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung in der Medizin
• Drehanode aus Wolfram– Betrieb bei 60-120 kV, 10 mA, 8 ms Belichtung für
dünne Patienten– Das Maximum der Bremsstrahlung liegt bei etwa
50% der Anregungsspannung• Röhrenfenster ist ein 2,5 mm starkes Al Filter, absorbiert
die langwellige Strahlung E<20keV, dennStrahlung mit Energie unter 20 keV wird in organischem
Material -praktisch ausschließlich durch Photoeffekt- – stark absorbiert– ionisiert die Atome und kann Bindungen ändern
(Auslöser für Mutationen) – trägt – wegen der hohen Absorption – nicht zur
Durchleuchtung bei• Ausnahme: Mammographie-Röhren
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0,1 1 10 100 1000 1.000.000
Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Röntgenstrahlung bei Durchleuchtung
Photoeffekt
Kohärente Streuung
Compton-Effekt
Paarbildung
Röntgen mit 100 kV
Filter: 2,5 mm Al
Wolfram Anode, Anregung mit 100 kV, 2,5 mm Al Fenster als Filter
Speziell: Mammographie
• Spannung: 25-35 kV, Molybdän (Z=42) oder Rhodium (Z=45) Anode, ohne 2,5 mm Aluminium, aber mit „Kantenfilter“, das langwellige Anteile unterhalb von 18 kV absorbiert
• Ziel: Mit weicher Strahlung Unterschiede in der Art des Gewebes lokalisieren – Strahlung mit Energie unter 20 keV wird in
organischem Material praktisch ausschließlich durch Photoeffekt stark absorbiert und
– zeigt Materialunterschiede, denn der Anteil Photoeffekts an der Absorption steigt mit Z4
– Die mittlere Kernladungszahl im Organismus ist Z=7
Mit diesem Verfahren werden Mikrokalke erkannt, die in einigen Tumoren erscheinen
Anteile zum Streuquerschnitt von Röntgenstrahlen
1/m2 Kohärente Streuung
1/m2 Photoeffekt
1/m2 Compton Effekt
1/m2 Paarbildung
)/( 25,2 WAZKoh
)/( 34 WAZPhoto
)/( 2/1WAZCompton
))log(/(2 WAZPaar
Z 1 Kernladungszahl
1 Joule Energie des Photons
A 1 m2 Bestrahlte Fläche
hW
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1
0,1 1 10 100 1000 1.000.000
Photoeffekt
Kohärente Streuung
Compton-Effekt
Paarbildung
Röntgen mit 30 kV
Filter bei 17
keV
Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Röntgenstrahlung bei der Mammographie
Der hohe Anteil des Photoeffekts an der Absorption zeigt Calzium- (Z=20) Einlagerungen im von Kohlenstoff (Z=6) dominierten Gewebe
Absorption von 2,5 (3,0) mm Aluminium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung
5 10 15 20 250,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
3 mm Al 2,5 mm Al
Abs
orpt
ion:
I/I
0
Energie der Strahlung [keV]
Menschen-äquivalente Röntgen Absorber: 25 mm Al entsprechen einem dünnen Patienten (17, 22, 26 cm Bauchdurchmesser für Patientendicken-Klassen)
Mittlere Eindringtiefen als Funktion der Energie (Wasser)
Die Absorption im menschlichen Körper entspricht –angenähert- der des Wassers
Ein-dring-tiefe in Luft <1
m
Betrieb mit 120 kV
10 50 100
Strahlenbelastung
• Strahlenbelastung 1-10 Mikrogray für eine Aufnahme ( 1000 Mikrogray = 1 Milligray pro Jahr entspricht der natürlichen Strahlenbelastung)
Weitere abbildende Verfahren in der Medizin
• NMR für Funktionsanalysen, Tumorsuche bei Mammographie
• PET 511 keV (Positronen Vernichtung bei Rekombination)– Auflösung im cm Bereich, Computer Tomographie
mm
Zusammenfassung
Medizinisches Röntgen unterscheidet zwei Betriebsarten:
• Durchleuchtung des ganzen Körpers:– Wolfram Anode mit 2,5 mm Al-Filter – Betriebsspannung 60-120 kV– Weiche Anteile werden vom 2,5 mm Al Filter
absorbiert• Mammographie:
– Rhodium oder Mo Anode mit „Kantenfilter“ bei 18 kV
– Betriebsspannung 30 kV– Schmales Band mit weicher Strahlung ist
erwünscht, um durch den Photoeffekt ( ~Z4/W3) kleine Unterschiede im Aufbau des Gewebes zu zeigen
finis
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0,1 1 10 100 1000 1.000.000
Röntgen mit 100 kV
Filter: 2,5
mm Al
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1
0,1 1 10 100 1000 1.000.000
Röntgen mit 30 kV
Filter bei 17
keV