Aufbau Röntgengerät - Medizinische Fakultät Mannheim
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RUPRECHT-KARLS-<br />
UNIVERSITY HEIDELBERG<br />
Computer Assisted Clinical Medicine<br />
Dr. Frank Zöllner<br />
4/27/2010 | Page 62<br />
Physikalische Grundlagen der<br />
Röntgentechnik und Sonographie<br />
<strong>Aufbau</strong> der Röntgenapperatur<br />
Frank Zöllner<br />
Computer Assisted Clinical Medicine<br />
Faculty of Medicine <strong>Mannheim</strong><br />
University of Heidelberg<br />
Theodor-Kutzer-Ufer 1-3<br />
D-68167 <strong>Mannheim</strong>, Germany<br />
Frank.Zoellner@MedMa.Uni-Heidelberg.de<br />
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Computer Assisted Clinical Medicine<br />
Dr. Frank Zöllner<br />
Genereller <strong>Aufbau</strong> eines Röntgengeräts<br />
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• Strahler (Röntgenröhre)<br />
• Generator<br />
• Detektor<br />
• (Digitale Bildaufnahme)<br />
• Peripheriegeräte<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
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Schema einer Röntgenröhre<br />
Bremsstrahlung<br />
Charakteristische Strahlung<br />
Fenster: 2,5 mm Al<br />
60 V<br />
50 kV<br />
www.uni-tuebingen.de/uni/pki/skript_ppt_07/Roe_Tech_Med.ppt<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
Röntgenröhre (statische Anode)<br />
4/27/2010 | Page 65<br />
• Kathode (“sendet” Elektronen)<br />
- Besteht aus Wolframdraht<br />
- Elektronenemission nur<br />
abhängig von der Temperatur<br />
- Heizstrom<br />
• Anode (bremst Elektronen)<br />
- Umwandlung in elektr. magn.<br />
Wellen<br />
- es entsteht Wärme (99%)<br />
- Heizt Anode auf, spezielles<br />
Anodenmaterial nötig<br />
Schema Röntgenröhre mit fester Anode<br />
Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
Röntgenröhre (Drehtelleranode)<br />
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Thurn and Bücheler. „Einführung in die diagnostische Radiologie“, Thieme 1992<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
Röntgenröhren<br />
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Pressler Röhren<br />
More modern rotating Anode X-Ray tubes<br />
A Siemens and a Nago mid 20th century.<br />
Siemens Kenotron HV X-Ray<br />
rectifying tube.<br />
125 KV 1400mA used for X-Ray<br />
power supply.<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
Röntgenröhre – En detail<br />
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• Kathode:<br />
- Heizstromkreis<br />
• Aufheizung der Kathode (ca.<br />
2000 C)<br />
• Bewirkt Austreten der<br />
Elektronen aus dem Metall<br />
- Röhrenstromkreis<br />
• Beschleunigung der Elektronen<br />
• Wird vom Heizstromkreis<br />
reguliert<br />
- Wolframdrahtspirale<br />
• Entspricht Glühlampenspirale<br />
• Sehr belastbar, gute<br />
Leitfähigkeit<br />
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Röntgenröhre – En detail (II)<br />
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• Fokusierungseinrichtung<br />
- Bündelung der Elektronen<br />
- Brennfleck kleiner als<br />
Elektronenemitter<br />
- Erfolgt im elektrischen<br />
Feld zwischen Kathode<br />
und Anode<br />
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Drehteller Anode<br />
4/27/2010 | Page 70<br />
Drehtelleranode: 1 Kathode, 2 Elektronenstrahl, 3 -5<br />
Brennflecken, 6 Anodenteller<br />
Schema einer Drehtelleranode<br />
1 Glühkatode, 2 Drehtelleranode<br />
Typische Rotation: 3.000 / min<br />
Typische Brennfleck<br />
Temperatur: > 2000 °C<br />
Anodenmaterial: Wolframlegierungen<br />
Bei Mammographie: Molybdän<br />
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Röntgenröhre mit Drehtelleranode<br />
4/27/2010 | Page 71<br />
60 kV<br />
2,5 mm Al<br />
Filter<br />
www.uni-tuebingen.de/uni/pki/skript_ppt_07/Roe_Tech_Med.ppt<br />
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Anodenmaterial<br />
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• Qualitätskriterien:<br />
- Wirkungsgrad der Strahlenausbeute<br />
- Maximal spezifische Belastung<br />
- Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit<br />
