Fysica van de beeldvorming
1. Production & properties of X-rays:
Ioniserende radiatie:
X-stralen:
- EM-golven, geen massa, voortbeweging met lichtsnelheid
- Hoog-energetisch kunnen ionisaties veroorzaken (schade aan DNA) ook bij lage dosis
o Verhoogd risico op kanker
o Hoge-dosis toepassing = lokaal op huid brandwonden & haaruitval
Proberen te vermijden, niet altijd mogelijk (bv coil plaatsen op aneurysma)
- Effecten zijn permanent of tijdelijk zijn
Productie van X-stralen:
Mbv x-stralen buis:
- Glazen buis, interne is vacuümgetrokken
o Indien lucht aanwezig: elektronen botsen op luchtdeeltjes elektronen kwijt,
kunnen gn interacties geven op trefplaat geen x-stralen synthese
- Synthese elektronen = op kathode, grote stroom erdoor opgewarmd elektronen
wegschieten uit draadje
o Meer stroom = meer elektronen opgewekt (buisstroom)
- Buisstroom = synthese milli-amperes (mA)
o Geeft schaling aan stralingsintensiteit/stralingsdosis
o Meer dosis aan patiënt = meer dosis op detector betere beeldkwaliteit (minder
ruis)
o Niet altijd beste kwaliteit nodig want anders patiënten te veel dosis geven!
- Hoogspanning = versnelling elektronen (meer energie mee) + botsing elektronen op
trefplaat met bepaalde energie
o Uitgedrukt in kilo-elektron-volt (kVp)
o Veel hoogspanning nodig om röntgenbuis te laten werken!
Gebruik generator:
Genoeg hoogspanning
Gelijkstroom ipv wisselstroom: wil altijd kathode = kathode & anode
= anode
- Trefplaat:
o Gemaakt uit Wolfraam (zwaar materiaal, hoog atoomgetal + hitte-resistent)
o Binnentreden elektronen = 2 soorten interacties
Elektronen = binnendringen in materiaal, w afgebogen tgv elektromagnetisch
veld kern elektromagnetische straling (REM-straling)
Zwakke afbuiging = laag-energetische röntgenstraling
Intermediaire afbuiging = grotere energie
Intense afbuigingen = maximale energie geproduceerd, intense straling
- Behoud van de energie:
o Hoogspanning van 90 kVp max energie van elektronen = 90 keV
1
, keV = eenheid die energie die elektron meekrijgt wanneer een spanningsval
van 1 Volt w doorlopen
o Maximale energie enkel in zeldzame sit. overgedragen (lage kans om dicht bij kern te
bewegen, hoge kans om in elektronenwolk te bewegen)
Hoge energieënproductie = lage waarschijnlijkheid
Lage energieënproductie = hoge waarschijnlijkheid
o Dit ging over wat in X-stralen buis w gegenereerd gaat nog niet door patiënt
- Verlaten buis X-stralen = interacties tss geproduceerde stralen & glazen omhulsel (foto-
elektrisch effect)
o Laagste energieën = makkelijkst gestopt (bijna
volledig tegengehouden)
o Hoge energieën = makkelijkste erdoor
o Rood = stralingen die door patiënt trekken
o Stippellijn = straling geproduceerd door trefplaat
- Botsingen elektronen in trefplaat:
o Geven ionisaties: elektron van kathode botsen op
elektron van atoom van anode (wolfraam-atoom) elektron wordt weggeschoten
opname elektron uit omgeving
o Verschil in energie tussen oorspronkelijk e- en opvullend e- verschil w vrijgesteld
onder karakteristieke/fluorescente x-stralen
o Geven superpositie-pieken op spectrum
Factoren die spectrum beïnvloeden - kwaliteit:
1. Target-materiaal
a. Ander targetmateriaal = vorm van spectrum verschilt
b. Voorbeeld = wolfraam-spectrum
2. Hoogspanningsvariatie
a. Hoger = grotere max. energie, grotere gemiddelde energie, grotere indringdiepte
(makkelijker door materiaal)
3. Filtratie
a. Belangrijk om huiddosis van patiënt te reduceren
b. Ongefilterd spectrum gebruiken = laag-energetische energieën makkelijkst gestopt in
huid v patiënt bereiken nooit detector (nutteloos voor detector) geven dosis
thv patiënt ☹
c. Oplossing: laagje aluminium/koper bij verlaten stralen röntgenbuis
i. Vervangt eigenlijk eigen laag huid (aluminium vangt nutteloze dosis op)
ii. Lage energieën kwijt huiddosis wordt gereduceerd
