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Röntgenopazität Der Begriff der von lat opacitas Trübung Beschattung Synonyme Radioopazität Verschattung bezeichnet die

Röntgenopazität

Der Begriff der Röntgenopazität (von lat. opacitas „Trübung“, „Beschattung“; Synonyme Radioopazität, Verschattung) bezeichnet die Eigenschaft der Strahlenundurchlässigkeit (Opazität) von Materialien für Röntgenstrahlen. Röntgenstrahlung durchdringt Materie und wird dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwächt. Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung. Röntgenstrahlen schwärzen fotografische Filme. Röntgenstrahlen regen auch bestimmte Stoffe zur Lichtabgabe an (Fluoreszenz), wodurch die Strahlendosis reduziert wird. Ohne eine fluoreszierende Folie wäre eine etwa 10- bis 20-fach höhere Strahlenintensität notwendig.

Physikalische Grundlagen Bearbeiten

Die beiden entscheidenden Faktoren, von denen eine Röntgendurchsichtigkeit abhängt, sind die Dichte und die Ordnungszahl des Materials. Die Dichte ergibt sich aus den Massen der Atome, aus denen das Material besteht und aus den Abständen der Atome. Ein medizinisches Röntgengerät registriert den Kontrast, der durch die unterschiedliche Schwächung der Strahlung in verschiedenen Gewebetypen (zum Beispiel reichlich Calcium im Knochen, kaum Calcium in der Muskulatur) entsteht.

Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung. Die Intensität des Röntgenstrahls nimmt nach dem Lambert-Beerschen Gesetz mit der im Material zurückgelegten Weglänge exponentiell ab (), der Absorptionskoeffizient ist ähnlich dem Massenschwächungskoeffizient dabei materialabhängig und etwa proportional zu (: Ordnungszahl, : Wellenlänge).

Die Absorption erfolgt durch Photoabsorption (zum Teil mit Fluoreszenz), Compton-Streuung und, bei hohen Photonenenergien, Paarbildung. Bei starker Absorption und großer Wellenlänge ist der Schwächungskoeffizient praktisch gleich dem Absorptionkoffizient, da die Streuung und Paarbildung vernachlässigt werden kann.

Die Intensität von Röntgenstrahlung ist bei einer Energie von 50 keV nach einer Bleischicht von 0,72 mm auf 1,8 % gesunken. Für die gleiche Schwächung wäre eine Schichtdicke von 20 cm Wasser (und somit grob für menschliches Gewebe) notwendig.

Bedeutung Bearbeiten

Zahnmedizin Bearbeiten

Die röntgenopaken Füllungen der Zähne erscheinen im Röntgennegativ weiß, weil die Röntgenstrahlen den Zahnfilm nicht geschwärzt haben. Die periapikale Ostitis (Pfeile) erscheint dunkel, weil durch die Osteolyse die Strahlendurchlässigkeit des Knochens erhöht wurde. Im Positiv wären die dunklen Stellen hell, weshalb man von einer Aufhellung spricht.
Röntgenopake Wurzelkanalfüllungen

In der Zahnmedizin ist die Ausprägung der Röntgenopazität ein fester Bestandteil der Diagnostik und Behandlungskontrolle. Im Vergleich zu einer 1 mm dicken Aluminiumschicht (100 %) ist Dentin 118 % und Schmelz 215 % röntgenopak. Zur Beurteilung der Dichtigkeit von Zahnfüllungen sollten diese eine Röntgenopazität von 200 % aufweisen. Glasionomerzemente besitzen eine Röntgenopazität von 200–250 %, Komposite von 250–350 %. Aluminium-Silikatgläser weisen in der Regel keine genügende Radioopazität auf. Das Einfügen von geeigneten Elementen in das Aluminiumsilikatglas, beispielsweise in Form eines Austausches von Calcium in der Glaskomposition durch Barium oder Strontium, stellt diese her. Die radiologische Darstellung kariöser Läsionen beruht auf der Visualisierung kariöser Läsionen über die Abnahme der Radioopazität der erkrankten Zahnhartsubstanzen, die durch den Verlust an Mineralien hervorgerufen wird.

Medizin Bearbeiten

Die Bildgebung mit Röntgen-Kontrastmittel (KM) basiert darauf, dass diese die Röntgenstrahlen stärker absorbieren als die Umgebung. Im Wesentlichen wird dies durch den hohen Jodgehalt erreicht. Daneben werden bariumsulfathaltige Suspensionen oder Xenon eingesetzt. Sie verbessern die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Körpers bei bildgebenden Verfahren wie Röntgendiagnostik, Magnetresonanztomographie (MRT) und Sonografie (Ultraschall). Prinzipiell kann jede Arterie zu diesem Zwecke punktiert und einer Injektion unterzogen werden.

