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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 69 I Datum

Aufbau der Röntgenapperatur PD Dr. Frank Zöllner

Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D-68167 Mannheim, Germany Frank.Zoellner@MedMa.Uni-Heidelberg.de

Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 70 I Datum

Genereller Aufbau eines Röntgengeräts

! Strahler (Röntgenröhre) ! Generator ! Detektor !  (Digitale Bildaufnahme) ! Peripheriegeräte

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 71 I Datum

Schema einer Röntgenröhre

50 kV

60 V

Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung

Fenster: 2,5 mm Al

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 72 I Datum

Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995

Röntgenröhre (statische Anode)

!  Kathode (“sendet” Elektronen) "  Wolframdraht

"  Elektronenemission nur abhängig von der Temperatur

"  Heizstrom

"  Wehneltzylinder fokussiert Elektronenstrahl

!  Anode (bremst Elektronen) "  Umwandlung in elektr. magn.

Wellen

"  es entsteht Wärme (99%)

"  spezielles Anodenmaterial nötig

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 73 I Datum

Thurn and Bücheler. „Einführung in die diagnostische Radiologie“, Thieme 1992

Röntgenröhre (Drehtelleranode)

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 74 I Datum

Röntgenröhren

Pressler Röhren More modern rotating Anode X-Ray tubes A Siemens and a Nago mid 20th century.

Siemens Kenotron HV X-Ray rectifying tube. 125 KV 1400mA used for X-Ray power supply.

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 75 I Datum

Röntgenröhre – En detail Kathode: ! Heizstromkreis

"  Aufheizung der Kathode (ca. 2000° C)

"  bewirkt Austreten der Elektronen aus dem Metall

! Röhrenstromkreis "  Beschleunigung der Elektronen "  wird vom Heizstromkreis

reguliert

! Wolframdrahtspirale "  entspricht Glühlampenspirale "  sehr belastbar, gute

Leitfähigkeit

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 76 I Datum

Röntgenröhre – En detail (II)

Fokusierungseinrichtung (Wehneltzylinder) ! Austritt der Elektronen an der

Kathode ungerichtet

! Bündelung der Elektronen auf den Brennfleck

!  anlegen zusätzlicher negativer Spannung um den Glühdraht

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 77 I Datum

Schema einer Drehtelleranode 1 Glühkatode, 2 Drehtelleranode

Typische Rotation: 3.000 / min Typische Brennfleck Temperatur: > 2000 °C Anodenmaterial: Wolframlegierungen Bei Mammographie: Molybdän

Drehtelleranode: 1 Kathode, 2 Elektronenstrahl, 3 -5 Brennflecken, 6 Anodenteller

Drehteller Anode

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 78 I Datum

Röntgenröhre mit Drehtelleranode

Zur besseren der Wärme

wird die Anode während der Strahlungsemission gedreht

60 kV 2,5 mm Al

Filter

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 79 I Datum

Anodenmaterial

Qualitätskriterien:

! Wirkungsgrad der Strahlenausbeute

! Maximal spezifische Belastung

! Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 80 I Datum

Drehteller Anoden

a)  2 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium-Legierung und Molybdän

b)  2 Schichtverbundanode: Wolfram-rhenium-Legierung und dicke Molybdän Schicht

c)  3 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium, Molybdän, Graphit

d)  3 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium, Wolfram, Molybdän-Zirkonium-Titan

e)  2 Schichtverbundanode: entspannter Anodenteller, Wolfram-Rhenium und Molydbän

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 81 I Datum

Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995

Brennfleck

Elektronischer Brennfleck: Schnittfläche des Elektronenstrahls mit der Anodenoberfläche Fokus: Zentrum (der Fläche) des elektronischen Brennflecks Thermische Brennfleck: Fläche der Anode, die vom Elektronenstrahl getroffen wird Optischer Brennfleck: rechtwincklige Projektion des elektronischen Brennflecks auf einezum Zentrahlstrahl senkrechte Ebene

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 82 I Datum

Brennfleck

! Anodenneigungswinkel:

"  Neigung der Anodenfläche im Brennfleck

! Modifizierung des opt. Brennflecks

"  projektive Verkleinerung

!  beeinflusst die geometrische Unschärfe

Brennfleckgeometrie bei verschiedenen Ausstrahlrichtung, Zentralstrahl senkrecht zum Betrachter

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 83 I Datum

Sicherheitsaspekte

!  Was passiert bei einer Überlastung der Röhre?

!  3 Methoden:

" Ölausdehnungsschalter (Röhrengehäuse), Öl in Röhre wird stark erhitzt, dehnt sich aus und löst Schalter aus

" Temperaturüberwachung der Anode

" Röhrennomogramm (Belastbarkeitsdiagramm) höchstmögliche Röhrenleistung gegen Belichtungszeit

!  Führt in allen Fällen zur Abschaltung der Anlage

!  Wiederbetrieb erst nach Abkühlung

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 84 I Datum

Zusammenfassung

Kathode:

! Wolframdraht

! Heizstromkreis

!  Fokussiereinheit

Anode:

! Drehteller

! Molybdänlegierungen

! Brennfleck

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 85 I Datum

Intensitätsverteilung eines Strahlenkegels, Wolframanode

Schaaffs. Handbuch der Physik, Band XXX, Springer 1957

Heel - Effekt

! anodenseitige Schwärzung im Strahlenkegel ist geringer (Anodenschatten) als die kathodenseitige

! je kleiner Anodenwinkel, um so größer Dosisabfall

! Objekte mit ungleicher Dicke sollten das dickere Element kathodenseitig plaziert werden

! Heel-Effekt wird reduziert wenn größerer Objekt-Film-Abstand gewählt wird

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 86 I Datum

Heel-Effekt

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 87 I Datum

Heel-Effekt

Kann der Heel – Effekt auch als positive Eigenschaft genutzt werden ?

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 88 I Datum

Hochspannungserzeugung

! weiterer Bestandteil für die Röntgenstrahlerzeugung

" Konventionelle Generatoren

Transformator

Hochspannungsgleichrichter

Schaltautomatiken

" Hochfrequenzgenerator (Konvertergenerator)

!  benötigt um Elektronen von Kathode nach Anode zu beschleunigen/ senden

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 89 I Datum

Schaltbild Röntgenanlage

PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 90 I Datum

Schema Konvertergenerator

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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 91 I Datum

• Röntgenröhre • Drehtelleranode • Brennfleck • Heel-Effekt • Konvertgenerator

Zusammenfassung: Röntgenröhre