Medische beeldvorming hoorcolleges
Hoorcollege 1: Radiography 06/09/2001
Introductie
Grootheid van spanning: potentiaalverschil
Eenheid van spanning: volt
Grootheid van stroom: bewegende lading
Eenheid van stroom: Ampère
Bij straling wordt gekeken naar deeltjesgedrag versus elektromagnetische golven.
Bindingsenergie: energie dat dat vrijkomt bij het vormen van een binding.
Ionisatie = elektron gaat uit een atoom
Excitatie = elektron gaat naar hogere baan binnen het atoom
Aangeslagen toestand = emissietoestand
Energie van een foton: 𝐸 =ℎ∗𝑣 met h = constante van plank
v = frequentie
Golflengte EM-straling: 𝜆 = ℎ/𝑐 met c = lichtsnelheid
Verschil tussen röntgen en gammastraling dat is er alleen bij het moment van gebruik, bij detectie zit
er geen verschil in. Gammastraling is afkomstig van een bepaalde stof (nucleaire stofjes) en Röntgen
wordt opgewekt door een buis (cyclotron). Dus tenzij je weet waar de EM-straling vandaan komt is
het niet bekent met wat voor straling je te maken hebt.
Röntgenbuis
Elektronen in een Röntgenbuis worden gemaakt door een gloeidraad. Wil je meer elektronen dan
laat je het gloeidraadje harder gloeien. De elektronen steken over naar het target punt (de focus)
waar ze naartoe worden versnelt doormiddel van een potentiaalverschil. Elektronen komen op het
Wolfraam waardoor er Röntgenstraling uitkomt.
Remstraling
Wat gebeurt er als een elektron dat metaal binnendringt?
Negatieve lading van het elektron wordt aangetrokken door de positieve kern van het metaalatoom
waardoor het wordt afgebogen. Als dit zodanig sterk gebeurt dat zal deze rondjes om de kern gaan
draaien. Op het moment van afbuigen ontstaan en Röntgenfotonen welke allemaal verschillend zijn
door het ontstaan uit verschillende afbuiging van de elektronen.
De Röntgenfotonen hebben geen directe interactie met elkaar en kunnen in feite dwars door
elkaar heen gaan.
Welk Röntgenfoton zal de meeste energie hebben? Het Röntgenfoton dat ontstaat uit het sterkst
afgebogen (afgeremd) elektron.
Wat is het maximum dat een bewegend elektron aan energie kan afgeven? Een elektron is een
eenheidsdeeltje en betekent dat de lading van een elektron niet minder wordt naarmate het zijn
energie afgeeft. De energie komt daarom ook uit bewegingsenergie en betekent dat na afbuigen de
elektron trager gaat bewegen dan ervoor. De maximale omzetting van bewegingsenergie in
Röntgenfoton is het maximum wat je eruit kan krijgen wanneer de gemiddelde snelheid van het
elektron gelijk is aan 0 omdat dan alle bewegingsenergie kan worden overgedragen aan het foton.
Dit is te beïnvloeden door het spanningsverschil in de Röntgenbuis te veranderen. Dit is het
spanningsverschil tussen de plek waar de elektronen uitkomen en de buis waar het opkomt.
Op een gegeven moment komen de elektronen op een bepaalde snelheid waarbij ze niet meer te
onderscheiden zijn met de elektronen in het metaal waardoor ze niet meer Röntgenstraling af
,kunnen geven. Hoe hoger het potentiaalverschil; hoe hoger de versnelling van de elektronen; hoe
meer energie de elektronen bevatten.
➔ Aantallen fotonen die binnen het target ontstaan. De elektronen worden
aangetrokken met net iets meer dan 80 kV omdat dat het maximale voltage is
die de fotonen kunnen hebben. Dit is te zien als de rechte grijze lijn. De zwarte
lijn is wat er daadwerkelijk uitkomt. De pieken hebben te maken met heet
vrijmaken van de elektronen en de excitatie uit de schil en zitten daarom
rondom de bindingsenergie van de schillen. Na een top is een daling te zien.