Flughafensicherheit Bearbeiten

Personenkontrolle Bearbeiten

Einrichtungen zum Scannen von Personen mittels Röntgenstrahlung werden für Untersuchungen verwendet, bei denen von den Personen mitgeführte Objekte wie Waffen, Explosivstoffe, Schmuggelware, oder Diebesgut wie Drogen oder Diamanten detektiert werden sollen. Zurzeit sind drei Bauarten von Röntgenscannern in Gebrauch: Rückstreusysteme, Transmissionssysteme und kombinierte Rückstreu- bzw. Transmissionssysteme. Bei Transmissionssystemen können Gegenstände aufgespürt werden, die verschluckt wurden oder in Körperhöhlen versteckt sind. Wie bei den medizinischen Anwendungen wird dazu der durch die materialabhängige Röntgenopazität verursachte Röntgenkontrast ausgewertet. Die Röntgenopazität spielt bei Rückstreusystemen keine Rolle.

Gepäckkontrolle Bearbeiten

Rechts: Röntgendurchstrahlungsbild von Reisegepäck; links: mittels Bildverarbeitung werden zusammenhängende Gegenstände einheitlich eingefärbt.

Für die Flughafensicherheit werden Gepäckscanner eingesetzt. Das Bild zeigt rechts ein Röntgendurchstrahlungsbild eines Reisegepäckstücks.

Materialwissenschaft Bearbeiten

Während das Licht, ebenfalls eine elektromagnetische Strahlung, nur durchsichtige Stoffe durchdringt, können Röntgen- und Gammastrahlen undurchsichtige feste Werkstoffe durchdringen und Aufschluss über verborgene innere Unregelmäßigkeiten, Hohlräume und Einschlüsse geben.

