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Grundwissen

Klassische Röntgenaufnahmen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Röntgenstrahlen bzw. Röntgenbilder sind in der Medizin wichtige Diagnosewerkzeuge.
  • Dabei wird ausgenutzt, dass unterschiedliches Gewebe und Knochen die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren (schwächen).
  • Moderne digitale Röntgengeräte senken die durch eine Röntgenaufnahme verursachte Strahlenbelastung stark.
Aufgaben Aufgaben
Abb. 1 Wilhelm Röntgen und das Röntgenbild einer Hand mit Ring, dass bei einer Vorlesung gemacht wurde

Der erste Nobelpreis für Physik

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts erhielt die Medizin mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen durch Wilhelm Röntgen ein mächtiges Hilfsmittel für die Diagnose. Im Jahre 1901 bekam Röntgen für seine Entdeckung den allerersten Nobelpreis für Physik.

Die Technik wurde über die Jahrzehnte verfeinert, so dass insbesondere die Strahlenbelastung bei einer Röntgenaufnahme deutlich reduziert werden konnte. Auch heute noch zählen Röntgenaufnahmen bei den bildgebenden Verfahren zu denjenigen mit sehr hoher Auflösung. Das heißt, dass schon kleinste Strukturen wie zum Beispiel feinste Einrisse am Knochen zu erkennen sind.

Funktionsprinzip einer klassischen Röntgenaufnahme

Abb. 2 Funktionsprinzip einer Röntgenaufnahme

Das Prinzip einer Röntgenaufnahme ist einfach:
Die durchstrahlte Materie absorbiert die Röntgenstrahlung, und zwar je nachdem, ob es sich um Gewebe, Organe oder Knochen handelt unterschiedlich stark. Der hinter der durchstrahlten Person befindliche Schirm wird dann durch die verbliebene Röntgenstrahlung unterschiedlich stark geschwärzt und man kann z.B. Knochen oder ein künstliches Hüftgelenk aus Metall gut auf dem Schirm erkennen.

Schwächung der Röntgenstrahlung

Durch ihre Absorption wird die Röntgenstrahlung beim Durchgang durch Materie geschwächt. Die Schwächung der Röntgenstrahlung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dies in der folgenden Tabelle dargestellt ist:

Joachim Herz Stiftung
Abb. 3 Einflussfaktoren auf die Schwächung von Röntgenstrahlung

Fortschritte bei Röntgenbildern


Röntgeninstitut um 1912


modernes Röntgengerät

Zwar hat sich in mehr als hundert Jahren einfacher Röntgendiagnostik das Grundprinzip nicht verändert, jedoch hat sich durch vielerlei Maßnahmen die Qualität der Bilder stark verbessert und die Strahlenbelastung erheblich verringert.

Die Dosis für eine Röntgenaufnahme der Lunge in einer Ebene beträgt heute etwa \(0{,}2\,\rm{mSv}\) (vgl. Dosiseinheiten). Anfang des 19. Jahrhunderts betrug die Dosis für eine solche Aufnahme das 500-fache. Die Belichtungsdauer für die in Abb. 1 gezeigte Hand betrug etwa 20 Minuten. Heute sind 60 Aufnahmen pro Sekunde möglich.

Ein sehr großer Fortschritt in der Dosisreduktion gelang durch die sogenannten Film-Folien-Systeme:
Der Röntgenfilm wird dabei zwischen zwei "Verstärkerfolien" gepackt. Diese wandeln das Röntgenlicht in sichtbares Licht um und führen so zu einer stärkeren Schwärzung des Röntgenfilms. Auf diese Weise kommt man mit einer geringeren Strahlung aus.
Im nächsten Schritt wurden "Speicherfolien" benutzt. Diese bestehen aus kleinen Kristallen, welche die Intensität der Strahlung speichern. Nach dem Auslesen der Information der Speicherfolie kann diese wieder benutzt werden, eine Filmentwicklung ist hierbei nicht mehr notwendig.

Inzwischen ist das digitale Röntgen Standard. Hierbei wird die Röntgenstrahlung nicht mehr auf Filmen aufgenommen, sondern mithilfe von Szintillatoren registriert und digital in ein Röntgenbild umgewandelt. Diese Technik reduziert die notwendige Strahlenbelastung weiter, sorgt für die sofortige Verfügbarkeit der Bilder und erlaubt eine einfache digitale Nachbearbeitung.

Nachteile klassischer Röntgenaufnahmen 

Abb. 7 Klassisches Röntgenbild eines Torso

Ein Nachteil der konventionellen Röntgenaufnahmen ist, dass auf den Röntgenbildern sämtliche Organe und Objekte, durch die die Strahlen hindurch gegangen sind, übereinander abgebildet werden. Dabei ist die Schärfe der Organe bzw. Objekte auf dem Röntgenfilm unabhängig davon, ob sie nahe am Röntgenfilm liegen oder von ihm weiter entfernt sind. Bei einer Lungenaufnahme beispielsweise sind sowohl die Wirbelsäule als auch die Schlüsselbeine scharf abgebildet. Aus einer Aufnahme lässt sich hierbei nicht sicher feststellen was vorne oder hinten im Körper liegt.

Liegt ein interessierendes Objekt, das nicht sehr stark absorbiert gerade hinter oder vor einem stark absorbierenden Knochen, so kann man kaum Aussagen über dieses Objekt aus der konventionellen Röntgenaufnahme ableiten.

Einen wesentlichen Fortschritt brachte hier die seit ca. 1972 eingeführte Röntgen-Computertomographie (CT). CT-Aufnahmen sorgen jedoch für eine wesentlich höhere Strahlenbelastung. 

Aufgaben

Klassische Röntgenaufnahmen

Übungsaufgaben