Medizinische Physik Röntgenstrahlen in Radiographie und CT

Eigenschaften von Röntgenstrahlen:

Die Kombination aus (1) der Fähigkeit, undurchsichtige Materialien zu durchdringen, (2) der Wellenlänge im atomaren Maßstab und (3) der hohen Energie einzelner Röntgenphotonen hat zu einer breiten Palette industrieller, medizinischer und wissenschaftlicher Anwendungen geführt.

Wie funktionieren medizinische Röntgenstrahlen?

Röntgenaufnahmen sind in der modernen Medizin ein unverzichtbares Diagnoseinstrument zur Erkennung von Krankheiten wie Karies, Knochenbrüchen, Fremdkörpern und Krebs. Röntgenaufnahmen ermöglichen eine einfache Unterscheidung zwischen Knochen und Weichgewebe. Röntgenstrahlen durchdringen den Körper und werden von verschiedenen Geweben in unterschiedlicher Menge absorbiert, abhängig von der Dichte des Gewebes, das sie durchdringen. Strukturen wie Knochen enthalten beispielsweise Kalzium, das eine höhere Ordnungszahl als die meisten Gewebe hat und relativ mehr Elektronen enthält, die eher mit Röntgenstrahlen interagieren und daher weniger eindringen. Aufgrund dieser Eigenschaft absorbieren Knochen Röntgenstrahlen leicht. Daher erscheinen Knochenstrukturen vor dem schwarzen Hintergrund einer Röntgenaufnahme weißer als anderes Gewebe. Umgekehrt können Röntgenstrahlen weniger röntgendichtes Gewebe (wie Fett und Muskeln) und luftgefüllte Hohlräume (wie die Lunge) leichter durchdringen.

Im Zusammenhang mit der Diagnose COVID-19 fällt häufig der Begriff „Weiße Lunge“. Bei einer Lungenentzündung ist die Dichte dieses Bereichs im Vergleich zu den Blutgefäßen und der Luft in der Lunge relativ höher und auf dem Röntgenbild der Lunge kann ein ungewöhnlich großer weißer Bereich zu sehen sein, der als „weiße Lunge“ bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass die Symptome des Patienten sehr schwerwiegend sein können.

Beispiele für gängige medizinische Röntgenanwendungen

(1) Röntgenbildgebung: Erkennen von Frakturen, bestimmten Tumoren und anderen abnormalen Massen, Lungenentzündungen, bestimmten Arten von Verletzungen, Verkalkungen, Fremdkörpern, Zahnproblemen usw.; wie beispielsweise das, was oft als Röntgenaufnahme bezeichnet wird.

(2) CT (Computertomographie): bezeichnet ein computergestütztes Röntgenverfahren, bei dem Röntgenstrahlen auf den Patienten gerichtet und schnell um den Körper gedreht werden. Dabei entstehen Signale, die von einem Computer verarbeitet werden, um Querschnittsbilder oder „Scheiben“ des Körpers zu erzeugen. Diese als Tomogramme bezeichneten Schnitte enthalten detailliertere Informationen als normale Röntgenaufnahmen. Nachdem der Computer mehrere aufeinanderfolgende Schnitte erfasst hat, können diese digital „gestapelt“ werden, um ein 3D-Bild des Patienten zu erstellen. Dadurch wird der Zugriff auf umfassendere medizinische Informationen erleichtert.

Gibt es Risiken?

Bei richtiger Anwendung überwiegt der diagnostische Nutzen der Röntgenuntersuchung bei weitem die Risiken. Röntgenstrahlen erzeugen jedoch ionisierende Strahlung – eine Strahlungsform, die lebendes Gewebe schädigen kann. Dieses Risiko steigt mit der Anzahl der Expositionen. Daher ist es notwendig, geeignete Strahlenschutzmaßnahmen zu ergreifen.