Astronomie Bearbeiten

Röntgenteleskope beobachten das Weltall im Bereich der Röntgenstrahlung. Jedoch absorbiert das interstellare Gas Strahlung mit Wellenlängen unterhalb von 912 Å, der so genannten Lyman-Kante. Dies entspricht der Ionisationsenergie von Wasserstoff im Grundzustand. Unterhalb von etwa 100 Å beginnt das interstellare Medium für elektromagnetische Strahlung durchlässig zu werden. Während im Bereich der weichen Röntgenstrahlung noch durch die Absorption des Helium und die K- und l-Absorptionskanten der häufigeren Elemente behindert wird, ist unterhalb von etwa 10 Å das interstellare Medium praktisch völlig transparent. Damit sind interstellare Quellen (im Gegensatz zur Sonne) in diesem Bereich nicht beobachtbar.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Manfred von Ardenne: Elektronen-Übermikroskopie Physik · Technik · Ergebnisse. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-47348-7, S. 127 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ Detlef Kamke, Wilhelm Walcher: Physik für Mediziner. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-322-80144-9, S. 620 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. W. Bothe, P. P. Ewald, F. Kirchner, H. Kulenkampff, E.G. Steinke, H. Geiger: Röntgenstrahlung Ausschliesslich Röntgenoptik Band XXIII · Zweiter Teil. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-99594-1, S. 4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. Peter Gängler, Thomas Hoffmann, Brita Willershausen: Konservierende Zahnheilkunde und Parodontologie. 3. Aufl., Georg Thieme, 2010, ISBN 978-3-13-154073-7, S. 183 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5. Rolf Nolden; Ernst Sauerwein: Zahnerhaltungskunde: präventive Zahnheilkunde, Kariologie, Endodontologie, Parodontologie, Kinderzahnheilkunde. S. 142 Georg Thieme, 1994, ISBN 3-13-455606-5.
  6. Hendrik Meyer-Lückel, Kim Ekstrand, Sebastian Paris: Karies: Wissenschaft und Klinische Praxis. Georg Thieme, 2012. ISBN 978-3-13-169321-1, S. 97 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Bernd Michael Balletshofer: Herz und Gefäße. Georg Thieme Verlag, 2006, ISBN 3-13-141131-7, S. 125 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. Sebastian Bertl, Abbildung mit Millimeterwellen für die Personenkontrolle, Dissertation 2009, Technische Universität München Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik. Abgerufen am 1. Februar 2017.
  9. Karlheinz Schiebold: Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung - Durchstrahlungsprüfung. Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-3-662-44669-0 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  10. Peter Schneider: Einführung in die Extragalaktische Astronomie und Kosmologie. Springer-Verlag, 2006, ISBN 978-3-540-30589-7, S. 32 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  11. A. Unsöld, B. Baschek: Der neue Kosmos. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-06533-4, S. 415 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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Der Begriff der Rontgenopazitat von lat opacitas Trubung Beschattung Synonyme Radioopazitat Verschattung bezeichnet die Eigenschaft der Strahlenundurchlassigkeit Opazitat von Materialien fur Rontgenstrahlen Rontgenstrahlung durchdringt Materie und wird dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwacht Die Schwachung der Rontgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung Rontgenstrahlen schwarzen fotografische Filme Rontgenstrahlen regen auch bestimmte Stoffe zur Lichtabgabe an Fluoreszenz wodurch die Strahlendosis reduziert wird Ohne eine fluoreszierende Folie ware eine etwa 10 bis 20 fach hohere Strahlenintensitat notwendig Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische Grundlagen 2 Bedeutung 2 1 Zahnmedizin 2 2 Medizin 2 3 Flughafensicherheit 2 3 1 Personenkontrolle 2 3 2 Gepackkontrolle 2 4 Materialwissenschaft 2 5 Astronomie 3 EinzelnachweisePhysikalische Grundlagen BearbeitenDie beiden entscheidenden Faktoren von denen eine Rontgendurchsichtigkeit abhangt sind die Dichte und die Ordnungszahl des Materials Die Dichte ergibt sich aus den Massen der Atome aus denen das Material besteht und aus den Abstanden der Atome Ein medizinisches Rontgengerat registriert den Kontrast der durch die unterschiedliche Schwachung der Strahlung in verschiedenen Gewebetypen zum Beispiel reichlich Calcium im Knochen kaum Calcium in der Muskulatur entsteht Die Schwachung der Rontgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung Die Intensitat des Rontgenstrahls nimmt nach dem Lambert Beerschen Gesetz mit der im Material zuruckgelegten Weglange d displaystyle d nbsp exponentiell ab I I 0 e m d displaystyle I I 0 cdot e mu d nbsp der Absorptionskoeffizient m displaystyle mu nbsp ist ahnlich dem Massenschwachungskoeffizient dabei materialabhangig und etwa proportional zu Z 4 l 3 displaystyle Z 4 lambda 3 nbsp Z displaystyle Z nbsp Ordnungszahl l displaystyle lambda nbsp Wellenlange 1 2 Die Absorption erfolgt durch Photoabsorption zum Teil mit Fluoreszenz Compton Streuung und bei hohen Photonenenergien Paarbildung Bei starker Absorption und grosser Wellenlange ist der Schwachungskoeffizient praktisch gleich dem Absorptionkoffizient da die Streuung und Paarbildung vernachlassigt werden kann 3 Die Intensitat von Rontgenstrahlung ist bei einer Energie von 50 keV nach einer Bleischicht von 0 72 mm auf 1 8 gesunken Fur die gleiche Schwachung ware eine Schichtdicke von 20 cm Wasser und somit grob fur menschliches Gewebe notwendig 2 Bedeutung