Basiswissen

Der Heel-Effekt

Karl-Heinz Szeifert 3 Feb, 2018 19:00

Die Energieflußdichte der Röntgenstrahlung, die den Strahler verlässt, ist nicht gleichmäßig über den Nutzstrahlenkegel verteilt. Deshalb sind Röntgen-Bilder auch ohne Schwächungskörper zwischen Röhre und Bildgebung unterschiedlich belichtet.

Ursache dafür ist der Heel-Effekt:

In der Bildgebung führt das zu einer unterschiedlichen Belichtungsverlauf. Die anodenseitige Belichtung der Folie (Abbildung 1) ist geringer als die kathodenseitige.

Nicht nur an der Oberfläche der Anode entsteht Röntgenstrahlung. Auch im Innern des Anodenmaterials ensteht Röntgenstrahlung und tritt aus der Anode aus. Unterschiedliche Weglängen der Röntgenstrahlen aus dem Anodenmaterial führen allerdings auch zu unterschiedlicher Absorption, und je länger der Weg der Strahlung aus der Anode nach außen ist, um so stärker wird sie auch geschwächt.

Abbildung 2

Grund dafür ist, dass die auf die Anodenoberfläche auftreffenden Elektronen aufgrund ihrer kinetischen Energie einige µm tief in die das Material eindringen, d.h. die Röntgenstrahlung wird dadurch erst im Inneren der Oberflächenschicht erzeugt.

Je nach Austrittswinkel der Röntgenquanten müssen diese deshalb eine unterschiedlich lange Strecke im Anodenmaterial zurücklegen und werden dementsprechend geschwächt. (Abbildung 3)

Diese Auswirkung wird als Heel-Effekt bezeichnet.

Eine der Einflussgrößen ist das Tellerdesign bzgl. Anodenwinkel: beispielsweise nimmt die richtungsabhängige Intensitätsverteilung von 85% bei 5° auf 100% bei 13° Abstrahlwinkel zu.

Die zweite Einflussgröße ist die Alterung des Tellers, da mit zunehmender Aufrauung der Oberfläche die mikroskopisch kleinen, durchstrahlten Volumenelemente eine zunehmende Schwächung der Nutzstrahlung verursachen.

Die abnehmenden Dosisleistungen werden durch höhere Röhrenströme oder längere Belichtungszeiten kompensiert, was wiederum zu ansteigendem Verschleiß führt.

Dem möglichen Folgeverlust an Bildqualität durch gesteigerte Objekt-Bewegungsunschärfe wird bei modernen Verbundanoden durch spezielle Rhenium-Legierungen in der Oberfläche, die ein deutlich reduziertes Verschleißverhalten zeigen, begegnet. Damit sind problemlos flache Tellerwinkel bis minimal ca. 6° möglich.


Zusammenfassung:

  • Die anodenseitige Dosisleistung ist geringer als die kathodenseitige (Abbildung 2)
  • Je kleiner der Anodenwinkel ist umso größer ist der Dosisabfall an der Anodenseite
  • Der Heel-Effekt macht sich weniger bemerkbar, wenn ein größerer Objekt-Film-Abstand gewählt wird
  • Bei Objekten mit ungleicher Dicke ist es daher besser die dickere Seite kathodenseitig zu platzieren
  • Der Heel-Effekt macht sich besonders bei großen Kassettenformaten bemerkbar.

Beim Mammographiegerät wird die Kathodenseite der Röhre deshalb immer in Richtung der Patientin eingebaut. Denn hier findet sich durch den Heel-Effekt die höhere Dosisleistung. Das wird bei den Mammographieaufnahmen für die Darstellung der gewebsdichten Brustwandseite ausgenutzt.


Quellen:

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