Die Physik der Röntgenstrahlung und ihre Anwendung in der Bildgebung

Die Entstehung Röntgenstrahlung erfolgt in der Röntgenröhre durch einen komplexen physikalischen Prozess. Im Inneren der Röhre befindet sich ein Vakuum, in dem zwei wesentliche Komponenten installiert sind: die Kathode (Minuspol) mit einem Wolframglühdraht und die Anode (Pluspol) mit einer Wolframscheibe, dem sogenannten Brennfleck.

Definition: Röntgenstrahlung besteht aus Photonen und ist eine Form elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen unter 10 Nanometern. Sie liegt im elektromagnetischen Spektrum oberhalb des ultravioletten Lichts und besitzt eine höhere Energie als sichtbares Licht.

Die Eigenschaften von Röntgenstrahlen umfassen ihre geradlinige Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit, die Fähigkeit zur Durchdringung fester Körper, die Belichtung fotografischer Filme und die Anregung fluoreszierender Stoffe. Besonders wichtig ist ihre ionisierende Wirkung, weshalb Röntgenstrahlung schädlich für lebende Zellen sein kann. Die Strahlenintensität nimmt mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab.

Für die Bildgebung werden drei zentrale Parameter verwendet: Die Röhrenspannung (kV) beeinflusst die Geschwindigkeit der Elektronen und damit die Härte der Strahlung. Die Stromstärke (mA) bestimmt die Anzahl der austretenden Elektronen und somit die Strahlungsintensität. Die Belichtungszeit kontrolliert die Gesamtmenge der erzeugten Strahlung. Das Film-Folien-System Röntgen nutzt Verstärkerfolien mit fluoreszierenden Stoffen, die die Strahlenbelastung reduzieren, indem sie Röntgenstrahlen in Licht umwandeln.

Highlight: Die Röntgenfilmkassette Aufbau besteht aus mehreren Schichten: Schutzschicht, Fotoschicht mit lichtempfindlichen Silberbromidteilchen, Haftschicht und Schichtträger. Verstärkerfolien Röntgen erhöhen die Effizienz und reduzieren die notwendige Strahlendosis.

Verschiedene Röntgenfilmformate stehen für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung, von Standardzahnfilmen (3x4 cm) bis zur Bissflügelaufnahme (2,5x5,5 cm). Die Empfindlichkeitsklasse Röntgen bestimmt dabei die benötigte Strahlendosis für eine optimale Bildqualität.

Extraorale Kassettenfilme und Verstärkerfolien

Extraorale Röntgenaufnahmen werden mit speziellen Kassettenfilmen durchgeführt. Eine geöffnete Filmkassette besteht aus mehreren Schichten:

1. Filmkassette
2. Verstärkerfolie
3. Röntgenfilm
4. Schaumstoff

Die Verstärkerfolie spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Strahlenbelastung. Sie ist mit einem fluoreszierenden Stoff beschichtet, der durch Röntgenstrahlen zum Leuchten angeregt wird. Dieses Licht belichtet den Film zusätzlich, was die benötigte Strahlendosis verringert.

Vocabulary: Fluoreszenz ist die Eigenschaft bestimmter Stoffe, bei Bestrahlung mit Licht oder anderen energiereichen Strahlen selbst zu leuchten.

Highlight: Die Verwendung von Verstärkerfolien ermöglicht eine signifikante Reduzierung der Strahlenbelastung für den Patienten bei gleichbleibender Bildqualität.

Aufbau und Funktionsweise von Röntgenfilmen

Der Aufbau eines Röntgenfilms ist komplex und besteht aus mehreren Schichten. Im Zentrum befindet sich der Schichtträger, beidseitig gefolgt von der Haftschicht, der Fotoschicht und der äußeren Schutzschicht. Die Fotoschicht besteht aus einer Polyesterfolie mit lichtempfindlichen Silberbromidteilchen.

Röntgenfilme gibt es in verschiedenen Größen für unterschiedliche Anwendungen:

• Standardzahnfilm (3x4 cm) für bis zu 3 Zähne
• Kleiner Zahnfilm (2x3 cm) für Kinder oder bei beengten Platzverhältnissen
• Bissflügelzahnfilm (2,5x5,5 cm) zur Diagnostik von Approximalkaries
• Großer Zahnfilm (5,5x7,5 cm) für Aufbissaufnahmen

Example: Ein Bissflügelzahnfilm wird verwendet, um Karies zwischen den Zähnen (Approximalkaries) zu diagnostizieren, da er einen optimalen Blickwinkel auf diese Bereiche ermöglicht.

