Röntgendiagnostik Strahlen:

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1 Strahlen: Druckwellen - Elektromagnetsiche Strahlung - Teilchenstrahleung - Elektr./magn. Felder Ionisierend: - Röntgen - Nuklearmedizin (y-strahlung) - Nuklearmedizin Radiologie - Diagnostisch & intervent. Radiologie (stochastische Wirkung) - Nuklearmedizin (deterministisch Wirkung) - Strahlentherapie (deterministisch Wirkung) Welle vs Teilchen - Welle: Ultraschall, IR-Tomographie, Kernspintomographie - Teilchen: Röntgen Radiologie vs. Nuklearmedizin - Morphologie vs. Funktion Röntgen: - Ergebnis: zweidimensionales Schwächungsprofil - Bildbestimmed: Schwächungskoeffizient µ - Erzeugung: Glühkathode (Freisetzung) -> Hochspannung (Beschleunigung) -> Aufprall an Anode o Hart: sofort in Röntgenstrahlung (kurzwellig) o Weich: Abbremsen dann umsetzung in Röntgenstrahlung (langwellig) - Dosis: Anzahl der an Kathode freigesetzten Elektronen - Bremsspektrum: kontinuierlich - Charakteristisches Spektrum: Herausschlagen -> Nachrücken -> Röntgenquant (Energie abh. von den Schalenniveaus) Wechselwirkungen: - Photoeffekt: Photon setzt Elektron frei - Rayleigh-Streuung: Photon elastisch an Teilchen - Compton: Photon = gestreutes Photon (größere Wellenlänge) + Elektron (herausgeschlagen) Schwächung: - µ = µphoto + µcompton+µelastisch - Intensität nimmt mit Schwächung ab (linear) - Dicke Schwächungsgesetz: - µ abh. von Strahlenart -> bei Röntgen abh. von Photonenenergie - Röntgenröhre -> Strahlengemisch -> µ-gemsich S e i t e 1 5

2 Aufhärtung: - zunehmender Durchdringungstiefe -> durchschnittliche Energie ("Härte") steigt (härtere Photonen werden weniger stark gestreut) Spektrenoptimierung: - Ausnutzung der Linien des Spektrums (richtige Wahl des Anodenmaterials und der Hochspg) - Filterung (weich stärker filtern) - Ausnutzung der Absorptionskanten Absorptionskanten - Energie an denen ein Elektron aus der Schale geschlagen wird ->L-Kante filtert weichen Anteil links nben K-Linie -> Filtermaterial!=Anodenmaterial Dilemma: - minimale Energie = maximaler Konstrast = maximale Absorption -> keien optimale Hochspannung Sonstigies: - Photoeffekt bestimmend für Weichteilkontrast wegen starker Abh. von Ordnungszahl - Absorption und Streuung nehmen mit Energie ab - Weichstrahl: Ordnungszahl-Konstrast (Photoeffekt) - Hartstrahl: Dichte-Konstrast (Compton-Effekt) - Strahlenkontrast sinkt mit wachsender Energie Mammographie: - hoher Weichteilkontrast - hohe Ortsauflösung Mammodiagnostik: - Röntgen nicht optimal (starke Absorption) - Ultraschall etwas besser Computer Aided Diagnosis - zweite Meinung Streuung - Kontrasreduktion - Streustrahlung untersch. bzgl. Richtung & Energie - Pseudohilfe: Abstandstechnik (aber geom. Unschärfe) - Effektiver: Streustahlrenraster (aber höhere Dosis) - Effektiverer: Slit-Scan-Technik (aber länger und Bewegungsunschärfe) Heel-Effekt - die Intensität d. Rö-Str wird nicht ausgewogen über das Nutzstrahlenfeld verteilt - Nutzen: bei Objekten untersch. Dicke wird anodenseitig gelagert (dünne Seite) S e i t e 2 5