d. Gemiddelde/effectieve energie stijgt (verharding röntgenbundel)
i. Daling huiddosis (+)
ii. Contrastvermindering in beeld (-)
Factoren die spectrum beïnvloeden - intensiteit:
1. Aanpassen hoogspanning (Li)
a. Hoger instellen = grotere max. energie + spectrum naar hogere intensiteiten
b. Kleine verhoging = belangrijke impact op intensiteit
(kwadratische verhouding)
2. Hoeveelheid elektronen naar anode aanpassen (Re)
2
, a. Schaalt lineair met intensiteit
b. AUC w verandert
3. Filtratie
a. Meer filter = meer blootstelling
4. Afstand tussen buis & huid v patiënt
a. Intensiteit = kwadratisch afnemen met afstand tot huid
b. Groot gevolg voor huiddosis vermijden dat buis dicht bij huid patiënt komt
2. Interaction of X-rays:
Foto-elektrisch effect = elektronen dringen binnen & w geabsorbeerd
Comptoneffect = elektronen w in alle richtingen verstrooid
Geen effect: röntgenstralen trekken door patiënt zonder interactie
Compton scattering (CS):
Röntgenstralen invallen op materiaal deel energie* afgeven aan e- in materiaal weggeschoten
uit oorspronkelijke positie: voldoende energie zelf botsingen veroorzaken in omgeving
Kan bv botsen op DNA = ionisatie = DNA-schade
Aanleiding voor produceren stralingsdosis in pt
Ander deel* = w als verstrooid foton (strooistraling) verder doorgegeven probleem voor
omstaanders (bv arts) + degradatie beeldkwaliteit
Kans op uitlokken compton effect = afhankelijk van:
- Atoomgetal (Z-waarde) - Invallende energie röntgenstralen
Strooistraling = contrast beelden naar beneden halen (zwart-grijs-wit ipv zwart-wit)
Regio’s met hogere Z-waardes normaal weinig dosis op detector witte/lichtgrijze kleur
Tgv strooistraling = veel meer dosis dan gedacht donkerder grijs
Strooistraling = alle mogelijke richtingen nooit veilig
Effect niet uitzetten MAAR wel fine-tunen:
- Minder dosis op pt = minder energie om verstrooid te worden
o Intens bestralen = pt geeft intens veel strooistraling
o Dosis-reducerend werken = reducerend voor comptoneffect
o Low patient dose = low staff dose
- Minder volume bestralen (smallere bundel) = minder mogelijkheid op verstrooiing
o Altijd zo klein mogelijk veld bestralen!
o Gebruik collimator = zware wolfraamplaat röntgenbundel w groter/kleiner
Soort ‘window’ creëren
Verwijdert NIET alle strooistraling!
- Gebruik strooistralenrooster bovenop detector = dun laminair grid uit metallische dunne
plaatjes (plaatjes naast elkaar, ertussen holte)
o Schuine stralen = w tegengehouden door grid, rechte stralen erdoor z problemen
3
1. Production & properties of X-rays:
Ioniserende radiatie:
X-stralen:
- EM-golven, geen massa, voortbeweging met lichtsnelheid
- Hoog-energetisch kunnen ionisaties veroorzaken (schade aan DNA) ook bij lage dosis
o Verhoogd risico op kanker
o Hoge-dosis toepassing = lokaal op huid brandwonden & haaruitval
Proberen te vermijden, niet altijd mogelijk (bv coil plaatsen op aneurysma)
- Effecten zijn permanent of tijdelijk zijn
Productie van X-stralen:
Mbv x-stralen buis:
- Glazen buis, interne is vacuümgetrokken
o Indien lucht aanwezig: elektronen botsen op luchtdeeltjes elektronen kwijt,
kunnen gn interacties geven op trefplaat geen x-stralen synthese
- Synthese elektronen = op kathode, grote stroom erdoor opgewarmd elektronen
wegschieten uit draadje
o Meer stroom = meer elektronen opgewekt (buisstroom)
- Buisstroom = synthese milli-amperes (mA)
o Geeft schaling aan stralingsintensiteit/stralingsdosis
o Meer dosis aan patiënt = meer dosis op detector betere beeldkwaliteit (minder
ruis)
o Niet altijd beste kwaliteit nodig want anders patiënten te veel dosis geven!
- Hoogspanning = versnelling elektronen (meer energie mee) + botsing elektronen op
trefplaat met bepaalde energie
o Uitgedrukt in kilo-elektron-volt (kVp)
o Veel hoogspanning nodig om röntgenbuis te laten werken!
