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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 69 I Datum
Aufbau der Röntgenapperatur 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 70 I Datum
Genereller Aufbau eines Röntgengeräts
! Strahler (Röntgenröhre) ! Generator ! Detektor ! (Digitale Bildaufnahme) ! Peripheriegeräte
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 71 I Datum
Schema einer Röntgenröhre
50 kV
60 V
Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung
Fenster: 2,5 mm Al
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 72 I Datum
Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995
Röntgenröhre (statische Anode)
! Kathode (“sendet” Elektronen) " Wolframdraht
" Elektronenemission nur abhängig von der Temperatur
" Heizstrom
" Wehneltzylinder fokussiert Elektronenstrahl
! Anode (bremst Elektronen) " Umwandlung in elektr. magn.
Wellen
" es entsteht Wärme (99%)
" spezielles Anodenmaterial nötig
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 73 I Datum
Thurn and Bücheler. „Einführung in die diagnostische Radiologie“, Thieme 1992
Röntgenröhre (Drehtelleranode)
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 74 I Datum
Röntgenröhren
Pressler Röhren More modern rotating Anode X-Ray tubes A Siemens and a Nago mid 20th century.
Siemens Kenotron HV X-Ray rectifying tube. 125 KV 1400mA used for X-Ray power supply.
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 75 I Datum
Röntgenröhre – En detail Kathode: ! Heizstromkreis
" Aufheizung der Kathode (ca. 2000° C)
" bewirkt Austreten der Elektronen aus dem Metall
! Röhrenstromkreis " Beschleunigung der Elektronen " wird vom Heizstromkreis
reguliert
! Wolframdrahtspirale " entspricht Glühlampenspirale " sehr belastbar, gute
Leitfähigkeit
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 76 I Datum
Röntgenröhre – En detail (II)
Fokusierungseinrichtung (Wehneltzylinder) ! Austritt der Elektronen an der
Kathode ungerichtet
! Bündelung der Elektronen auf den Brennfleck
! anlegen zusätzlicher negativer Spannung um den Glühdraht
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 77 I Datum
Schema einer Drehtelleranode 1 Glühkatode, 2 Drehtelleranode
Typische Rotation: 3.000 / min Typische Brennfleck Temperatur: > 2000 °C Anodenmaterial: Wolframlegierungen Bei Mammographie: Molybdän
Drehtelleranode: 1 Kathode, 2 Elektronenstrahl, 3 -5 Brennflecken, 6 Anodenteller
Drehteller Anode
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 78 I Datum
Röntgenröhre mit Drehtelleranode
Zur besseren der Wärme
wird die Anode während der Strahlungsemission gedreht
60 kV 2,5 mm Al
Filter
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 79 I Datum
Anodenmaterial
Qualitätskriterien:
! Wirkungsgrad der Strahlenausbeute
! Maximal spezifische Belastung
! Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 80 I Datum
Drehteller Anoden
a) 2 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium-Legierung und Molybdän
b) 2 Schichtverbundanode: Wolfram-rhenium-Legierung und dicke Molybdän Schicht
c) 3 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium, Molybdän, Graphit
d) 3 Schichtverbundanode: Wolfram-Rhenium, Wolfram, Molybdän-Zirkonium-Titan
e) 2 Schichtverbundanode: entspannter Anodenteller, Wolfram-Rhenium und Molydbän
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 81 I Datum
Morneburg. “Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik” 1995
Brennfleck
Elektronischer Brennfleck: Schnittfläche des Elektronenstrahls mit der Anodenoberfläche Fokus: Zentrum (der Fläche) des elektronischen Brennflecks Thermische Brennfleck: Fläche der Anode, die vom Elektronenstrahl getroffen wird Optischer Brennfleck: rechtwincklige Projektion des elektronischen Brennflecks auf einezum Zentrahlstrahl senkrechte Ebene
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 82 I Datum
Brennfleck
! Anodenneigungswinkel:
" Neigung der Anodenfläche im Brennfleck
! Modifizierung des opt. Brennflecks
" projektive Verkleinerung
! beeinflusst die geometrische Unschärfe
Brennfleckgeometrie bei verschiedenen Ausstrahlrichtung, Zentralstrahl senkrecht zum Betrachter
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 83 I Datum
Sicherheitsaspekte
! Was passiert bei einer Überlastung der Röhre?
! 3 Methoden:
" Ölausdehnungsschalter (Röhrengehäuse), Öl in Röhre wird stark erhitzt, dehnt sich aus und löst Schalter aus
" Temperaturüberwachung der Anode
" Röhrennomogramm (Belastbarkeitsdiagramm) höchstmögliche Röhrenleistung gegen Belichtungszeit
! Führt in allen Fällen zur Abschaltung der Anlage
! Wiederbetrieb erst nach Abkühlung
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 84 I Datum
Zusammenfassung
Kathode:
! Wolframdraht
! Heizstromkreis
! Fokussiereinheit
Anode:
! Drehteller
! Molybdänlegierungen
! Brennfleck
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 85 I Datum
Intensitätsverteilung eines Strahlenkegels, Wolframanode
Schaaffs. Handbuch der Physik, Band XXX, Springer 1957
Heel - Effekt
! anodenseitige Schwärzung im Strahlenkegel ist geringer (Anodenschatten) als die kathodenseitige
! je kleiner Anodenwinkel, um so größer Dosisabfall
! Objekte mit ungleicher Dicke sollten das dickere Element kathodenseitig plaziert werden
! Heel-Effekt wird reduziert wenn größerer Objekt-Film-Abstand gewählt wird
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 86 I Datum
Heel-Effekt
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 87 I Datum
Heel-Effekt
Kann der Heel – Effekt auch als positive Eigenschaft genutzt werden ?
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 88 I Datum
Hochspannungserzeugung
! weiterer Bestandteil für die Röntgenstrahlerzeugung
" Konventionelle Generatoren
Transformator
Hochspannungsgleichrichter
Schaltautomatiken
" Hochfrequenzgenerator (Konvertergenerator)
! benötigt um Elektronen von Kathode nach Anode zu beschleunigen/ senden
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 89 I Datum
Schaltbild Röntgenanlage
PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 90 I Datum
Schema Konvertergenerator
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PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 91 I Datum
• Röntgenröhre • Drehtelleranode • Brennfleck • Heel-Effekt • Konvertgenerator
Zusammenfassung: Röntgenröhre