Post on 07-Feb-2018
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Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und
Sonographie
Dosimetrie
PD Dr. Frank Zöllner
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 149 I Datum
Dosimetrie
Ziel der Dosimetrie ist, die von einer ionisierenden
Strahlung in einem Material erzeugten
Energiedosis zu bestimmen, z.B. in biologischem
Gewebe
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 150 I Datum
Ionisierende Strahlen
Wikipedia: http://www.wikipedia.org/wiki/Ionisierende_Strahlung
direkt ionisierend
indirekt ionisierend
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 151 I Datum
Strahlenquellen
Natürlich:
� Radon (z.B. in Kellern!)� Kalium-40 und Radionuklide
in Baumaterialen� Kohlenstoff-14 (Nahrung,
Luft)� Kosmische Strahlung
(Flugverkehr)� Strahlung der Sonne (UV
Licht, Sonnenwind)
Zivilisatorisch:
� Medizinische Anlagen � Radioaktives Material
(Kernwaffentest, Nuklearunfälle)
� AKWs + Teilchenbeschleuniger (meist Protonen und Neutronen)
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 152 I Datum
Energiedosis
� Energiedosis die durch eine Masse absorbiert wird
� Physikalische Basisgröße,Einheit Gy (J/kg)
� Kann nicht im Körper direkt gemessen werden
� Energiedosis in Dosimetersonde
� Ionisationskammer (Ionisationsdosis)
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 153 I Datum
Kerma
� Kinetic energy released in matter
� Indirekt ionisierende Strahlung, Sekundärteilchen
� Einheit: Gy
� Nur bei indirekt ionisierenden Strahlen
� ungefähr identisch zur Energiedosis
� Nicht relevant bei Dosimetrieam Menschen
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 154 I Datum
Dosisbestimmung
Äquivalentdosis = Energiedosis * Strahlenqualitätsfaktor
Einheit Sv
Energiedosis = Ionendosis * Umrechnungsfaktor
Einheit Gy
Ionendosismeßwert
Einheit C/kg
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 155 I Datum
Dosis und Gewebe
Strahlen haben unterschiedlichen Wirkungsquerschnitt und Reichweite
� für die Vergleichbarkeit Strahlenwichtungsfaktor
Zusätzlich reagieren Gewebeunterschiedlich stark auf Strahlen
� Gewebewichtungsfaktor
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 156 I Datum
Effektive (Äquivalent-) Dosis
� Berücksichtigt Belastung der einzelnen Organe
� Es wurde stochastische Wirkung verschiedener Organe bei Strahlenexposition ermittelt
� wT Bewertungsfaktor
� HT Äquivalentdosis des Organs
� T Indexierung des Organs
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 157 I Datum
Quiz
Welcher effektiven Dosis war ein Mensch bei folgender Strahlenbelastung ausgesetzt?� Haut: 2 mGy , Alphastrahlung� Keimdrüsen: 5 mGy, Gammastrahlung� Schildrüse: 3 mGy Röntgenstrahlung� Leber: 2mGy Gammastrahlung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 158 I Datum
Tabellen
Strahlung Qualtätsfaktor
Alpha 20
Beta 1
Gamma 1
Röntgen 1
Ionen 20
Körperteil Bewertungsfaktor
Keimdrüsen 0,2
Knochenmark 0,12
Leber 0,05
Haut 0,01
Schildrüse 0,05
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 159 I Datum
Lösung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 160 I Datum
Relative biologische Wirksamkeit (RBW)
� Unterscheidung der Strahlen bzgl. Ihrer biologischen Effekte
� Beschaffenheit des Gewebes
� Zeitliche Dosisleistung
� Örtliche Dosisverteilung
� Ionisationsdichte
� Bewertung von Beschädigung der DANN
� Einzelstrangbrüche
� Doppelstrangbrüche
� Berechnung aus Energiedosis einer Referenz Dref zur Dosis einer Strahlung DY
Quelle: http://www.strahlentherapie.ukw.de/fuer-patienten/wie-funktioniert-bestrahlung/strahlenbiologie.html
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 161 I Datum
Beispiele RBW
Röntgenstrahlen: 1000 Einzelstrangbrüche (ESB) pro Zelle und Gray
Alphastrahlen: 250 Einzelstrangbrüche pro Zelle und Gray
RBWα,ESB = 0,25
Röntgenstrahlen: 35 Doppelstrangbrüche (DSB) pro Zelle und Gray
Alphastrahlen: 63 Doppelstrangbrüche pro Zelle und Gray
RBWα,DSB = 1,8
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 162 I Datum
Dosismeßsysteme
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 163 I Datum
Dosismeßung Röntgenanlage
Verschiedene Positionen für die IonisationskammerAbhängig von Aufnahmeobjekt� Hinter Röntgenröhre, z.B.
