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Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und

Sonographie

Streustrahlen

PD Dr. Frank Zöllner

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 120 I Datum

Streustrahlung� Bilden einen “Nebel”

� Nicht nur bei derErzeugung von Röntgenstrahlen, sondern auch überallbei der Aufnahme

� Abnahme des Kontrastes

� Reduzierung des Signal-Rausch Verhältnisses von Objektdetails

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 121 I Datum

large scattered radiation fraction, strong „scattered radiation fog“, 75 kV,

without raster

small scattered radiation fraction, 75 kV,raster with shaft ratio 8

Streustrahlenreduktion: Beispiel

Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 122 I Datum

Anteil an Streustrahlung bis zu 85% → Reduzierung nötig !

Streustrahlung: Lösung I

1. Abstand : � Erhöhung des Abstandes zwischen Objekt und Detektor� Streustrahlen treffen nicht den Detektor� aber: weniger Intensität→ höhere Dosis, geometrische

Problem

2. Blende vor und nach dem Objekt: � Streustrahlen werden abgeschirmt� Reduzierung der Extrafokal-

strahlung

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 123 I Datum

Streustrahlung: Lösungen II

3. Filter:� Homogene Filter zwischen Patient und

Detektor� große Distanz und Absorption von

Niedrigenergiestrahlung� Ausgleich von Strahlungsinhomogenitäten

4. Raster:� Wände mit wechselnden dünnen Bleifolien

und durchlassendem Material� Raster werden so montiert dass:

� nicht streuende Strahlung wird durchgelassen� Streustrahlen werden durch Bleifolien absorbiert

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 124 I Datum

typ. Werte: d = 0,07 mm, D = 0,18 mm, h = 1,4 mm

zwischen 40 and 75 Linien/cm

Lammellenraster

Dössel. “Bildgebende Verfahren in der Medizin” 2000

FokuspunktF

f0

f0 Fokusabstand

StreustrahlenrasterFokusraster Nicht fokussierende Raster

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 125 I Datum

r Schaftverhältnis (L/D)d Lamellendicke

raster A: r = 12, d = 0,07 mmraster B: r = 12, d < 0,07 mmraster C: r = 8, d = 0,07 mm

Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995

Selektivität

Tp PrimärstrahlendurchlässigkeitTs Streustrahlendurchlässigkeit

(effektives Raster: S = 10 (bei 75 kV))

Rasterselektivität

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 126 I Datum

Beispiele

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Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und

Sonographie

Digitale Bilder

PD Dr. Frank Zöllner

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 128 I Datum

Einschub: Digitale Bilder

Aufgebaut aus Pixel (pictureelements)Jedes Pixel hat einen Wert� Schwarzweißbild: 0 / 1� Grauwertbild: 0 – 256 (8 bit

codiert)� Farbbild: 3 Werte (RGB) pro

Pixel

Größe eines Bildes: Anzahl Spalten und Zeilen Auflösung ggb. Bildaufnahme

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 129 I Datum

Beispiele

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 130 I Datum

Beispiele

Courtesy: Henning and Markl, Dept. Of Diagnostic Radiology, Univ. Freiburg

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 131 I Datum

Verarbeitungsmethoden

� Mathematische Operationen

� Filtern, Glätten

� Segmentierung

� Bildanalyse

� Klassifikation

Ziele:� Bildverbesserung� Objekte vermessen� Automatisierung� Objekte identifizieren

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 132 I Datum

Digitale Bildverarbeitung: Beispiel

Originalbild Verrauscht 3x3 Medianfilterhttp://de.wikipedia.org/wiki/Bildverarbeitung

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 133 I Datum

Digitale Bilder in der Radiologie

� Aufnahme (Modalitäten)

� PACS (picturearchiving and communicationsystem)

� Befundungsstation

� Ausgabe (CD, Drucker)

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 134 I Datum

Kommunikation von Bilddaten - DICOM

Digital Imaging and Communication in MedicineStandardisierung der� Speicherung der Daten� Kommunikationsprotokoll

zum Austausch

Offener Standard, NEMA

DICOM-Standard definierten Serviceklassen:VerifyStoreQuery/RetrieveProcedure Step (Notification)Print ManagementMedia Storage ManagementStorage CommitmentWorklist ManagementPresentation State StorageStructured Reporting StorageHanging Protocols StorageHanging Protocols Query/RetrieveSubstance Administration Query

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 135 I Datum

DICOM - Beispiel

# Dicom-Meta-Information-Header

# Used TransferSyntax: Little Endian Explicit

(0002,0000) UL 180 # 4, 1 FileMetaInformationGroupLength

(0002,0001) OB 00\01 # 2, 1 FileMetaInformationVersion

[….]

