Röntgen Flashcards
Skizzieren Sie eine Röntgenröhre mit Drehanode und beschriften Sie die Bauteile sowie die angelegten Spannungen, Teilchenströme und Strahlung.
- Angelegte Hochspannung an Kathode
- Weitere angelegte Hochspannung zwischen Drehanode und Kathode
- Drehanode und Kathode befinden sich beide in einer Vakuumröhre
- wandernde Elektronen von Kathode auf drehenden (durch Gleitlager) lampenförmigen Teil der Drehanode -> Entstehung von Röntgenstrahlung
Erklären und skizzieren Sie die Effekte im Atom die zur Erzeugung von Röntgenstrahlung führen, sowie das entstehende Spektrum.
- Beim Auftreffen der Elektronen auf das Anodenmaterial kollidiert der größte Teil mit Elektronen in der Atomhülle des Anodenmaterials. Die
abgegebene Energie wird in Gitterschwingungen, d.h. Wärme umgesetzt.
-> Bremsstrahlung: Ca. 1% der einfallenden Elektronen gelangen in die Nähe des Atomkerns oder kollidieren mit diesem, so dass sie ganz (inelastische Stöße) oder teilweise durch das Coulombfeld der Atomkerne und Hüllenelektronen gebremst werden (= Energieverlust).
Diese Energie wird als Röntgenquant abgestrahlt.
->Charakteristische Röntgenstrahlung: Schlägt das einfallende Elektron ein Elektron aus der Atomhülle, wird der freie Platz unmittelbar durch ein Elektron aus einer äußeren Schale ersetzt - Differenz der
Bindungsenergie wird als elektromagnetische Welle abgestrahlt. Bei Übergängen auf die kernnahen K- und L-Schalen mit hohen Bindungsenergien entstehen Röntgenstrahlen. Die zu den Elektronenschalen gehörenden quantisierten Energiedifferenzen sind
charakteristisch für das Anodenmaterial und sind im
Röntgenspektrum als Linienspektrum zu erkennen (z.B. zur Materialbestimmung verwendbar)
-Das Röntgenspektrum setzt sich aus einer
Überlagerung von Bremsstrahlung und
charakteristischer Strahlung zusammen.
Die spektrale Energieflußdichte (Intensität) J bezeichnet die abgestrahlte Leistung pro Frequenzintervall und Fläche.
Für ungefilterte Bremsstrahlung im Vakuum fällt J linear
mit der Frequenz ab.
-Übersteigt die kinetische Energie der Elektronen (=f(UA)) die Bindungsenergie der kernnahen Elektronenschalen, überlagert charakteristische Strahlung die Bremsstrahlung.
Welcher formelmäßige Zusammenhang besteht zwischen Röhrenspannung und (minimaler) Wellenlänge? Leiten Sie die Formel her und bezeichnen Sie die einzelnen Größen.
E(Photo)= h*v E(Kin)= e*UA c= λ*v
- > v(max)= (e*UA)/h
- > λ(min)= (ch)/(eUA)
- h= Planchsches Wirkungsquantum
- e= Elektronenladung
- UA= Anodenspannung
- v= Frequenz der elektromagnetischen Welle
- λ= Wellenlänge der elektromagnetischen Welle
- c= Lichtgeschwindigkeit
Wie verändert sich das Röntgenspektrum bei Erhöhung der Röhrenspannung. Wie ändert sich das charakteristische Spektrum?
Eine Erhöhung der Röhrenspannung verschiebt das Bremsstrahlungsspektrum zu höheren Frequenzen/ Energien(niedrigere Wellenlänge!) Die Frequenzlage des charakteristischen Spektrums ist hingegen abhängig vom Anodenmaterial und bleibt konstant.
Von welchen Materialeigenschaften wird die Schwächung von Röntgenstrahlung beeinflusst?
- Massendichte ρ
- Dicke
- Ordnungszahl
- Wellenkänge
Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Röntgendosis und Bildrauschen.
- Mit zunehmender (Patienten-)Dosis (Röhrenstrom und Aufnahmezeit) nimmt Bildrauschen ab und Detailerkennbarkeit zu
- > Wesentlicher Faktor: Detektoreffizienz !
