Raiologie (Fach) / Radioprüfung (Lektion)

7.Semester

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• Charakteristische Röntgenstrahlung Elektron schießt elektronen auf Hülle, Lücke wird aufgefüllt, Wechsel des Energieniveaus --> Energie wird als Photon abegegeben. Kernferne schalen--> uv oder sichtbares licht Kernnah und hohe ordnungszahl: Röntgenphotonen immer charakteristisch für das Atom k l m schale (von innen nach außen)
• Bedeutung kilovolt für Röntgen bestimmt Strahlenqualität, Strahlenhärte, Energie der elektronen je höher Spannung desto energiereichere Strahlung --> höhere Durchdringungsfähigkeit der Röntgenstrahlung. Strahlenmenge und effizienz der Strahlenproduktion steigt mit steigender energie der auftreffenden elektronen.
• Bedeutung milliamperesekunden für Röntgen Strahlenquantität! je höher der stromfluß desto höher die anzahl der eletronen an kathode gibt oberes limit bestimmt menge der Röntgenstrahlung!
• Einfluß kilovolt auf die Bremsstrahlung energie rö-Strahlen kann nciht größer sein als die energie der elektronen. max photonenenergie = max angelegte Spannung. Spannung an röntgenröhre kann schwanken voltage ripple strahlenmenge
• charakteristische Röntgenstrahlung einfluß von kilovolt keine charakteristischen rö-Strahlen wenn KV niedriger als bindungsenergie der kappa-Schalenelektronen
• mammographie nur weniger kontrast zwischen normalen gewebe und tumorgewebe kontrasterhöhung möglich über strahlung mit geringer energie problem: hohe organdosen und lange belichtung --> entwicklung besonderer Röntgenröhren
• Filtration Röntgenstrahlen photonen unter 30 kv tragen wenig zum Röntgenbild bei! aber viel zur patienten und hautdosis! --> nieder-energetische photonen werden stärker absorbiert als hochenergetische --> reduktion der intensität bei tiefen energien meist aluminium Ausgleichsfilter
• röntgenbild umso größenrichtiger je... ...näher objekt an bildebene ...weiter Röhrenfokus vom objekt entfernt ist ...kleiner der Brennfleck ist.
• Röntgenstrahlen divergieren... --> immer geringe verbreiterung in der darstellung. --> unschärfe penumbra = Halbschatten
• Quantenwirkungsgrad wahrscheinlichkeit der detektion von xray. gibt an wie gut detektor eintreffende quanten in bildinfos umsetzen kann. hohe sensitivität Steigt mit dicke der floureszierenden Schicht und dicke der kristalle. Aber dicke der Kristalle bestimmt körnigkeit der Folie --> detailerkennbarkeit und auflösung und umso dicker die folie umso größer die laterale diffusion der photonen --> auflösung sinkt. film-Folien-System: 20-25% Speicherfolie: 20-45%  Flachdetektor: ca 60% hohe QDE --> weniger Dosis Dosisreduktion abhängig von QDE
• Dynamikumfang röntgen digitale detektoren könen signale von sehr utnerscheidlicher srärke erfassen Dynamikuzmfang = Quotient aus größtem und kleinstem Helligkeitswert. Röntgenfilm 1:30 digitale systeme: 1:10 000 bis 40 000 Vorteil digitales röntgen: fehlbelichtete Aufnahmen oft noch auswertbar --> reduktion von Wiederholungsaufnahmen.