(0002,0016) AE [CKMPACS] # 8, 1 SourceApplicationEntityTitle

[…]

# Dicom-Data-Set

(0008,0008) CS [ORIGINAL\PRIMARY\M\ND\NORM] # 26, 5 ImageType

(0008,0012) DA [20100222] # 8, 1 InstanceCreationDate

(0008,0013) TM [170939.843000] # 14, 1 InstanceCreationTime

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 136 I Datum

Zusammenfassung

� Digitale Bilder ermöglichen einfachereWeiterverarbeitung

� Automatisierung

� Extraktion von physiologischen Parametern

� PACS Systeme sind Backend für digitalisierte Radiologie

� DICOM Standard zur einheitlichen Speicherung und Kommunikation von Bild-/ Medizindaten

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Physikalische Grundlagen derRöntgentechnik und Sonographie

Bildverstärker

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 138 I Datum

Röntgen Bildverstärker

In der Röntgentechnik werden zunehmend auch Echtzeitbilder benötig

� Angiographieanlagen

� Interventionelle Radiologie

� Kardiologie

Kann mit einfacher (klassischer) Filmtechnik nicht erreicht werden !

CCD Chips können zwar Echtzeitbilder aufnehmen, aber Dosis!

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 139 I Datum

RöntgenbildverstärkerPrinzip

� Eingangschirm (Photokathode in Vakuumröhre) erzeugt ein an elektronisches Relief ähnlich der Röntgenstrahlenverteilung

� Elektronen werden beschleunigt und foussiert auf einen Ausgangschirm

� umgekehrtes und reduziertes Bild mit 100 bis 1000 facher Intensität wirderzeugt

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 140 I Datum

Röntgenbildverstärker

Eingangsschirm

(1) aluminum calotte(2) Na-activated CsI(3) Photo cathode (Cs-Sb)

Ausgangsschirm

(4) Al-layer(5) fluorescence layer

(ZnS, CdS, Ag)(6) fiber optics plate (7) electrodes for electron

optics

Roche Lexicon Medicine, 4. Edition © Urban & Fischer Verlag, München 1999

Aufbau Röntgenbildverstärker

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 141 I Datum

Dössel. “Bildgebende Verfahren in der Medizin” 2000

Verteilung des Elektronenpotenzials

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 142 I Datum

1. Linear Reduktion des Elektronenbildes um 1:10ergibt Flächenreduction von 1:100

Lichtdichte ist um selben Faktor erhöht !

2. beschleunigte Photoelektronen können mehr Photonen erzeugen, aufgrund höherer Energie

Erhöhung der Helligkeit um Faktor 1000:

Erhöhte Konturschärfe,erhöhter Kontrast ähnlich dem menschl. Auge

Verstärkung der Lichtintensität

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 143 I Datum

classical RII made of glass. Notice the glass cover, the electrode system made of steel,

the primary screen at the upper part, and the secondary screen at the lower part

Electromedica 70 (2002) issue 1

RII with ceramic technology

RII with enamel technology

Bildverstärkerröhren: Beispiele

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 144 I Datum

Massenabschwächung: ZnCdS, CsI

Dössel. “Bildgebende Verfahren in der Medizin” 2000

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 145 I Datum

3-Kanal Röntgendiagnostikanalge

� Strahlenteilender Spiegel

� positioniert im parallelen Strahlengang

� simultane Beobachtung am Fernsehschirm, im cinema- oder Einzelbild-Modus

Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 147 I Datum

Vorteile: Nachteile:

Digitale Untersuchungsmethoden

� reduzierte Exposition von Strahlung

� schnelle Ergebnisse (keineEntwicklungszeit)

� Weiterverarbeitung möglich(zoom, contrast enhancement, filter, etc.)

� Archivierung (PACS/RIS -Systeme)

� schnelle Weiterleitung (online, E-mail)

� umweldfreundlich (keineChemikalien)

� hohe Anschaffungskosten (!)

� leichte Manipulation (!)

� hochentwicklete Technik

� “ungewohnte” Röntgenbilder