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

106

103

1

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

106

103

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

106

103

1

0,1 1 10 100 1000 1.000.000

Röntgen mit 100 kV

Filter: 2,5

mm Al

106

103

1

0,1 1 10 100 1000 1.000.000

Röntgen mit 30 kV

Filter bei 17

keV