Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung 

SE+ MED 

4. Semester 

Werner Backfrieder 

Backfrieder-Hagenberg 

Physik der Röntgenstrahlung 

• C.W. Röntgen entdeckt 1895 

x-Strahlen, Würzburg, Experimente 

mit Kathodenstrahlröhre 

• Beginn der modernen Physik 

• Elektron durch Spannung beschleunigt 

– Energie: E=Ue 

• Elektronen an Anode abgebremst 

• Energie umgewandelt in Strahlung 

– Bremsstrahlung 

hc 

– Minimale Wellenlänge 

λmin 

= 

– Medizin E

Röntgenspektrum 



• Spektren mit 

verschiedener 

Beschleunigungsspannung 

• Charakteristische 

Linien überlagern 

Bremsspektren 

• Minimale 

Wellenlänge sinkt 

mit steigender 

Energie 

Charakteristische Strahlung 

• Hüllenelektronen werden von ankommenden 

Elektronen aus der Bahn geschleudert 

• Bremsstrahlung regt Atomhülle an 

– Innere Elektronen werden auf höhere Schalen 

gehoben 

• Bei Rückkehr in Grundzustand wird Quant 

mit charakteristischer Energie abgestrahlt 

Link zu Animation 

2

Historie 

• Historischer Versuchsaufbau im 

Labor in Würzburg 

Historie 

• Guido Holzknecht 


• Pionier der Röntgendiagnostik 

• Gründung Zentralröntgenlabors im AKH-Wien (1914) 


Bedeutung 

für Medizin 

bald erkannt. 

3

Röntgenröhren 

Röntgenspektrum 



Elektronen werden durch eine 

Hochspannung (Röhrenspannung) 

beschleunigt und treffen auf die 

Anode (Wolfram) auf. 

Beim Abbremsen der Elektronen 

entsteht Röntgenstrahlung: 

Bremsstrahlung (kontinuierliches 

Spektrum) und charakteristische 

Strahlung (Linienspektrum). 

Hohe Wärmebelastung: 

Verwendung von Drehanoden 

• Die Röhrenspannung bestimmt: 

• die Energie und Intensität der Röntgenstrahlung 

• den Bildkontrast 

• die Dosisbelastung 

4

I I e µ 

= 

. 

0 . 

x − 

Absorption der Röntgenstrahlung 

I 0 

Schwächungsgesetz für Röntgenstrahlung 

x 

I(x) 

I(x) = I 0 . e -µ.x 

µ: Linearer Schwächungkoeffizient, hängt ab von 

Röntgenenergie (Absorption nimmt mit steigender Energie ab) 

Ordnungszahl Z der Atome (Absorption nimmt mit Z³ zu) 

Die Schwächung der Röntgenstrahlung wird damit bestimmt durch: 

• Energie der Röntgenstrahlung ( Röhrenspannung) 

• elementare Zusammensetzung des Absorbers 

• Dichte des Absorbers 

• Dicke des Absorbers Backfrieder-Hagenberg 

Elementare Zusammensetzung 

Art der chemischen Verbindung ist für die Absorption der Röntgenstrahlung 

unerheblich Dichte und (vor allem höhere) Ordnungszahlen Z 

Fettgewebe 

1H: 11,2 

C: 59,8 

6 

7 

8 

N: 0,7 

O: 27,8 

11 

16 

17 

Na: 0,1 

S: 0,1 

Cl: 0,1 

Dichte: 0,95 g/cm³ 

(Rel. Elementanteil in %.Gewicht) 

• Skelettmuskel 

• 1H: 10,2 

• 6C: 14,3 

• 7N: 3,4 

• 8O: 71,0 

• 11Na: 0,1 

• 15P: 0,2 

• Dichte: 1,05 

g/cm³ 


Kortikaler Knochen 

1H: 3,4 

6C: 15,5 

7N: 4,2 

8O: 43,5 

15P: 10,3 

16S: 0,3 

Ca: 22,5 

20 

Dichte: 1,92 g/cm³ 

5

Aufzeichnung der Röntgenstrahlung 

• Registrierung der Röntgenstrahlung 

(Bildaufzeichnung) mit 

• Verstärkerfolien: Seltene Erden 

(S.E.)-Leuchtstoffe 

• Röntgenfilm: photographische 

Emulsion beidseitig 

Absorbierte Röntgenstrahlung 

erzeugt Licht wird vom Film 

registriert 

Bildschärfe ~ 3-9 Lp/mm 

Röntgenstrahlung 

Verstärkerfolie 

Röntgenfilm 

Verstärkerfolie 



Rö.Strahlen 

Schwärzungskurve 

geringe hohe 

mittlere mittlere 

starke geringe 

Schwächung Schwärzung 

6

Dicke, mm 

Aluminium 

70 kV 

100 kV 

Objekte aus gleichem Material - 

verschiedene Dicke 

1 10 19 


Röhrenspannung Bildkontrast 

• Bildkontrast ist abhängig von der Röhrenspannung: Bildkontrast 

nimmt mit zunehmender Röntgenenergie ab. 