• Kontrast Röntgen unterschiede in den graustufen in benachbarten regionen auf röntgenbild. Bestimmt durck dicke und dichte des geröngten objekts sowie die belcihtungsparameter Detektorkontrast bestimmt durch art und umsetzung der eingehenden xstrahlen in das ausgebende signal    (Analog: Schwarzfärbung auf film   digital: grauwert auf monitor) Verhältnis zwischen Belichtung und signal    ->> sog. characteristic curve oder hurter und driffield kurve rauschanteil nimmt ab: unterbelichtung > korrekte belichtung > überbelichtung Kontrast in film-Folien-Rö wird mittels Densitometer gemessen.   Optische dichte gibt grad der schwärzung des films an.   Bestimmt durch: belichtung, entwicklung, film-Folien-Kombi
• Belichtung und kontrast röntgen jede fehlbelichtung --> kontrastverlust wichtig ist verhältnis von KV (Durchdringungsfähigkeit) zu mA (Menge der Röntgenstrahlen)
• optimale Röhrenspannung (kV) dichtestes Gewebe grade noch durchstrahlt viele Graustufen zwischen schwarz und weiß kV zu niedrig: unterbelichtet --> dichte objekte nicht durchstrahlt trotz ausreichender grundschwärze Kv zu hoch: überbelichtet: aufnahme kontrastarm (zu dunkel)
• mAs Belichtung Menge der Röntgenstrahlung mAs zu niedrig: unterbelichtet : Flau (Bei kv zu niedrig: ausreichende Grundschwärze) mAs zu hoch: schwarz aber bei betrachtung unter hellem licht kontrast zu erkennen
• Digitales röntgen und Kontrast weiterverarbeitungsschritte --> kontrast kann gesteigert oder gemindert werden --> besser: kontrast-zu-Rausch-Verhältnis Vorteil: dargestellter kontrast kann manipuliert werden. Verschiedene look-ip-Tables oder windowing LUT gefahr der befundunterdrückung! zb. überschwingende artefakte infolge zu starker kantenanhebung. Windowing: auswahl eines Segmentes aus gesamter breite an pixelwerten abnehmende dosis --> verschlechterung signal-zu-Rausch-Verhältnis --> zunehmende Körnigkeit, Bilddetails schlechter sichtbar.
• Rauschen Verschlechterung eines digitalen bildes durch störungen, die keinen bezug zum eigentlichen bildinhalt, dem bildsignal haben. Störende pixel weichen von denen des eigentlichen bildes ab. ursachen: Dunkelrauschen: spontan auftretende ladungen in dn digitalen detektoren zb. durch wärme. das signal-rausch-Verhältnis ist ein Maß für den Rauschanteil. gibt verhältnis von gewünschten signal (xray) zu unerwünschten Signal.
• Belichtung (optimal, probleme, einstellung) optimal nicht möglich für jedes objekt und jede fragestellung Probleme: große unterscheide in größe und dicke, unvorhersehbare pathologische zustände zb. pneumothorax Wahl der belichtung wird beeinflusst durch: größe und dichte von objekt, Strahlenausbeute des Gerätes, abstand fokus-objekt, verstärkerfolien, filmverarbeitung, streustrahlenraster --> daher möglichst viele Faktoren konstant halten: abstand, verstärkerfolien, verarbeitung, raster. Basis: dickenmessung und Gewicht! allg. +/- 1cm --> +/-  1 BP (Belichtungpunkt) Thorax: 1,5 cm --> +/- 1 BP --> +/- 3 Belichtungspunkte:   +/- 10 kV oder doppelte/ halbe mAs!!!!!!!!
• was ist räumliche auflösung? fähigkeit zwei getrennnte objekte als getrennte objekte wahrzunehmen wenn sie kleiner werden und näher beieinander liegen. angabe in linienpaaren pro millimeter (Lp/mm) oder in Hertz. Frequenz: anzahl der zyklen pro millimeter --> 1 zykluy pro millimeter = 1 Hertz. je höher die frequenz desto kleinere objekte darstellbar. hohe frequenz: kleine objekte
• wie bestimmt man die auflösung? --> punktspreizfunktion: gibt an wie ein idealisiertes, punktförmiges objekt durch ein system abgebildet würde --> bestimmt unschärfe des bildes. Modulationstransferfunktion: häufig verwendet, da einfach und vollständig. räumliche auflösung: folienloser film: 50 lp/mm    film-folien: 5-10     Speicherfolie: 2,5-5 flachdetektor: 2,5-4 dabei gilt für digitale systeme: desto größer folie, desto geringer die auflösung. Bei flachdetektoren bestimmt abstand  zwischen pixelzentren bzw kantenlänge der pixel auflösung.    mindestanforderung: 2,5 lp/mm (auflösung von strukturen bis ca 3 mm möglich.)
