Aufbau der Röntgenapperatur

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1 Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie Aufbau der Röntgenapperatur PD Dr. Frank Zöllner Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D Mannheim, Germany PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 69 I Datum Genereller Aufbau eines Röntgengeräts! Strahler (Röntgenröhre)! Generator! Detektor! (Digitale Bildaufnahme)! Peripheriegeräte PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 70 I Datum Seite 1 1

2 Schema einer Röntgenröhre Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al 60 V skript_ppt_07/roe_tech_med.ppt 50 kv PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 71 I Datum 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 Morneburg. Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik 1995 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 72 I Datum Seite 2 2

3 Röntgenröhre (Drehtelleranode) Thurn and Bücheler. Einführung in die diagnostische Radiologie, Thieme 1992 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 73 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. PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 74 I Datum Seite 3 3

4 Röntgenröhre En detail Kathode:! Heizstromkreis " Aufheizung der Kathode (ca 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 75 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 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 76 I Datum Seite 4 4

5 Drehteller Anode Schema einer Drehtelleranode 1 Glühkatode, 2 Drehtelleranode Drehtelleranode: 1 Kathode, 2 Elektronenstrahl, 3-5 Brennflecken, 6 Anodenteller Typische Rotation: / min Typische Brennfleck Temperatur: > 2000 C Anodenmaterial: Wolframlegierungen Bei Mammographie: Molybdän PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 77 I Datum Röntgenröhre mit Drehtelleranode Roe_Tech_Med.ppt 60 kv PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 78 I Datum 2,5 mm Al Filter Zur besseren der Wärme wird die Anode während der Strahlungsemission gedreht Seite 5 5

6 Anodenmaterial Qualitätskriterien:! Wirkungsgrad der Strahlenausbeute! Maximal spezifische Belastung! Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 79 I Datum Drehteller Anoden a) 2 Schichtverbundanode: Wolfram- Rhenium-Legierung und Molybdän b) 2 Schichtverbundanode: Wolframrhenium-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 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 80 I Datum Seite 6 6

7 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 81 I Datum Morneburg. Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik 1995 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 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 82 I Datum Seite 7 7

8 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 83 I Datum Zusammenfassung Kathode:! Wolframdraht! Heizstromkreis! Fokussiereinheit Anode:! Drehteller! Molybdänlegierungen! Brennfleck PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 84 I Datum Seite 8 8

9 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 85 I Datum Schaaffs. Handbuch der Physik, Band XXX, Springer 1957 Intensitätsverteilung eines Strahlenkegels, Wolframanode Heel-Effekt PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 86 I Datum Seite 9 9

10 Heel-Effekt Kann der Heel Effekt auch als positive Eigenschaft genutzt werden? PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 87 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 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 88 I Datum Seite 10 10

11 Schaltbild Röntgenanlage PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 89 I Datum Schema Konvertergenerator PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 90 I Datum Seite 11 11

12 Zusammenfassung: Röntgenröhre Röntgenröhre Drehtelleranode Brennfleck Heel-Effekt Konvertgenerator PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 91 I Datum Seite 12 12

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