Bildgebung mit Röntgenstrahlen - Epileptologie · Projektions-Radiographie Computer-Tomographie (Bildernachweis: Dössel, 2000; Morneburg, 1995; Kalender, 2000; Siemens, Philips,

Bildgebung mit Röntgenstrahlen


Inhalt:

- geschichtlicher Überblick

- physikalische Grundlagen der Röntgenstrahlung

- Erzeugung von Röntgenstrahlung

- Wechselwirkung mit Materie

- Detektoren

- Bildgebung mit Röntgenstrahlung

Projektions-Radiographie

Computer-Tomographie

(Bildernachweis: Dössel, 2000; Morneburg, 1995; Kalender, 2000; Siemens, Philips, Internet)

Prinzip

- aktiver Abbildungsvorgang durch Zuführung von Energie

- unterschiedliche Schwächungvon Röntgenstrahlen in den Geweben des Körper


Historie

1895 Wilhelm Conrad Röntgen (27.3.1845 - 10.2.1923)Entdeckung der Röntgenstrahlen am 8. November 1895Aufnahme der Hand von Frau Röntgen am 22. Dezember 1895

1901 Nobel-Preis für Physik an Röntgen

1912 Nachweis als e.m.-Welle durch Streuexperimenteam Kristall (Friedrich, Knipping, von Laue)

1917 Johann Radon: Radon-Transformation als mathematisches Prinzip für Röntgen-CT(Über die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte

längs gewisser Mannigfaltigkeiten. Ber. vor Sächs. Akad. Wiss., 69, 262)

Coolidge: Röntgen-Röhre mit Hochvakuum


„Und läßt man der Phantasie weiter die Zügel schießen, stellt man sich vor, dass es gelingen würde, die neue Methode des photo-graphischen Prozesses mit Hilfe von Strahlen aus den Crookeschen Röhren so zu vervollkommnen, dass nur eine Partie der Weichteiledes menschlichen Körpers durchsichtig bleibt, eine tiefer liegende Schicht aber auf der Platte fixiert werden kann, so wäre ein unschätz-barer Behelf für die Diagnose zahlloser anderer Krankheitsgruppen als die Knochen gewonnen.“

Anonym, Frankfurter Zeitung, 7. Januar 1896

(zitiert in: W. Kalender Computertomographie, Publicis MCD Verlag, 2000)



Frühe Anwendungen der Röntgenstrahlen (ab 1896)






Frühe Röntgentechnik


Historisches Laue-Experiment


Historisches Laue-Experiment

1938 Gabriel Frank: Verfahren zur Erstellung von Körperschnitt-bildern mittels Röntgen-Strahlen (Deutsche Patentschrift 1940)

1957/58 S.I. Tetel‘Baum, B.I. KorenblyumBau eines der ersten CT-Scanner am Politechnischen Institut, Kiev,Russland

1961 William D. OldendorfErste Labor-Röntgen-CT-Bilder eines Kopf-Phantoms(Idee: ortsfester Detektor; rotierende Probe)

1963/64 A.M. CormackErste Darstellung der Röntgenschichtaufnahmemethode (~CT)(Representation of a function by its line integrals, with some radiological

applications. J Appl Phys, 34, 2722, 1963)


1967 Godfrey N. Hounsfield (Ing.)EMI Lab., England; Beginn der ComputertomographieM.M. Ter-Pergossian: Die physikalischen Aspekte derdiagnostischen Radiologie

1971/72 G.N. Hounsfield, J. Ambrose, J. Perryerstes klinisches CT

1973 Transversale/Axiale CT

1979 A.M. Cormack u. G.N. Hounsfield: Nobelpreis für Physiologie und Medizin

1980 Digitale Radiographie

2000 ca. 30.000 CT-Installationen weltweit


Grundlagen Elektromagnetischer Wellen - Röntgenstrahlung:

Licht:

Teilcheneigenschaften(Photonen, Lichtquanten)

