Konventionelle Röntgentechnik

Die Entdeckung des „Unsichtbaren Lichtes“ 1895 durchWilhelm Conrad Röntgen ermöglichte erstmals unblutige Einblicke in den lebenden Körper und eröffnete für Medizin und Technik nie gekannte Perspektiven.

Die klassischen Röntgenanlagen bestanden aus den folgenden Komponenten:
der Röntgenröhre
dem Generator, der die erforderliche Spannung produziert
dem Bildempfänger (Film, Bildverstärker, Detektor), der die Strahlung in ein Bild umwandelt
dem Durchleuchtungsgerät

Mittels der Röntgenstrahlen entstehen Bilder des Körperinneren, die sog. Schattenbilder. Die Stärke der Absorption von Röntgenstrahlen nimmt mit der Dichte des Materials und der Ordnungszahl der Atome zu.

Für die Aufnahme von Röntgenbildern des menschlichen Körpers nutzt man aus, dass Röntgenstrahlen von unterschiedlichem Gewebe verschieden absorbiert werden. Wegen des Dichteunterschieds absorbieren Weichteilgewebe wesentlich stärker als lufthaltige Gewebe. Knochen heben sich wegen ihres Calciumgehalts sehr stark von Weichteilgewebe ab.

Wie werden Röntgenstrahlen erzeugt?

Röntgenstrahlen entstehen, wenn Elektronen, die durch elektrische Felder auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wurden, durch Aufprall auf Materie abgebremst werden. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird eine Röntgenröhre verwendet. In dieser Glasröhre befindet sich eine Drahtspirale aus hitzebeständigem Wolframdraht, die Glühkathode. Diese wird durch elektrischen Strom auf rund 2000 Grad Celsius aufgeheizt, so dass Elektronen aus der Spirale austreten.

Zwischen der Glühkathode und einem weiteren elektrischen Kontakt, der Anode, wird eine elektrische Hochspannung angelegt. Wenn nun die Röhre evakuiert ist, so dass die Elektronen nicht mit Luftteilchen zusammenstoßen, dann werden die Elektronen auf dem Weg zur Anode auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Beim Aufprallen auf die Anode, die meist auch aus Wolfram besteht, werden die Elektronen abgebremst und erzeugen dabei Röntgenstrahlen.

Wie entsteht ein Röntgenbild?

Schon Röntgen hatte bei seinen ersten Versuchen festgestellt, dass normale fotografische Filme für Röntgenstrahlen empfindlich sind. Deshalb können solche Filme - wenn sie von sichtbarem Licht abgeschirmt werden - für Röntgenaufnahmen benutzt werden. Allerdings sind die Filme für Röntgenstrahlen nicht sehr empfindlich, nur rund ein Prozent der Strahlung wird von einem Film absorbiert, die meiste Strahlung dringt durch sie hindurch, ohne eine Schwärzung hervorzurufen.

Um trotzdem eine ausreichende Belichtung des Films zu erreichen, wäre also eine hohe Strahlendosis nötig. Um die Dosis zu verringern, wandelt man die Röntgenstrahlen mit Verstärkungsfolien in sichtbares Licht um. Sie enthalten Leuchtsubstanzen, als Lumineszenzstoffe bezeichnet, die bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen sichtbares Licht aussenden.

Wenn Röntgenstrahlen durch den menschlichen Körper dringen, werden sie nicht nur absorbiert, sondern zum Teil gestreut, sie ändern also ihre Ausbreitungsrichtung. Diese Streustrahlung überlagert wie ein Schleier das Röntgenbild und vermindert so den Kontrast. Die Intensität der Streustrahlung nimmt mit dem durchstrahlten Volumen zu, sie ist daher bei Untersuchungen des Bauchraumes ein besonderes Problem. Das wichtigste Mittel zur Verminderung von Streustrahlung ist das Streustrahlenraster (Röntgenkollimator). Es besteht aus Bleilamellen, die sich zwischen strahlendurchlässigen Abdeckplatten befinden und direkt auf die Röntgenkassette aufgelegt werden. Die Lamellen sind in Richtung des Verlaufs der direkten Röntgenstrahlung ausgerichtet, so dass die Streustrahlung, die aus anderen Richtungen auftrifft, größtenteils absorbiert wird.

Die Röntgendurchleuchtung

Eine weitere Methode der Röntgenuntersuchung ist die Durchleuchtung. Dabei wird die durch den Patienten gehende Röntgenstrahlung direkt sichtbar gemacht, und das Bild kann wie ein Film beobachtet werden. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass die Durchstrahlrichtung während der Untersuchung verändert werden kann und Organbewegungen direkt verfolgt werden können.

Digitale Aufnahme und Speicherung von Röntgenbildern

Die Möglichkeit, Bilder nicht auf Röntgenfilmen, sondern in digitaler Form aufzuzeichnen und in einem Computer zu speichern, ist ein großer Fortschritt für die Röntgendiagnostik. Während beim konventionellen Röntgen der Röntgenfilm sowohl als Detektor für die Röntgenstrahlung als auch als Speichermedium und als Betrachtungsmedium fungiert, lassen sich diese Bereiche bei digitaler Aufzeichnung voneinander trennen und einzeln optimieren.

Die digitale Lumineszenzradiographie arbeitet mit Speicherfolien als Röntgendetektoren. Sie sind ähnlich wie Verstärkungsfolien aufgebaut, allerdings wandeln sie die Röntgenstrahlung nicht sofort in sichtbares Licht um, sondern speichern die Bildinformation für längere Zeit.

Der Hauptvorteil der Speicherfolien ist, dass sie weit weniger empfindlich gegen Fehlbelichtungen sind als Röntgenfilme. Außerdem lässt sich das gespeicherte Bild im Computer beliebig bearbeiten. So kann zum Beispiel im Nachhinein der Kontrast verändert werden, ohne dass eine neue Röntgenaufnahme nötig ist. Zur Dokumentation können solche Bilder mit einer Laserkamera auf Folien belichtet werden, die dann kaum von Röntgenfilmen zu unterscheiden sind.

Wichtig ist die digitale Durchleuchtung auch bei Methoden der interventionellen Radiologie: Hier werden mittels Kathetern Eingriffe am Herzen oder an Blutgefäßen vorgenommen. Beispielsweise werden verengte Blutgefäße mittels Ballonkathetern aufgedehnt oder Blutgerinnsel mit über Katheter applizierten Medikamenten aufgelöst. Diese Eingriffe müssen ständig mit Röntgenbildern überwacht werden. Durch digitale Durchleuchtung ist im Vergleich zur konventionellen Durchleuchtung eine Reduktion der Strahlendosis möglich, und durch nachträgliche Bildbearbeitung kann Kontrastmittel eingespart werden.