• digital vs. analog Analog FF-System: QDE: 20-25, hohe Auflösung, flexibler einsatz, viele arbeitsschritte, Platz! Speicherfolien / Flachdetektor: QDE: 20-45% 60%(FD) niedrige auflösung,  größerer Belchtungsspielraum, schneller, kein platzbedarf, teurer, höheres risiko für artefakte, mangelhafte bildqualität evtl mit unterdrückung  der befunde durch benutzung falsche logarithmen. --> zusammenfassung: Digitales system konventionellen film-Folien system überlegen oder ebenbürtig.    Dosisreduktion möglich!
• Spiral CT Datenaquisition währden sich der Tisch bewegt erstmals 1987; geht mit 3. und 4. Generationsscanner Vorteil: schneller, kontinuierliche volumenaufnahme, verbesserte 3d-bilder, rekonstruktion in jeder ebene möglich Schleifring: bildet mit sog. bürsten einen gleitkontakt, ermöglicht strom und signalübertragung von einem festen zu einem rotierenden Gegenstand --> erlaubt kontinuierliche rotation der Gantry Bildgenauigkeit am besten wenn aus 360° aufgenommen wird, mind aber 180° Bilderzeugung mit z-Interpolation (keine streifen)
• Mehrzeilen-CT aufnahmen mehrerer Schichten während einer Rotation, 2007: 64 Schichten = 16 cm Problem: Kegelstrahlgeometrie der Strahlen. Bei 4 Zeilen winkel meist nicht mit einbezogen, 4 Schichten als parallele schichten mit 2d algorithmen --> bei 16 Schichten große fehler jenseits des Zentralstrahls Vorteile: bessere Nutzung des schon vorhandenen kegelförmigen Röntgenstrahls, Größeres Volumen wird zur selben zeit gescannt, kürzere Aufnahmezeit, vermeidung von artefakten Nachteile: Aufbau eines entsprechenden Flächendetektors, sehr große Datenmengen sind zu transportierenm komplizierter Algorhitmus zur bildrekonstruktion, je mehr zeilen desto teurer Toshibas hybridsystem (16 Zeilen) hat sich durchgesetzt. detektorsystem: zu den Rändern erhöhte Detektorbreite, im Zentralstrahl besonders schmale detektoren, unterschiedliche schichtbreite durch verschiedenen Verschaltungsmuster, erhöhte breite durch zusammenschalten mehrerer einzelner Detektoren
• Inkrement bestimmt die Schichtabstände für die Rekonstruktion sequentielles CT: Überlappende schichten nur wenn der Tischvorschub zwischen zwei sequenzen kleiner ist als die kollimation  --> aber erhöhung der patientendosis Spiral-CT: als rekonstruktionsparameter frei wählbar: d.h. mit der wahlr des inkrements kann der überlappungsgrad retrospektiv frei und ohne dosiserhöhung eingestellt werden Vorteile der überlappungen: höhere Bildqualität, leichtere und sicherere Diagnosen kleiner Strukturen.
• Pitch Tischvorschub feed per rotation je größer desto schneller kann gescannt werden je größer desto schlechter ist aber auch die Bildqualität! Gute qualität pitch zwischen 1 und 2 dosiseinsparungen bei einzelzeilensystemen (Tischvorschub pro rotation) mit pitch >1 nicht unerheblich optimales verhältnis zwischen dosis und bildqualität bei pitch 1,4 Bei Spiral-CT keine eindeutige definition von Pitch! Strahlenbelastung geringer je höher der Ptich ist P = d / (M * S) Mit P = Pitchfaktor d = Tischvorschub pro 360° Röhrenumlauf M = Zahl der gleichzeitig erfassten Detektorzeilen (Strahlkollimierung) S = gewählte Schichtdicke
• hounsfield einheit Grauwerte bestimmter Dichten beim CT -1000 bis +1000 wasser: 0 Luft -1000 CT-WERT. linearer schwächungskoeffizient von gewebe - Wasser / Wasser x 1000 (Stellt beziehung zwischen koeffizient wasser und gewebe dar.) Errechnet aus dem linearen schwächungskoeffizient eines Pixels
• Fenstertechnik Auge kann im normalfall nur 30 Graustufen unterscheiden, CT hat über 2000, in der fenstertechnik kann man zwischen 16 und 64 darstellen, den bereich kann man sich in der houndsfield-skala aussuchen, alle darunter werden schwarz dargestellt, alle darüber weiß.