70 kV 


110 kV 

7

Bildqualität 

• Bildschärfe: entsprechend der radiologischen Fragestellung auszuwählen 

(Optimierung: schärfere Aufnahmen höhere Strahlendosis) 

Hand von Fr. Röntgen, 22. Dez. 1895 

Bildqualität 



2002 

• Bildrauschen: einzelne registrierte Röntgenquanten werden als 

‚Pünktchen‘ nachgewiesen Quantenrauschen 

Das Quantenrauschen nimmt mit 

zunehmender Patientendosis ab, 

die Erkennbarkeit von Bilddetails 

aber zu. 

Bildqualität ~ Patientendosis 

Dosis 

8

Zentralprojektion 

Patient 

Vergrösserung 

Fokus 

Filmkassette 

115 cm 

• Röhrenfokus: Ausgangspunkt 

der Röntgenstrahlung 

• Vergrössernde Abbildung: für 

einen bestimmten Fokus-Film- 

Abstand (FFA) wird das Bild b 

grösser, wenn der Gegenstand g 

vom Film weiter entfernt ist. 

• Vergrösserungsfaktor v: 

• v = FFA / FOA 

• (FOA: Fokus-Objekt-Abstand) 


95 cm 

20 cm 


Typische Anordnung für 

eine Röntgenaufnahme: 

Eintrittsseite: 

v = 115/95 = 1,21 

Austrittsseite: 

v ~ 1 

Unterschiedliche Vergrösserung 

für die Bilddetails 

in einer Aufnahme 

9

Quader 

Verzerrungen 

Fokus 

Filmkassette 

Abbildung eines Quaders 

Großer Abstand bei verzerrungsarmen Backfrieder-Hagenberg 

Aufnahmen nötig (Thoraxaufnahmen). 

Zentralprojektion 


• Überlagernde Abbildung 

aller Objekte im 

Strahlengang: 

• Position und Größe der 

Objekte kann in der 

Zentralprojektion nicht 

eindeutig aufgelöst 

werden 

10

Darstellung in zwei oder mehr Ebenen 


Projektion 

a/p seitlich 

Röntgenaufnahmen - Bildinformation 

• Anatomische bildhafte Information in 

überlagerter Darstellung; die Abbildung der 

Grösse und Lage von Organen, sowie anderer 

Bilddetails wird bestimmt durch: 

• Dichte des Organs 

• Dicke des Organs 

• elementare Zusammensetzung des Organs 

• Einstelltechnik und Projektionsrichtung 

• die radiologischen Untersuchungs-bedingungen 

(Röhrenspannung, Bildschärfe, Gerätetechnik) 


11

Durchleuchtung 

• Darstellung bewegter Vorgänge (z.B. GI-Trakt, Angiographie) und für 

radiologische Interventionen. 

Bildaufzeichnung: Bildverstärker Fernsehkamera 

Computer Monitor 


Kontrastanhebung - Kontrastmittel 

Durch den geringen Bildkontrast innerer Organe und die überlagerte 

Darstellung sind Kontrastmittel zur Verbesserung des Kontrasts 

erforderlich. 

Positiv-Kontrast: hohe Röntgenschwächung (höhere Ordnungszahl) 

BaSO4 für Magen-Darm-Trakt (unlöslich) (Z=56); 

Jod-hältige Kontrastmittel für die Angiographie, etc. (Z=53). 

Negativ-Kontrast: geringere Röntgenschwächung (geringe Dichte) 

Luft, CO2 , etc. (z.B. Füllung von Magen oder Darm mit CO2 ) 

Doppelkontrast: Anwendung beider KMs (Gastrointestinale 

Untersuchungen) 


12

Organ 

Kontrastanhebung durch 

Bildsubtraktion 


Röntgenbild (Überlagerung 

aller Strukturen) 

Digitale Subtraktionsangiographie 

(DSA) 

Füllungsbild – Maske = Subtraktionsbild 

- = 


13

DSA 

DSA 

Artefakte durch 

Bildsubtraktion 

möglich: 

Bewegung von: 

Organen (z.B. 

Darmbewegung) 

Patient 

Darstellung invertiert: Kontrastmittel 

hohe Absorption ‚schwarz‘ 


Maske Subtr. vor KM-Einstrom 


Subtraktionsbilder 

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Röntgenstrahlung

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