E = h . f [E] = 1eVh = 4.136.10-21 MeV sc = 2.997.10-8 m s-1

Welleneigenschaftene.m. Wellen(züge) der (mittleren) Frequenz f bzw. Wellenlänge λ

c = λ . f



Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung:λ = 3 . 10-8 m - 3 . 10-14 m⇔f = 1016 Hz - 1022 Hz= 105 GHz - 1013 GHz

Photonenenergiebereich derRöntgenstrahlung:E ≈ 42 eV - 41.36 MeV




Biologische Wirkung ionisierender Strahlung:




Ionisation von Wasser(ca. 80% der Ionisationen)

direkte Treffer auf Enzymeu. Chromosomen

direkte Treffer auf DNS

ZellgifteRadikale(z.B. Wasser-stoffperoxid)

Schädender

„Zellbiologie“

Schädender DNS

Zellrestitution(99.9% bei kleiner Dosis)

Zelltod

Mutationen v.Erbanlagen

KrebsInaktivierung v.Zellen/Organe





Natürliche Strahlenexposition:

kosmische Strahlung 0.3 mSv/aterrestrische Strahlung 0.5 mSv/a

im freien 0.43 mSv/aim Haus 0.57 mSv/a

inkorporierte radioaktive Stoffe 0.3 mSv/aInhalation von Radon-Folgeprodukten 1.3 mSv/a



Künstliche Strahlenexposition:

Anwendung in Medizin 1.4 mSv/aRöntgendiagnostik 1.30 mSv/aNuklearmedizin 0.07 mSv/aStrahlentherapie 0.03 mSv/a

Fallout von A-Bombenversuchen 0.01 mSv/aGebrauchsgüter, Forschung 0.03 mSv/a

techn. Strahlenquellen 0.01 mSv/aIndustrieprodukte 0.01 mSv/aStörstrahler (Fernseher) 0.01 mSv/a

Beruflich bedingte Exposition 0.01 mSv/afriedliche Nutzung Kernenergie 0.01 mSv/a

Gesamtdosis (natürlich+künstlich) 1 - 4 mSv/a



Strahlenschäden

- deterministisch: Schwere eines Schadens steigt mit derDosis ab einer gewissen Schwelle

- stochastisch: Wahrscheinlichkeit für Schaden steigt mitmit der Dosis, keine Schwelle

somatisch: betreffen den bestrahlten Menschenz.B. Funktionsstörung von Organen

genetisch: rezessive Mutationentreten erst in späteren Generationen auf(zwei mutierte Gene treffen aufeinanderund Akkumulation in Bevölkerung)

Grundgrößen und Einheiten der Dosimetrie:


Energiedosis

dmdW

D ==Masse

Energieeabsorbiert

Einheit Gy: Gray 1Gy = 1J/kg

Früher rd: Rad 1 rd = 0.01 Gy

Energiedosisleistung dtdD

D ==Zeit

isEnergiedos&

Einheit Gy/sec(oder /min, /h, /d, /a)

Früher rd/sec



Ionendosis

dmdQ

J ==Masse

geLadungsmengebildete

Einheit C/kg = As/kg

Früher R: Röntgen 1 R = 2.58.10-4 C/kg

Ionendosisleistung dtdJ

J =&

Einheit: A/kg



Äquivalentdosis faktorBewertungshängigerstrahlenab=

⋅=q

DqH

Einheit Sv = Sievert 1 Sv = 1J/kg

Früher: rem 1 rem = 10 mSv

Äquivalentdosisleistung dt

dHH =& Einheit: Sv/sec (oder /min, /h /d /a)

Strahlungsform q

Rö.- und Gammastrahlen 1Betastrahlen 1Alphastrahlen 20Neutronenstrahlen 10

Mikroskopische Verteilung der deponierten Energie verschiedener Strahlenarten:


Typische Dosiswerte in der Röntgendiagnostik:


Strahlenschutz:


Allgemein gilt:

- Vermeidung unnötiger Exposition mit ionisierender Strahlung

- falls nicht vermeidbar: ALARA (As Low As Reasonably Achievable)

- Informationspflicht

Dosis nimmt mit Quadrat des Abstandes ab D ~ 1/A2

Dosis wächst proportional mit Expositionszeit D ~ texp

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