Hoe komt het dat de Röntgenfotonen met lagere energie niet uit de
Röntgenbuis komen? Dit heeft te maken met de verzwakking van het
materiaal, dit zit in het Wolfraam, maar je hebt ook een bepaalde energie
nodig om uit dat Wolfraam te komen en een energie nodig om de buis in te
komen omdat het daar binnenin vacuüm is.
Het is een karakteristiek van de buis: hoe dik die is, hoe groot die is en hoe groot het venster is.
Dit wordt weergegeven door de zwarte lijn en is dus anders dan de verwachte grijze lijn omdat
de vrijgekomen fotonen afhankelijk zijn van de Röntgenbuis die je hebt.
Parameters van invloed op de Röntgenstraling
- Buisstroom = de bewegende lading die van katode naar anode gaat. Dit aantal wordt beïnvloedt
door het verwarmen van het gloeidraadje waardoor er meerdere elektronen vanaf komen.
- Buisspanning: Energie van de elektronen; kVp (kilo Volt piek)
- Efficiëntie
- Filtering, de eigen filtering is het venster dat voor de buis zit dat ander materiaal wegvangt, dus de
deeltjes die door het materiaal zelf worden weggefilter. Je hebt ook nog Inherente en additieve
filtering waarbij er extra materiaal wordt voorgezet om het Röntgenspectrum te filteren. Dit doen
we om zo weinig laag energetische energie te hebben omdat deze achterblijft in de patiënt en er niet
meer uitkomt en alleen maar schadelijk is. Hier heb je in de praktijk dus niets aan.
→ Verschillende mAs is meerdere
elektronen. Typisch getal mAs = milli ampère seconde met de Ampère van de buisstroom en de
secondes van de lengte van de straling, dus hoe lang er straling wordt gegeven. We willen korte
foto’s maken omdat het anders oneindig bewogen is en zitten daarom ergens in de orde grootte van
milliseconde.
Interacties
A = hoeveel Röntgenstraling er uit een buis komt
B = hoeveel straling er uit de patiënt komt als we de Röntgenstraling door de patiënt sturen
Er is te zien dat voor de straling met heel veel energie deze allemaal dwars door de patiënt heengaat
(of voor het voornamelijk deel). Krachtigere Röntgenstraling gaat dus makkelijker door de patiënt en
,draagt dus weinig bij aan het maken van de afbeelding. Aan de
linkerkant zie je juist dat er niets uit de patiënt komt van de straling.
Wat is het nu om dit de patiënt in te sturen? Die is er niet en daarom
willen we deze straling uit de buis wegvangen zodat deze niet bij de
patiënt terechtkomt. Hiervoor is het filter bedoelt die we hierboven
bespraken die laag energetische straling uit de buis weg filtert.
Laag energetische fotonen en de hoog energetische fotonen (ook wel
het zachte en het hardere gedeelte van het spectrum) is dus niet van
belang voor de patiënt.
Stralingskwaliteit van de röntgenbundel
- Zo min mogelijke harde en zachte straling voor hoge kwaliteit
Definitie harde en zachte straling = doordringend vermogen van de bundel en is afhankelijk
van de kVp, de filtratie en de generator. De praktische maat hiervoor is de halveringsdikte.
Interacties röntgenbundel met materie
- Compton verstrooiing
Een röntgenfoton maakt elektronen uit de buitenste schil van het atoom los
wanneer het interacteert (letterlijk botst) met een elektron op de buitenste
schil van het atoom. Hierbij ontstaat een gescatterde foton en een
gescatterde elektronen welk een vrij elektron heet en in dit specifieke geval
een Compton elektron. Deze heeft nu kinetische energie en is een elektron
met een bepaalde snelheid en kan weer meerdere atomen ioniseren, maar
je krijgt binnen enkele micrometers recombinatie waarbij het elektron weer
ingevangen wordt. Alles is dan weer zoals het normaal is alleen dan met een
gescatterde foton. Dit soort verstrooiing heeft de meeste verstrooiing in
diagnostische setting (tentamenvraag).