• Dual source CT zwei röntgeneinheiten und zwei detektoren reduzierte strahlung bei sehr guter bildqualität
• Elektronenstrahl CT Keine bewegten Teile Elektronenstrahl aus Röntgenröhre wird mittels magnetischer felder auf einen detektorring aus metall gelenkt, beim auftreffen --> entstehung von röntgenstrahlen. aufnahmezeiten von 0,1 sec möglich (keine Rotation) Bewegung herz kann verfolgt werden
• Diamagnetismus nicht in sich selbst magnetisch in einem äußerem magnetfeld führen sie zu einer abschwächung des magnetfeldes. nicht angezogen sondern abgestoßen, zb silber kohlenstoff oder kupfer
• Paramagnetismus bestitzen kleines magnetisches moment aufgrund von unpaaren Eletronen führen zur verstärkung des Magnetfeldes. zb gadolinium (MR-Kontrastmittel)
• Ferromagnetismus im alltag beobachtet, nach kontakt mit miagnetfeld bleiben sie magnetisch starke anziehung und ausrichtung zb eisen kobalt nickel
• MR-Tomograph aufgrund des ferromagnetismus permanentmagnete niedrige unterhaltskosten, magnetfeld beschränkt auf systemgrenzen, nahezu kein randfeld nur niedrige magnetfeldstärken, sehr schwer
• MR-Tomograph mit elektromagneten stromdurchflossener Leiter umgibt patienten --> Stärke der spule abhängig von: anzahl windungen, stromstärke. Kern (eisenkern>Luftkern) -->resistive magneten: leicht, hohe unterhaltskosten, da konstanter stromverbrauch, niedrige magnetfeldstärken (Tesla), haben elektrischen widerstand --> 1/3 der energie geht als wärme verloren --> supraleitfähige elektromagneten: fast ohne energieverlust (da kein widerstand) braucht bestimmt temperatur: -135 und -240° elektronen können sich utnerhalb der kritischen temp frei bewegen ohen widerstand (sonst änderung der Gitterstruktur) i.d.R. Draht aus Niobium und Titan um eisenkern gewickelt   --Y Kühlung mit Helium auf 4 ° Kelvin --> kein widerstand!
• Aufbau MRT Hauptspule (Magnet) Gradientenspule: weitere Drahtspulen durch die Strom fließt Aufbau wie Hauptspule aber andere wickelrichtung, wickelabstand und  Stromflußrichtung --> aufbau eines geringen Unterschiedes in der magnetfeldstärke entlang dder z y und x achse Sendespule Empfangsspule
• Lamorfrequenz gamma x B Gamma= gyromagnetisches Moment B= Stärke des äußeren Magentfeldes unterschiedliche frequenz innerhald des Gradientenfeldes.
• T1 Realaxation MRT T1 Relaxationszeit nach anregung entspannt sich das system wieder abgabe der energie an die umgebung (Wärme) Restituton der längsmagnetisierung Dauer ist gewebespezifisch!
• T2 Relaxation Spin-Spin-Relaxation Verlust der Quermagnetisierung spin-spin-Relaxierung magnetfeldstärken für die spins jeweils ggr. unterschiedlich (Stärker --> schneller) Dauer ist immer kürzer als T1!  (laufen gleichzeitig ab!) Dauer gewebespezifisch Rephasierung --> impula um dephasierung messen zu können: impuls beschleunigt rotation von langsamen spins und verlangsamt rotation von schnellen spins.
