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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 49 I Datum
Eigenschaften der Röntgenstrahlen
PD Dr. Frank Zöllner
Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D-68167 Mannheim, Germany [email protected]
Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 50 I Datum
Eigenschaften von Röntgenstrahlen
! Schwächungseffekt
! Luminanzeffekt
! Ionisationseffekt
! Photographischer Effekt
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 51 I Datum
Schwächung der Röntgenstrahlung
! primäre Wechselwirkung
! Es treten auf:
" Energieübertragung
" Energieabsorption
" Energieumwandlung
Streustrahlen
Primärstrahlung
Absorption
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 52 I Datum
X Kann vernachlässigt werden !
Laubenberger and Laubenberger. „Technik der medizinischen Radiologie“, Deutscher Ärzte-Verlag 1999
Physikalische Prozesse 3 physikalische Prozesse:
- Photoeffekt - Streuung - Paarbildung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 53 I Datum
Photoeffekt (Absorption)
! Energie des Röntgenquants wird auf ein Elektron der Atomhülle (K, L –Schalen) übertragen
! Elektron wird aus der Hülle geschleudert
! alternativ: Anhebung eines Elektrons auf höhere Schale
! tritt hauptsächlich bei Röntgenstrahlen mit niedriger Energie auf
Hartmann et al, Fachwissen MTRA, Springer 2014
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 54 I Datum
Photoabsorptionskoeffizient
! Abhängig von " der Materiedichte " der Materiedicke " der Ordnungszahl " der Photonenenergie
! Bindungsenergie = Photonenenergie → Resonanzeffekt
! Resonanzeffekt begünstigt Auslösen des Elektrons
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 55 I Datum
Streuung (Compton Effekt)
! Compton Effekt " Richtungsänderung des
Röntgenquants mit partieller Energieänderung
" äußere Atomschalen
" Compton-Elektron herausgelöst
! unabhängig von der Ordnungszahl
! Compton-Wechselwirkungskoeffizient
" Streuung + Absorption Hartmann et al, Fachwissen MTRA, Springer 2014
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 56 I Datum
Klassische Streuung
! Richtungsänderung des Photons ohne Energieverlust
! Energieaufnahme und Abgabe
" Elektron wird analog zum Photoeffekt angehoben
" bei der Rückkehr in die Ausgangslage wird Photon abgestrahlt
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 57 I Datum
Streustrahlung
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 58 I Datum
Paarbildung
! Bildung eines Elektrons und Positrons
" nur bei hohen Strahlungsenergien (> 2* 511 keV)
! Positron zerfällt in zwei 511 keV Photonen
! relevant in der Radiotherapie, PET Bildgebung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 59 I Datum
I0
Δx
P
Reflexion
Streuung
Linearer Schwächungskoeffizient µ = Summe aller Teilabschwächungen
Quantifizierung der Wechselwirkung durch Schwächungsgesetz:
Wechselwirkung von Strahlen mit Materie
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I0 = Intensität der Strahlung beim Auftreffen auf das Objekt
I = Intensität der Strahlung nach dem verlassen des Objekts
Δx = Dicke der Materie
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 60 I Datum
µ = τ + σ + χ
τ
σ
χσCσR
τflητ σSησσR
η µ-η
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Totaler linearer Schwächungskoeffizient µ
Elektronen Photonen
Koeffizient der Photoabsorptio
n Streuung
Paarbildung
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 61 I Datum
Schwächungskoeffizient
Schwächung in Abhängigkeit der Dicke (d)
Schwächungskoeffizienten und Wechselwirkungen
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 62 I Datum
Massenschwächungskoeffizient µm, Division mit Dichte der Materie ρ:
Weitere Schwächungskoeffizienten
Massenabsorptionskoeffizient für Photonenabsorption (Näherung) ! λ= Wellenlänge der Röntgenstrahlung ! Z = Ordnungszahl des durchstrahlten
Stoffes ! C = materialunabhängige Konstante
Lineare Schwächungskoeffizient
Dichte
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 63 I Datum
Dössel. “Bildgebende Verfahren in der Medizin” 2000
Schwächung: Zusammenfassung
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 64 I Datum
Luminenszenzeffekt
! Röntgenstrahlen regen bestimmte Stoffe zur Lichtemission an
! Fluoreszenz " Lichtemission nur während
der Bestrahlung
! Phosphoreszenz " Absorbierte Energie wird
gespeichert und über einen Zeitraum wieder abgegeben
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 65 I Datum
Beispiele
Kennen Sie Beispiele für Lumineszenz? Wobei könnte Lumineszenz in der Röntgentechnik wichtig sein ?
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 66 I Datum
Ionisationseffekt
! Röntgenstrahlen bewirken beim Durchtritt durch ein Gas Ionisation
! Elektron wird aus dem Gasmolekül abgetrennt, es entsteht ein Ion
! u.a. auch in biologischem Gewebe
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 67 I Datum
Ionisation
! Gibt es Anwendungen für Ionisation?
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 68 I Datum
Zusammenfassung
! Röntgenstrahlen wechselwirken mit Materie
! Schwächung Hauptanteil
" Streuung, Absorption
! Ionisation
" Strahlen können Ionen erzeugen
! Lumineszenzeffekt