Dentalaufnahme� Hinter Filmkassette,
gleichbleibende Strahlungsspannung
� Hinter Bildverstärker
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 164 I Datum
Dosismeßung Röntgenanlage (2)
Anordnung für Meßfelder
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 165 I Datum
Dosismessgeräte - Funktion
Geiger-Müller-Zählrohr
� 400 – 600 V
� jedes einfallende ionisierende Teilchen eine selbständigeGasentladung
� Totzeit (ca. 100 ms)
Ionisationskammer
� ab 100 V, alle Elektronen zur Anode
� im Stromkreis messbare Impuls ist damit proportional der Energie, die die Strahlung im Zählrohr abgegeben
� Zwischen Anode und Kathode wird eine Gleichspannung angelegt
� ionisierende Strahlung einfällt, erzeugt sie in der Gasfüllung freie Elektronen
� Zahl der Elektronen proportional der vom einfallenden Teilchen im Gas abgegebenen Energie
� weitere Vorgang hängt wesentlich von der Spannung zwischen Anode und Kathode
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 166 I Datum
Charakteristische Kurve Zählrohre
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 167 I Datum
Zusammenfassung
Dosimetrie� Bestimmung der
Energiedosis im Gewebe
Kann nicht direkt gemessen werden� Messung der Ionendosis
Umrechnungsfaktor f
Äquivalentdosis� Strahlenschutz� Abhängig vom Strahlungstyp
Bewertungsfaktor qEffektive Dosis� Summation der einzelnen
Strahlenexpositionen� Organwichtungsfaktor wT
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Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und
Sonographie
Projektionsgesetze
PD Dr. Frank Zöllner
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 169 I Datum
Projektionsgesetze
Röntgenbildgebung ist eine Projektion� Röntgenstrahlen projezieren
ein Abbild eines Objekts auf eine Fläche
� Strahlen gehen vom Focus (hier Brennfleck) aus
� Strahlenbündel, kegelförmig� Objektebene, zu
durchstrahlendes Objekt� Bildebene, hier Röntgenfilm
Projektionsgesetze beschreiben die Verhältnisse und Strahlengang
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 170 I Datum
Zentralprojektion
Röntgen ist eine Zentralprojektion
� Brennfleck entspricht Projektionszentrum
Typische Anwendungen
� Fotografie
� Architektur
� Kartografie
� Gnomonik (Sonnenuhr)
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 171 I Datum
Focus-Film-Abstand (FfA)
Abstandswert zwischen Focus (F) und Film (f)Gemessen an der Achse des Nutzstrahlbündels
Objekt
Focus
Bild
FfA
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 172 I Datum
Focus-Objekt-Abstand (FOA)
Abstandswert zwischen Focus (F) und Objekt (O)Objekt liegt parallel zur BildebeneGemessen an der Achse des Nutzstrahlbündels
Objekt
Focus
Bild
FOA
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 173 I Datum
Objekt-Film-Abstand (OfA)
Abstandswert zwischen Objekt (O) und Film (f)Differenz von FfA und FOA
Objekt
Focus
Bild
OfA
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 174 I Datum
Übersicht
Objekt
Focus
Bild
OfA
FOAFfA
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 175 I Datum
Strahlensatz
1. Strahlensatz:Werden Strahlenbündel parallel geschnitten, so verhalten sich die Abschnitte auf jedem Strahl gleich
2. Strahlensatz:Werden Strahlenbündel parallel geschnitten, so verhalten sich die Abschnitte auf den Parallelen wie die entsprechenden Scheitelstrecken auf irgendeinem Strahl
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 176 I Datum
Senkrechtstrahl
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 177 I Datum
Zentralstrahl
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 178 I Datum
1. Abbildungsgesetz
Abstandsgesetz:
Parallel zur Bildebene angeordnetes Objekt wird umso mehr vergrößert, je weiter es von der Bildebene entfernt ist.