3 Röntgenbilddarstellung - 2D-Schwächungsprofil Röntgenfilm: - geringe Absorption -> hohe Dosis -> obsolet (nichtlineare Kennlinie!) - Normal: Schwärzung durch Röntgenstrahlung - Verbessert: zusätzliche Schwärzung durch Ww -> Floureszenzlicht Digitale Luminiszenz-Radiographie - Ähnlich zu Verstärkerfolie in Filmkasette -> Licht wird erst nach zusätzlicher Stimulation freigesetzt -> räuml. Trennung (Speicherfolie) Direktradiographie - Floureszentliche fällt direkt auf Array von Photodioden Oder - Röntgenquanten bewirken Entladung einer Selenschicht -> Ladungsumverteilung messen Flachbilddetektoren/Digitaler Röntgendetektor (TFT) - Quanten -> Szintillationsschicht -> a-si-photodioden/transistor-matrix -> Auslese-elektronik - Hochkontrast-Auflösung und Niedrigkontrast-Auflöusung mittels Modulations-Übertragungs-Funktion MTF - Abbildugnsqualität abh. von Übertragungsfunktion und SNR Zweites Dilemma: - Eingangsdosis vs. angestrebte räuml. Auflösung - Eingangsdosis vs. angestrebtes SNR Detective Quantum Efficiency - Nur Quanten: Mittlere Zahl nachgewiesener Quanten / mittlere Zahl auftreffender Quanten - Allgemein: SNR² am Ausgang / SNR² am Eingang Dosis: - Energiedosis (Gy), Äquivalentdosis (SV), Effektive Dosis (Sv) - Dosisflächenprodukt: D * A (A~d² und D~1/d²) S e i t e 3 5

4 Durchleuchtung: - Zeitabh. Vorgänge mit schnellen Detektoren - Schnell und dosissparend aber niedrige Auflösung Digitale Subtraktions-Angiographie - Darstellung von Blutgefäßen - Kontrastmittel da kein Kontrast zw. Gewebe und Blut - Durchleuchtung oder Aufnahme-Serien - Echtzeitsubtraktion Rotations-DAS - Während Kontrastmittelgabe Variation der Strahlrichtugn - 3D-Info - Minimal-invasive Therapie möglich und vielversprechend - Lange Durchleuchtungszeit, viele Aufnahme, Kathetereinbringung -> weniger Therapie DEXA - Dual Energy X-Ray Absorptiometry - Messung der Schwächung in Knochen und Weichteilen bei zwei untersch. Energien (Osteoporose) - Problem der polychromatischen Strahlung muss gelöst werden um LGS zu lösen - Ergebnis ist Knochen-Flächendichte - Aber zwei Aufnahmen oder Single-Shot mit Filter Tomographie konventionelle Schichtaufnahmen - Bewegungsunschärfe aller Bildpunkte außerhalb der Drehpunktebene Tomosynthese mech. einfachere Tomographie - Mehrere low-dosis Bilder werden geschossen und für eine Rekonstruktion vonallem genutzt - CT vs. Tomosynthese: CT niedrigere Auflösung in der Ebene Computertomographie - Schwächung von Röntgenstrahlung als Grundlage - Kontrast kommt von untersch. Dichte und untersch. Mittlerer Ordnungszahl - 2D und 3D -> letzeres höhere Datentiefe aber auch Dosis Röntgencomputertomographie - Darstellung einer Ebene - Viele Röntgenaufnahmen (eine Ebene, versch. Winkel) -> Rekonstruktion der Ebene - Überlagerung von Schwächungsprofilen - Pixelwerte sind physikalische Größe (Schwächung) - Translations-Rotations-Scanner (veraltet aber anschaulich) - CT benötigt monochromatische Strahlung um Strahlaufhärtung zu vermindern! - Rückprojektion mit Faltung um Artefakte zu Vermeiden Zeitliche Auflösung: - Anzahl gleichzeitig aufnehmbarer Projektionen - Umlaufzeit der Röntgenröhre bzw. des Brennflecks Hounsfield Unit - Abschwächung der Röntgenstrahlung im Gewebe (0 = Wasser; Luft) S e i t e 4 5

5 - Zuordnungvon HU zu Gewebearten CT Beispiele: - CT und Konstrastmittel: Anfangs hoher Kontrast -> schneller Ausgleich -> schnelle Messtechnik nötig - Volume Rendering / Surface Rendering: Schwellwert definiert Oberfläche, Beleuchtung Schatten; Ray Casting - CT-Perfusion: Blutfluß wird aufgenommen (ähnlich Kontrastmittel - Osteo-CT: Knochendichtemessung (analog zu DEXA) aber Volumen- statt Flächendichteschwächungskoeffizient -> genauer o Elektronenstrahl-CT: Bewegt nur Brennfleck, bessere zeitl. Auflösung; Darstellung bewegter Objekte, Implantate - Spiral-CT: Röntgenröhre und Tischvorschub gleichzeitig - Multislice-CT: mehrere parallel Detektorreihen S e i t e 5 5