Gebruik generator:
Genoeg hoogspanning
Gelijkstroom ipv wisselstroom: wil altijd kathode = kathode & anode
= anode
- Trefplaat:
o Gemaakt uit Wolfraam (zwaar materiaal, hoog atoomgetal + hitte-resistent)
o Binnentreden elektronen = 2 soorten interacties
Elektronen = binnendringen in materiaal, w afgebogen tgv elektromagnetisch
veld kern elektromagnetische straling (REM-straling)
Zwakke afbuiging = laag-energetische röntgenstraling
Intermediaire afbuiging = grotere energie
Intense afbuigingen = maximale energie geproduceerd, intense straling
- Behoud van de energie:
o Hoogspanning van 90 kVp max energie van elektronen = 90 keV
1
, keV = eenheid die energie die elektron meekrijgt wanneer een spanningsval
van 1 Volt w doorlopen
o Maximale energie enkel in zeldzame sit. overgedragen (lage kans om dicht bij kern te
bewegen, hoge kans om in elektronenwolk te bewegen)
Hoge energieënproductie = lage waarschijnlijkheid
Lage energieënproductie = hoge waarschijnlijkheid
o Dit ging over wat in X-stralen buis w gegenereerd gaat nog niet door patiënt
- Verlaten buis X-stralen = interacties tss geproduceerde stralen & glazen omhulsel (foto-
elektrisch effect)
o Laagste energieën = makkelijkst gestopt (bijna
volledig tegengehouden)
o Hoge energieën = makkelijkste erdoor
o Rood = stralingen die door patiënt trekken
o Stippellijn = straling geproduceerd door trefplaat
- Botsingen elektronen in trefplaat:
o Geven ionisaties: elektron van kathode botsen op
elektron van atoom van anode (wolfraam-atoom) elektron wordt weggeschoten
opname elektron uit omgeving
o Verschil in energie tussen oorspronkelijk e- en opvullend e- verschil w vrijgesteld
onder karakteristieke/fluorescente x-stralen
o Geven superpositie-pieken op spectrum
Factoren die spectrum beïnvloeden - kwaliteit:
1. Target-materiaal
a. Ander targetmateriaal = vorm van spectrum verschilt
b. Voorbeeld = wolfraam-spectrum
2. Hoogspanningsvariatie
a. Hoger = grotere max. energie, grotere gemiddelde energie, grotere indringdiepte
(makkelijker door materiaal)
3. Filtratie
a. Belangrijk om huiddosis van patiënt te reduceren
b. Ongefilterd spectrum gebruiken = laag-energetische energieën makkelijkst gestopt in
huid v patiënt bereiken nooit detector (nutteloos voor detector) geven dosis
thv patiënt ☹
c. Oplossing: laagje aluminium/koper bij verlaten stralen röntgenbuis
i. Vervangt eigenlijk eigen laag huid (aluminium vangt nutteloze dosis op)
ii. Lage energieën kwijt huiddosis wordt gereduceerd
d. Gemiddelde/effectieve energie stijgt (verharding röntgenbundel)
i. Daling huiddosis (+)
ii. Contrastvermindering in beeld (-)
Factoren die spectrum beïnvloeden - intensiteit:
1. Aanpassen hoogspanning (Li)
a. Hoger instellen = grotere max. energie + spectrum naar hogere intensiteiten
b. Kleine verhoging = belangrijke impact op intensiteit
(kwadratische verhouding)
2. Hoeveelheid elektronen naar anode aanpassen (Re)
2
, a. Schaalt lineair met intensiteit
b. AUC w verandert
3. Filtratie
a. Meer filter = meer blootstelling
4. Afstand tussen buis & huid v patiënt
a. Intensiteit = kwadratisch afnemen met afstand tot huid
b. Groot gevolg voor huiddosis vermijden dat buis dicht bij huid patiënt komt
2. Interaction of X-rays:
Foto-elektrisch effect = elektronen dringen binnen & w geabsorbeerd
Comptoneffect = elektronen w in alle richtingen verstrooid
Geen effect: röntgenstralen trekken door patiënt zonder interactie
Compton scattering (CS):
Röntgenstralen invallen op materiaal deel energie* afgeven aan e- in materiaal weggeschoten
uit oorspronkelijke positie: voldoende energie zelf botsingen veroorzaken in omgeving
Kan bv botsen op DNA = ionisatie = DNA-schade
Aanleiding voor produceren stralingsdosis in pt
Ander deel* = w als verstrooid foton (strooistraling) verder doorgegeven probleem voor
omstaanders (bv arts) + degradatie beeldkwaliteit
Kans op uitlokken compton effect = afhankelijk van:
- Atoomgetal (Z-waarde) - Invallende energie röntgenstralen
Strooistraling = contrast beelden naar beneden halen (zwart-grijs-wit ipv zwart-wit)
Regio’s met hogere Z-waardes normaal weinig dosis op detector witte/lichtgrijze kleur
Tgv strooistraling = veel meer dosis dan gedacht donkerder grijs
Strooistraling = alle mogelijke richtingen nooit veilig
Effect niet uitzetten MAAR wel fine-tunen:
- Minder dosis op pt = minder energie om verstrooid te worden
o Intens bestralen = pt geeft intens veel strooistraling
o Dosis-reducerend werken = reducerend voor comptoneffect
o Low patient dose = low staff dose
- Minder volume bestralen (smallere bundel) = minder mogelijkheid op verstrooiing
o Altijd zo klein mogelijk veld bestralen!
o Gebruik collimator = zware wolfraamplaat röntgenbundel w groter/kleiner
Soort ‘window’ creëren
Verwijdert NIET alle strooistraling!
- Gebruik strooistralenrooster bovenop detector = dun laminair grid uit metallische dunne
plaatjes (plaatjes naast elkaar, ertussen holte)
o Schuine stralen = w tegengehouden door grid, rechte stralen erdoor z problemen
3
