? Strahlenwirkung und Strahlenschutz ?

Fragen und Antworten => Anwendung in der Madizin => Frage und Antwort
 
  Frage:
Wie entsteht ein Röntgenbild ?


Kurzantwort

Die unterschiedliche Schwächung der Röntgenstrahlen im Körper wird bestimmt durch die Art des durchdringenden Gewebes (Zusammensetzung der Atome, Dichte, Dicke) und durch die Energie der Röntgenstrahlung (Röhrenspannung, Filterung). Dadurch kommt ein Bild mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften zustande, das Röntgenbild. Durch dichtes (beispielsweise Knochen) und dickes Gewebe werden Röntgenstrahlen mehr geschwächt als durch lockeres (beispielsweise Lunge) und dünnes Gewebe. Dadurch werden auf dem Röntgenbild Knochen und Metalle als helle und Lun-gen als dunkle Objekte abgebildet.

Illustration





Röntgenbild eines gebrochenen Unterarms mit Marknagel (Metall) in der Elle. Die Knochen sowie deren Überlage-rungen (beim Ellbogen) sind gut sichtbar. Thorax-Röntgenaufnahme. Das Lun-gengewebe unterscheidet sich klar vom Weichteilgewebe und von den Knochenstrukturen.

Erklärung

Die Energieverteilung der in einer Röntgenröhre erzeugten Strahlung wird vorerst durch die Filterung verändert, indem vor allem die energiearmen Anteile reduziert werden. Dadurch wird insbesondere im oberflächlich gelegenen Gewebe im Körper weniger Strahlung absorbiert und dadurch eine Schonung erreicht. Diese Strahlung könnte den Körper aufgrund der niederen Energie sowieso nicht durchdrin-gen und damit auch nichts zur Bildgebung beitragen. Beim Durchgang durch das Gewebe des Patien-ten wird die Röntgenstrahlung geschwächt infolge Absorption und Streuung. Diese Wechselwirkungen finden zwischen einem Röntgenstrahl und einzelnen Atomen statt. Die dafür verantwortlichen Effekte heissen klassische Streuung (Streuung), Photo-Effekt (Absorption) und Compton-Effekt (Absorption und Streuung). Bei der Streuung ändert der Röntgenstrahl seine ursprüngliche Richtung und verur-sacht dadurch Probleme für den Strahlenschutz und die Bildqualität.

Die Anzahl und die Art der Wechselwirkungseffekte ist abhängig von der Art der Atome im Körper, von der Dichte und der Dicke der Materie. Die Schwächung der Röntgenstrahlung im Körper wird somit durch die Gewebeart (Weichteilgewebe, Lungen, Knochen usw.), deren Dichte und Dicken beeinflusst. Die Intensität der Schwächung ist auch abhängig von der Energie der Röntgenstrahlung. Bei kleineren Energien sind die Transmissionsunterschiede bei dichterem Gewebe (wie Knochen) grösser im Ver-gleich zu höheren Energien. Dadurch wird der Kontrast eines Röntgenbildes grösser. Andererseits durchdringen hochenergetische Röntgenstrahlen das Lungengewebe mehr oder weniger undifferen-ziert, und auf dem Röntgenbild sind Lungenstrukturen kaum zu erkennen.

Das Transmissionsbild stellt das Untersuchungsvolumen als Summationsbild dar; die dreidimensiona-len Strukturen werden zu einem zweidimensionalen Bild überlagert. Zur genauen Bestimmung der Grösse und der Lokalisation eines Objektes sind deshalb im allgemeinen zwei senkrecht zueinander stehende Aufnahmen erforderlich oder eine Computer-Tomographie, bei der ein Schnittbild erzeugt wird.

In der konventionellen Röntgendiagnostik wird das Transmissionsbild mit Hilfe von strahlenempfindli-chen Detektoren dargestellt, einem bildgebenden System. Am meisten verbreitet ist immer noch der Röntgenfilm (analoge Bildgebung) in einer Kassette zwischen zwei lumineszierenden Verstärkerfolien, welche die Röntgenstrahlen in sichtbares blaues oder grünes Licht umwandeln. Der sogenannte Röntgenfilm ist nämlich nicht besonders empfindlich für Röntgenstrahlen, jedoch - wie der Film in kon-ventionellen Fotoapparaten - für sichtbares Licht. Die Filmschwärzung wird zu 95 - 99 % durch dieses umgewandelte Licht erzeugt und nur zu 1 - 5 % direkt durch die Röntgenstrahlen. Verstärkerfolien und Film müssen bezüglich optimaler spektraler Empfindlichkeit aufeinander abgestimmt sein. Ein anderes bildgebendes System besteht aus Festkörper-Platten (Speicherfolien), welche die auftreffen-de Strahlenenergie pixelweise speichern (ähnlich wie Thermolumineszenz-Dosimeter). Die gespei-cherte Information wird dann mittels Laseranregung freigesetzt und in digitaler Form weiterverarbeitet zu dem Röntgenbild. Weitere Bildsysteme messen die Strahlungsintensität ebenfalls pixelweise direkt in digitaler Form, so z.B. bei Flachdetektoren (Chip im Inneren des Detektors mit mehreren Millionen parallel arbeitenden Photodioden, die Röntgenquanten in elektrische Signale umwandeln). Bezüglich geometrischem Auflösungsvermögen ist der Film aufgrund der kleinen lichtempfindlichen Kristallkör-ner unübertroffen. Die digitale Bildgebung besitzt den Vorteil, dass die Bildinformation mit dem Com-puter nachträglich bearbeitet und optimiert werden kann, so z.B. Helligkeits- und Kontrastveränderung, Kantenverstärkung, Vergrösserungen usw. Diese Bilder können elektronisch gespeichert und versandt werden.

Sollen Bewegungsabläufe - z.B. Schluck- oder Darmbewegungen - oder das Einbringen von Implan-taten im Körper sichtbar gemacht werden, so ist die Durchleuchtungsuntersuchung die Methode der Wahl. Das auf die sogenannten Bildverstärkerröhre auftreffende Transmissionsbild wird elektronisch verstärkt, indem die Röntgenstrahlen in Fluoreszenzstrahlen, dann in Elektronen und schliesslich wie-der in sichtbares Licht umgewandelt werden. Das kleine intensitätsstarke Bild wird im allgemeinen direkt auf einem Bildschirm vergrössert dargestellt. Die Lichtintensität steuert durch Rückkoppelung den Strom in der Röntgenröhre, so dass die Dosisleistung dauernd optimiert wird. Heute kommen auch wesentlich kleinere Festkörper-Detektoren (z.B. amorpher Silizium) anstelle der Bildverstärker-röhren zum Einsatz.

Jakob Roth, Basel, Oktober 2005

 

[Home]  [zurück]  []