Was bedeutet der DQE? Was bewirkt ein höherer DQE bei (1) gleicher Dosis oder (2) gleicher Bildqualität?
- Detection Quantum Efficiency (DQU)
höherer DQE führt zu…
- … höhere Bildqualität bei gleicher Dosis
- … Dosisverringerung bei gleicher Bildqualität
Erklären Sie die Funktionsweise eines fluoroskopischen Bildverstärkers anhand einer
Skizze.
- Generell
- Röntgenstrahler
- Mensch
- Röntgenbildverstärker
- Strahlteilerspiegel
- 100-mm-Kamera und
- Kinokamera
- Videokamera
- Monitor - speziell Röntgenbildverstärker
- Einfallende Röntgenstrahlung
- Eingangsleuchtschirm
- Photokathode (0V)
- Elektroden der Elektronenoptik (mit Anodenspannung am Ende zwischen 25 und 35kV)
- Elektronenbahnen über Kreuz
- Ausgangsleuchtschirm
- Vakuumgefäß
Erklären Sie die Compton Streuung und deren Relevanz für den Strahlenschutz.
Warum ist eine höhere Anodenspannung in der Röntgenröhre für den Strahlenschutz
von Bedeutung?
- Der Compton-Effektbeschreibt die (inkohärente) Streuung eines Röntgenphotons durch Kollision mit einem nur schwach gebundenen Elektron.
- Das Atom wird hierbei ionisiert indem das Elektron aus der Schale herausgeschlagen wird.
- Aufgrund der geringen Bindungsenergie überträgt das Photon nur einen geringen Teil seiner Energie an das Elektron.
- Das gestreute Photon besitzt je nach Streuwinkel nach dem Zusammenstoß jedoch eine niedrigere Energie und damit eine größere Wellenlänge als das einfallende Photon (daher auch „inkohärente“ Streuung) Die Compton-Streuung ist die wesentliche Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie für Photonenenergien zwischen etwa 100 keV und 10 MeV
Welche Einschränkungen ergeben sich beim Röntgen bei der Zentralprojektion?
- keine Abbildung mit Spiegeln und Linsen wie in der Lichtoptik möglich
- Verzerrung
- Überlagerung
Welche Fehlerquellen beeinflussen die Abbildungsqualität beim Projektionsröntgen mit
Bildverstärkersystemen? Welche dieser Fehlerquellen sind gerätespezifisch konstant und welche sind abhängig von externen Faktoren?
- Mechanische Deformation des C-Bogens (gerätespezifisch konstant)
- Kissenverzerrung durch Strahlgeometrie und
gekrümmten Eingangsbildschirm (gerätespezifisch konstant) - Magnetfeldverzerrung (Bildverstärker) (extern, kann mit Hilfe von Flatpaneldetektoren behoben werden)
Beschreiben Sie die Technik der digitalen Subtraktionsangiographie. Was wird dabei
subtrahiert?
Die digitale Subtraktionsangiographie (DSA) ist eine Form der Angiographie, dient also der Untersuchung von Blutgefäßen. Ihr Vorteil gegenüber der sogenannten konventionellen Blattfilmangiographie liegt darin, dass „störende“ Bildaspekte durch die Subtraktion unsichtbar sind. Die DSA ist ein Verfahren der Projektionsradiographie.
Hierbei werden vom zu untersuchenden Körperteil, zum Beispiel dem Gehirn, mehrere zeitlich aufeinander folgende Bilder erstellt. Während der Aufnahmesequenz wird ein Kontrastmittel in Blutgefäße gespritzt. Es resultieren eine Aufnahme ohne Kontrastmittel, auch als Maske bezeichnet, und weitere Aufnahmen mit Kontrastmittelverteilung. Das digitale Maskenbild wird von den nachfolgenden Bildern subtrahiert. Übrig bleiben nur die Teile des Bildes, die sich unterscheiden, also genau die (durchbluteten) Blutgefäße. Durch die Erstellung mehrerer Bilder zu verschiedenen Zeitpunkten, die auf ein Maskenbild folgen, können filmähnliche Bildsequenzen erstellt werden