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 179 I Datum
2. Abbildungsgesetz
Isometriegesetz:
Objekte, die parallel zur Bildebene angeordnet sind erfahren die gleiche Vergrößerung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 180 I Datum
3. Abbildungsgesetz
Parallaxe:
Verschiebt man den Fokuspunkt parallel in einer Ebene, so verschiebt sich das Bild auch in der Bildebene, jedoch entgegengesetzt
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 181 I Datum
4. Grundregel
Verzeichnung:
Die Abbildung von Objekten die schräg zum Zentralstrahl liegen, ändert sich mit ihrer Lage zum Zentralstrahl
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 182 I Datum
Abstandsquadratgesetz
Die Intensität oder Dosis der von einer Strahlenquelle ausgehenden Strahlung verringert sich mit dem Quadrat ihrer Entfernung von der Quelle.
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 183 I Datum
Superposition
Im Strahlengang projizieren sich zwei oder mehrere Details auf die Bildebene.
Können nicht mehr unterschieden werden im Röntgenbild
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 184 I Datum
Hochkanteffekt
Dünne (feine) Details können abgebildet werden, wenn sich ihre längste Ausdehnung im Strahlengang verläuft
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 185 I Datum
Zusammenfassung
� Röntgenaufnahme ist Projektion
� 4 Abbildungsgesetzte
� Strahlensätze beschreiben math. Streckenverhältnisse
� Positionierung des Patienten unter Berücksichtigung der Projektion
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Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und
Sonographie
Bildqualität
PD Dr. Frank Zöllner
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 187 I Datum
Überblick
Bildqualität abhängig von�Bildkontrast�Unschärfe�Rauschen
StrahlenkontrastFilmkontrast
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 188 I Datum
Geometrische Unschärfe
Keine Unschärfe bei punktförmigem FokusAber: Brennfleck nicht punktförmigmit zunehmender Größe der Lichtquelle wachsen sog. HalbschattenBewirkt Unschärfe im Bild
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 189 I Datum
Geometrische Unschärfe (2)
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 190 I Datum
Bewegungsunschärfe
Tritt auf wenn� Patient sich bewegt� Aufnahmesystem sich
bewegt
Nicht nur nachteilig, genutzt um Details überlagerungsfrei abzubilden
Abhilfe:� Fixierung des Patienten� Atemanhalten� Schnelle Belichtungszeiten
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 191 I Datum
Film- und Folienunschärfe
Abhängig von� Größe der Körner� Streueigenschaften der
Schichten� Statistische Verteilung der
Körner in der Schicht
Es kann kein Detail abgebildet werden, dass kleiner als die Körner (Kristalle)Kann zu örtlichen Häufungen kommen, Eindruck eines „körnigen“ Bildes
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 192 I Datum
Rauschen
Quantenrauschen�Statistische Verteilung der auf dem Detektor
auftreffenden Röntgenquanten
Viele lokale Intensitätsänderungen Erscheinung nicht vorhersagbarEnthält keine diagnostische InformationKann Bilddetails überlagern
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 193 I Datum
Zusammenfassung