• Spin echo sequenz MRT time of repetion: abstand zwischen anregungen, wieviele spins sich wieder entspannt haben, wieviele spins für eine erneute anregung bereit stehen time of echo: zeit zwischen anregung und empfang des signals
• Entstehung des Bildkontrastes MRT kurze time of repition: T1-Wichtung (Flüssigkeit dunkel Fett hell) Lange time of echo: T2-Wichtung (Flüssigkeit hell, Fett hell) kurze TE kurze TR: T1-gewichtet lange TR kurze TE: bildkontrast nur von protonendichte abhängig: PDW beides lang: T2
• Wieso kann lunge nicht mit ultraschall untersucht werden? an einer Gewebe-Luft-Grenze findet sich eine Totalreflexion (Ultraschall wird komplett zurückgeworfen) Ultrschallgel verhindert den effekt zwischen haut und ultraschallkopf
• Effekte beim Ultraschall Reflexion: einfallswinkel=ausfallswinkel anteil der reflektion hängt ab von den eigenschaften beider medien. -->schallwellenwiderstand. (Bei gleichem Schallwellenwiderstand findet keine reflexion statt.) zwischen weichteilgeweben ist nur ein unterschied von wenigen prozenten. lufthaltig = totalreflexion. Brechung: zu vernachlässigen da schallgeschwindigkeiten im weichteilgewebe nur gering differieren. Streuung: an rauen gewebsgrenzen und kleinen inhomogenitäten kleine anteile des Strahls in verschiedene richtungen. große bedeutung denn schräng angeschaute und gekrümmte grenzflächen werden dargestellt. Glatte Grenzflächen werden nur dargestellt wenn man sie senkrecht anschaut. Beugung: hinter einem für US undurchlässigen gewebe entsteht ein Schallschatten. jedoch nie ganz scharf begrenzt, da durch beugung der schallwellen an den kanten des hindernis ein gewisser anteil an schall in den geometrischen schattenbereich gelangt. beugungsanteil wächst mit wellenlänge
• ultraschall welcher bereich und art von wellen Schallwellen oberhalb des menschlichen gehörs  20 kHz bis 100 Mhz Dichteschwankungen in einem elastischen medium kein schall im vakuum!
• Worauf beruht erzeugung und nachweis von ultraschall?` Auf dem piezoelektrischen Effekt zusammenspiel zwischen mechanischen Druck und elektrizität Bei kompression von geeigneten kristallen --> umlagerung der ladungsträger --> elektrischer effekt im Ionengitter (direkt) elektrische Spannung an Kristalle ---> Kristall reagiert mit kontraktion bzw drehung. (indirekter Effekt) --> Erzeugung von Ultraschall
• Direkter piezoelektrischer Effekt Kristalle werden durch Kompression umgelagert und dadruch entsteht elektrisches Feld --> aufnahme der aus gewebe zurückkehrender Schallwellen
• indirekter Piezoeffekt elektrische spannung an kristalle --> kontraktion oder drehung -->schwingen --> Ultraschallerzeugung
• Was machen schallwellen mit molekülen? Sie bringen sie zum oszillieren (um ruhepunkt schwingen) Schallwellen transportieren energie durch ein medium ohne weiterbewegung der moleküle in ruhenden gasen und flüssigkeiten nur longitudinalwellen, in festkörpern durch teilchenbewegung auch transversalwellen wichtig für ultraschall: longitudinalwellen
• wovon ist die frequenz bei US abhängig? vom kristall im ultraschallkopf einzelfrequente vs multifrequente schallköpfe 1 zyklus / sek --> 1 Hertz 1 mio zyklen pro sek --> 1 Mhz
• Wie schnell pflanzt sich ultraschall im fettgewebe fort? mit schallgeschwindigkeit 1540m/Sek
• Akustische impedanz gewbewiederstand der überwunden werden muss um die moleküle in bewegung zu versetzen aussage über tramsmissions und reflexionsverhalten eines gewebes. Große impedanzunterschiede: Reflexion Geringe Impedanzunterschiede: Transmission

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