Verpackung und Schutz von Röntgenfilmen

Die Verpackung eines Röntgenfilms erfüllt mehrere wichtige Funktionen:

1. Schwarzes Papier schützt den Film vor Lichteinfall.
2. Eine Kunststoffverpackung macht den Film licht- und speicheldicht.
3. Eine Metallfolie aus Blei schützt das Gewebe hinter dem Film vor Strahlung und den Film vor rückseitiger Streustrahlung.
4. Eine Seitenmarkierung zeigt die Vorderseite des Films und liegt okklusal.

Highlight: Die Bleifolie in der Filmverpackung dient nicht nur dem Schutz des Patienten, sondern verbessert auch die Bildqualität, indem sie Streustrahlung reduziert.

Bildentstehung auf dem Röntgenfilm

Der Prozess der Bildentstehung auf einem Röntgenfilm basiert auf chemischen Reaktionen. Der Film ist mit einer Schicht aus Silberbromidteilchen beschichtet. Bei der Belichtung werden diese Teilchen verändert.

Während der Entwicklung werden die belichteten Silberbromidteilchen in Bromid und schwarzes metallisches Silber umgewandelt, was den Film schwärzt und das Bild sichtbar macht. Die anschließende Fixierung entfernt die unbelichteten Silberbromidteilchen und macht das Bild haltbar.

Definition: Die Fixierung ist der Prozess, bei dem unbelichtete Silberhalogenide aus dem Film entfernt werden, um das Bild dauerhaft zu machen und weitere unerwünschte Belichtungen zu verhindern.

Eigenschaften und Wirkung von Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen unter etwa 10 nm. Sie liegen im elektromagnetischen Spektrum oberhalb des ultravioletten Lichts und sind energiereicher als sichtbares Licht. Ihre Fähigkeit, Materie zu durchdringen, macht sie für die medizinische Bildgebung wertvoll.

Wichtige Eigenschaften von Röntgenstrahlen sind:

• Geradlinige Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit
• Unsichtbarkeit für das menschliche Auge
• Fähigkeit, feste Körper zu durchdringen
• Belichtung fotografischer Filme
• Anregung fluoreszierender Stoffe zum Leuchten
• Ionisierende Wirkung
• Potentiell schädigende Wirkung auf lebende Zellen
• Abnahme der Intensität mit zunehmendem Abstand von der Quelle
• Möglichkeit zur Reflexion, Beugung und Brechung

Highlight: Die ionisierende Wirkung von Röntgenstrahlen ist der Grund für ihre potentiell schädigende Wirkung auf lebende Zellen und unterstreicht die Notwendigkeit von Strahlenschutzmaßnahmen in der medizinischen Anwendung.

Einfluss der Röhrenspannung auf die Röntgenstrahlung

Die Röhrenspannung ist ein entscheidender Parameter bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen. Sie beeinflusst direkt die Geschwindigkeit der Elektronen zwischen Kathode und Anode. Eine höhere Röhrenspannung führt zu einer höheren Elektronengeschwindigkeit und damit zu energiereicheren Röntgenstrahlen beim Aufprall auf die Anode.

Vocabulary: Die Röhrenspannung wird in Kilovolt (kV) gemessen und bestimmt die Durchdringungsfähigkeit der erzeugten Röntgenstrahlen.

Highlight: Die Wahl der richtigen Röhrenspannung ist entscheidend für die Bildqualität und die Strahlendosis. Höhere Spannungen erzeugen kontrastärmere, aber durchdringungsfähigere Strahlen, während niedrigere Spannungen zu kontrastreicheren Bildern führen, aber weniger Durchdringungskraft haben.

Röntgenparameter und Röhrenaufbau

Die Bildqualität bei Röntgenaufnahmen wird durch drei Hauptparameter beeinflusst: die Röhrenspannung (gemessen in Kilovolt, kV), die Stromstärke (in Milliampere, mA) und die Belichtungszeit (in Sekunden, s). Diese Parameter bestimmen die Energie und Menge der erzeugten Röntgenstrahlen.

Der Aufbau der Röntgenröhre ist entscheidend für die Funktionsweise. Innerhalb eines evakuierten Glaszylinders befinden sich die Kathode (Minuspol) mit einem Glühdraht aus Wolfram und die Anode (Pluspol) mit einer Wolframscheibe, dem sogenannten Brennfleck oder Fokus. Diese Komponenten sind von einem schützenden Bleimantel umgeben.

Vocabulary: Der Brennfleck, auch Fokus genannt, ist der Bereich auf der Anode, auf den die Elektronen auftreffen und wo die Röntgenstrahlung entsteht.

Highlight: Die Röhrenspannung beeinflusst direkt die Geschwindigkeit der Elektronen und damit die Energie der erzeugten Röntgenstrahlen. Eine höhere Spannung führt zu energiereicheren Strahlen.