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Drehteller Anoden<br />
4/27/2010 | Page 73<br />
a) 2 Schichtverbundanode: Wolfram-<br />
Rhenium-Legierung und Molybdän<br />
b) 2 Schichtverbundanode: Wolframrhenium-Legierung<br />
und dicke<br />
Molybdän Schicht<br />
c) 3 Schichtverbundanode: Wolfram-<br />
Rhenium, Molybdän, Graphit<br />
d) 3 Schichtverbundanode: Wolfram-<br />
Rhenium, Wolfram, Molybdän-<br />
Zirkonium-Titan<br />
e) 2 Schichtverbundanode: entspannter<br />
Anodenteller, Wolfram-Rhenium und<br />
Molydbän<br />
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Brennfleck<br />
4/27/2010 | Page 74<br />
Elektronischer Brennfleck: Schnittfläche des Elektronenstrahls mit der<br />
Anodenoberfläche<br />
Fokus: Zentrum (der Fläche) des elektronischen Brennflecks<br />
Thermische Brennfleck: Fläche der Anode, die vom Elektronenstrahl getroffen wird<br />
Optischer Brennfleck: rechtwincklige Projektion des elektronischen Brennflecks auf<br />
einezum Zentrahlstrahl senkrechte Ebene<br />
Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995<br />
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Brennfleck<br />
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• Anodenneigungswinkel:<br />
- Neigung der Anodenfläche im<br />
Brennfleck<br />
• Modifizierung des opt.<br />
Brennflecks<br />
- Projektive Verkleinerung<br />
• Beeinflusst die geometrische<br />
Unschärfe<br />
Brennfleckgeometrie bei<br />
verschiedenen Ausstrahlrichtung,<br />
Zentralstrahl senkrecht zum<br />
Betrachter<br />
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Sicherheitsaspekte<br />
4/27/2010 | Page 76<br />
• Was passiert bei einer Überlastung der Röhre?<br />
• 3 Methoden:<br />
- Ölausdehnungsschalter (Röhrengehäuse),<br />
Öl in Röhre wird stark erhitzt, dehnt sich aus und löst<br />
Schalter aus<br />
- Temperaturüberwachung der Anode<br />
- Röhrennomogramm (Belastbarkeitsdiagramm)<br />
höchstmögliche Röhrenleistung gegen Belichtungszeit<br />
• Führt in allen Fällen zur Abschaltung der Anlage<br />
• Wiederbetrieb erst nach Abkühlung<br />
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Zusammenfassung<br />
4/27/2010 | Page 77<br />
• Kathode:<br />
- Wolframdraht<br />
- Heizstromkreis<br />
- Fokussiereinheit<br />
• Anode:<br />
- Drehteller<br />
- Molybdänlegierungen<br />
- Brennfleck<br />
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Heel - Effekt<br />
4/27/2010 | Page 78<br />
Intensitätsverteilung eines Strahlenkegels,<br />
Wolframanode<br />
• Anodenseitige Schwärzung im<br />
Strahlenkegel ist geringer<br />
(Anoden-schatten) als die<br />
kathoden-seitige<br />
• Je kleiner Anodenwinkel, um so<br />
größer Dosisabfall<br />
• Objekte mit ungleicher Dicke<br />
sollten das Dickere Element<br />
kathodenseitig plaziert werden<br />
• Heel-Effekt wird reduziert wenn<br />
größerer Objekt-Film-Abstand<br />
gewählt wird<br />
Schaaffs. Handbuch der Physik, Band XXX, Springer 1957<br />
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Heel-Effekt<br />
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Heel-Effekt<br />
4/27/2010 | Page 80<br />
Kann der Heel – Effekt auch als positive<br />
Eigenschaft genutzt werden ?<br />
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Hochspannungserzeugung<br />
4/27/2010 | Page 81<br />
• Weiterer Bestandteile für die Röntgenstrahlerzeugung<br />
- Konventionelle Generatoren<br />
• Transformator<br />
• Hochspannungsgleichrichter<br />
• Schaltautomatiken<br />
- Hochfrequenzgenerator (Konvertergenerator)<br />
• Benötigt um Elektronen von Kathode nach Anode zu<br />
beschleunigen/ senden<br />
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Schaltbild Röntgenanlage<br />
4/27/2010 | Page 82<br />
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Schema Konvertergenerator<br />
4/27/2010 | Page 83<br />
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Dr. Frank Zöllner<br />
Zusammenfassung: Röntgenröhre<br />
4/27/2010 | Page 84<br />
•Röntgenröhre<br />
•Drehtelleranode<br />
•Brennfleck<br />
•Heel-Effekt<br />
•Konvertgenerator<br />
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