BearbeitenZahnmedizin Bearbeiten nbsp Die rontgenopaken Fullungen der Zahne erscheinen im Rontgennegativ weiss weil die Rontgenstrahlen den Zahnfilm nicht geschwarzt haben Die periapikale Ostitis Pfeile erscheint dunkel weil durch die Osteolyse die Strahlendurchlassigkeit des Knochens erhoht wurde Im Positiv waren die dunklen Stellen hell weshalb man von einer Aufhellung spricht nbsp Rontgenopake Wurzelkanalfullungen In der Zahnmedizin ist die Auspragung der Rontgenopazitat ein fester Bestandteil der Diagnostik und Behandlungskontrolle Im Vergleich zu einer 1 mm dicken Aluminiumschicht 100 ist Dentin 118 und Schmelz 215 rontgenopak Zur Beurteilung der Dichtigkeit von Zahnfullungen sollten diese eine Rontgenopazitat von 200 aufweisen Glasionomerzemente besitzen eine Rontgenopazitat von 200 250 Komposite von 250 350 4 Aluminium Silikatglaser weisen in der Regel keine genugende Radioopazitat auf Das Einfugen von geeigneten Elementen in das Aluminiumsilikatglas beispielsweise in Form eines Austausches von Calcium in der Glaskomposition durch Barium oder Strontium stellt diese her 5 Die radiologische Darstellung karioser Lasionen beruht auf der Visualisierung karioser Lasionen uber die Abnahme der Radioopazitat der erkrankten Zahnhartsubstanzen die durch den Verlust an Mineralien hervorgerufen wird 6 Medizin Bearbeiten Die Bildgebung mit Rontgen Kontrastmittel KM basiert darauf dass diese die Rontgenstrahlen starker absorbieren als die Umgebung Im Wesentlichen wird dies durch den hohen Jodgehalt erreicht 7 Daneben werden bariumsulfathaltige Suspensionen oder Xenon eingesetzt Sie verbessern die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Korpers bei bildgebenden Verfahren wie Rontgendiagnostik Magnetresonanztomographie MRT und Sonografie Ultraschall Prinzipiell kann jede Arterie zu diesem Zwecke punktiert und einer Injektion unterzogen werden Hauptartikel Kontrastmittel nbsp Angiogramm nbsp CT Angiographie der Hande nbsp Arteriografie einer gesunden NiereFlughafensicherheit Bearbeiten Personenkontrolle Bearbeiten Hauptartikel Korperscanner Einrichtungen zum Scannen von Personen mittels Rontgenstrahlung werden fur Untersuchungen verwendet bei denen von den Personen mitgefuhrte Objekte wie Waffen Explosivstoffe Schmuggelware oder Diebesgut wie Drogen oder Diamanten detektiert werden sollen Zurzeit sind drei Bauarten von Rontgenscannern in Gebrauch Ruckstreusysteme Transmissionssysteme und kombinierte Ruckstreu bzw Transmissionssysteme 8 Bei Transmissionssystemen konnen Gegenstande aufgespurt werden die verschluckt wurden oder in Korperhohlen versteckt sind Wie bei den medizinischen Anwendungen wird dazu der durch die materialabhangige Rontgenopazitat verursachte Rontgenkontrast ausgewertet Die Rontgenopazitat spielt bei Ruckstreusystemen keine Rolle Gepackkontrolle Bearbeiten nbsp Rechts Rontgendurchstrahlungsbild von Reisegepack links mittels Bildverarbeitung werden zusammenhangende Gegenstande einheitlich eingefarbt Hauptartikel Scanner Sicherheitstechnik Fur die Flughafensicherheit werden Gepackscanner eingesetzt Das Bild zeigt rechts ein Rontgendurchstrahlungsbild eines Reisegepackstucks Materialwissenschaft Bearbeiten Wahrend das Licht ebenfalls eine elektromagnetische Strahlung nur durchsichtige Stoffe durchdringt konnen Rontgen und Gammastrahlen undurchsichtige feste Werkstoffe durchdringen und Aufschluss uber verborgene innere Unregelmassigkeiten Hohlraume und Einschlusse geben 9 Astronomie Bearbeiten Rontgenteleskope beobachten das Weltall im Bereich der Rontgenstrahlung Jedoch absorbiert das interstellare Gas Strahlung mit Wellenlangen unterhalb von 912 A der so genannten Lyman Kante Dies entspricht der Ionisationsenergie von Wasserstoff im Grundzustand 10 Unterhalb von etwa 100 A beginnt das interstellare Medium fur elektromagnetische Strahlung durchlassig zu werden Wahrend im Bereich der weichen Rontgenstrahlung noch durch die Absorption des Helium und die K und l Absorptionskanten der haufigeren Elemente behindert wird ist unterhalb von etwa 10 A das interstellare Medium praktisch vollig transparent 11 Damit sind interstellare Quellen im Gegensatz zur Sonne in diesem Bereich nicht beobachtbar Einzelnachweise Bearbeiten Manfred von Ardenne Elektronen Ubermikroskopie Physik Technik Ergebnisse Springer Verlag 2013 ISBN 978 3 642 47348 7 S 127 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche a b Detlef Kamke Wilhelm Walcher Physik fur Mediziner Springer Verlag 2013 ISBN 978 3 322 80144 9 S 620 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche W Bothe P P Ewald F Kirchner H Kulenkampff E G Steinke H Geiger Rontgenstrahlung Ausschliesslich Rontgenoptik Band XXIII Zweiter Teil Springer Verlag 2013 ISBN 978 3 642 99594 1 S 4 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Peter Gangler Thomas Hoffmann Brita Willershausen Konservierende Zahnheilkunde und Parodontologie 3 Aufl Georg Thieme 2010 ISBN 978 3 13 154073 7 S 183 ff eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Rolf Nolden Ernst Sauerwein Zahnerhaltungskunde praventive Zahnheilkunde Kariologie Endodontologie Parodontologie Kinderzahnheilkunde S 142 Georg Thieme 1994 ISBN 3 13 455606 5 Hendrik Meyer Luckel Kim Ekstrand Sebastian Paris Karies Wissenschaft und Klinische Praxis Georg Thieme 2012 ISBN 978 3 13 169321 1 S 97 ff eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Bernd Michael Balletshofer Herz und Gefasse Georg Thieme Verlag 2006 ISBN 3 13 141131 7 S 125 ff eingeschrankte Vorschau in der Google 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