Strahlaufhärtung

Strahlaufhärtung ist eine Veränderung von Röntgenstrahlung beim Durchdringen von Materie. Mit zunehmender Durchdringungstiefe erhöht sich die durchschnittliche Energie ("Härte") der Röntgenquanten (Photonen), weil die härteren Photonen weniger stark gestreut werden. Dies ist gleichbedeutend mit einer schwerpunktmäßigen Verschiebung des Spektrums hin zu höheren Energien. Bei der Computertomographie (CT) tritt die Aufhärtung als störender Effekt auf, der zu sogenannten Aufhärtungsartefakten führen kann. Mit Hilfe mathematischer Methoden wird versucht, diese Artefakte weitestgehend zu korrigieren.

Computertomographie

In der Computertomographie (CT) wird aus den Bildinformationen von Röntgendurchleuchtungen ein dreidimensionales Abbild errechnet. Dieses enthält im Gegensatz zu einer einfachen Durchleuchtung Tiefeninformation und wird typischerweise als Folge von Schnitten (engl. slices) dargestellt. Die Bildgebung beruht darauf, dass die Röntgenphotonen an den Elektronen gestreut (Compton-Streuung) oder absorbiert (Photoeffekt) werden. Bei Materie mit einer höheren Elektronendichte werden demnach mehr Photonen aus der Strahlrichtung weggestreut. Knochen, mit relativ hoher Elektronendichte, erscheinen darum bei einer Röntgenaufnahme hell, da der Röntgenfilm mit weniger Photonen belichtet wird.

Die Röntgenröhren, die in der Computertomographie verwendet werden, arbeiten mit typischen Beschleunigerspannungen zwischen 80 und 140 kV. Die dabei emittierte Röntgenstrahlung weist ein breites Energiespektrum auf. Durch die Strahlaufhärtung ist dieses Spektrum nun nach Durchdringen des Objekts (Patienten) zu höheren Energien hin verschoben. Die Strahlaufhärtung ist dabei umso stärker, je länger der Weg durch das Objekt ist oder je höher die Elektronendichte der einzelnen Schichten ist. Die heute in der CT verwendeten Detektoren sind nicht energieauflösend, d.h. sie unterscheiden nicht zwischen Photonen unterschiedlicher Energie. Die einzelnen Detektorelemente messen statt dessen nur die in ihnen deponierte Gesamtenergie, was einer Mittelung über die Photonenenergien entspricht. Durch diese Mittelung geht ein Teil der Informationen verloren, was letztlich die Ursache für die Aufhärtungsartefakte darstellt. Unkorrigierte CT-Bilder weisen einen typischen Verlauf auf, bei dem die Grauwerte zum Zentrum (Rotationsachse des CT) hin dunkler werden (siehe Bild).

Literatur

• W. Schlegel, J.Bille (Hrsg.): Medizinische Physik 2, Berlin Heidelberg New York (Springer) 2002, ISBN 3-540-65254-X