- Foto-elektrische effect (absorptie)
Een X-ray foton maakt een elektron in de binnenste schil van het atoom los. Meestal de K-schil. Alle
energie van het foton wordt hierbij overgedragen naar het elektron omdat deze veel sterker
gebonden zit en alle energie nodig is om het elektron uit de binnenste schil te stoten. Dit is weer een
vrij elektron maar heet hierbij een foto-elektron.
𝐸𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 − 𝐸𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔
Er is nu een gat aan de binnenkant in ene schil ontstaan waardoor er een elektron van een hogere
elektron naar een lagere elektron valt; karakteristieke straling. Dit effect levert de meeste bijdrage
aan het contrast bij de diagnostiek.
, - Coherente verstrooiing (Rayleigh scattering)
Het laag energetische röntgenfoto komt binnen en interacteert met het
gehele atoom waarbij er geen absorptie van energie door het atoom
ontstaat. Het röntgenfoto houdt op met bestaan en aan de andere kant
komt er weer een röntgenfoto uit met een mogelijk andere hoek. De
hoekafwijking die ontstaat doordat er trilling is van het atoom door de
interne warmte van het atoom. Deze hoekafwijking ontstaat zonder dat
de energie van het foton verdwijnt.
- Paarvorming (hoort eigenlijk niet helemaal bij Röntgen)
Deze treedt op vanaf 1,022 MeV. Hierbij interacteert het röntgenfoton met
de kern die vervolgens de energie van het foton omzet in een elektron en
een positief geladen elektron waardoor het geladen gelijk blijft, maar er
massa gecreëerd wordt. Er vindt dus een omzetting van energie naar
massa plaats. Het positron reageert met het eerste elektron dat het
tegenkomt. Dit gebeurt omdat er 2x 511 KeV fotonen worden
geproduceerd welke in tegengestelde richting worden weggeschoten en is
de annihilatie. Het foton reageert met de eerst tegenkomende elektron
dat het tegenkomt waarbij een positieve en negatieve elektron in
tegengestelde richting uitgezonden wordt. Dit wordt toegepast in PET. Uit
de lijn waarin deze botsing gebeurt en ook de positie op de lijn kan je de
tijd achterhalen waar het gebeurt.
Interacties
Statistiek: Elk foton heeft statistisch gezien een kans op interactie, maar alle interacties komen voor
zolang de onderste drempel maar gehaald wordt (zoals bij paarvorming)!
Een röntgenbundel heeft een statische verdeling van interacties waarbij 10^16 röntgenfotonen zijn
betrokken. Dit is het aantal fotonen dat door de buis worden uitgezonden.
Zeff = de gemiddelde Z van een stukje weefsel.
➔ relatieve belang foton interactie processen als functie van
fotonenergie E en atoomnummer Zeff.
Voor radiologie gebruiken we de range van 20 tot 140 keV in
energieën. Hier is vooral het comptoneffect en het foto-elektrisch
effect dominant. Het zwaarte van je weefsels telt ook mee in
hoeveel het nog voorkomt. Dus hoe groter de Z heeft invloed op het
effect dat dominant is.
Wisselwerking met materie I
→ Voorbeeld: Er is een blok met materie wel een enkel verzwakking
heeft met nog een kleiner blok erin welke een andere verzwakking
heeft. Wat is het contrast tussen de verschillende intensiteiten. De
eerste intensiteit is de intensiteit die je erin stuurt maal de e-macht
met mu waarin je de verschillende diktes bij elkaar optelt.
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper bodilebosboom. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €14,49. Je zit daarna nergens aan vast.
