Wodurch wird die geometrische Unschärfe in Röntgenbildern bestimmt?
1. Geometrische Effekte:
- Größe der Quelle
- Quelle-Objekt-Abstand
- Fehler-Film-Abstand
2. Filmeigenschaften (mit Einfluss auf die Bildqualität):
- Körnigkeit
- Kontrast
- Schleier
- Inhärente Unschärfe
3. Qualität der angewendeten Strahlung.
Wodurch wird die geometrische Unschärfe in Röntgenbildern bestimmt?
Geometrische Unschärfe
Röntgenröhren und radioaktive Strahlenquellen erzeugen aufgrund der begrenzten Abmessungen des Brennpunkts oder der Quellengröße immer Röntgenbilder mit einer gewissen Unschärfe – der „geometrischen Unschärfe“, Ug in Abb. 1-11.
Das Ausmaß dieser Unschärfe, Ug wird mit der folgenden Gleichung angegeben:
Der maximale Wert von Ug in Bezug auf einen Fehler, der sich in maximaler Entfernung vom Film befindet (und bei dem a = t gilt) kann nach der folgenden Formel berechnet werden:
In diesem Fall können sich die unscharfen Bilder der beiden Kanten des Fehlers überschneiden, wie in Beispiel C dargestellt. Infolgedessen wird Bild C nicht nur unscharf, sondern weist auch einen geringeren Kontrast als Bild A auf, das mit einer Punktquelle erzeugt wurde, und als Bild B, das mit einer relativ kleinen Quelle erzeugt wurde.
Inhärente Unschärfe
Nicht nur die Silberhalogenidkristalle, die der Röntgenstrahlung direkt ausgesetzt sind, werden zu Silberkörnern geformt, sondern auch (wenn auch in geringerem Maße) das umgebende Emulsionsvolumen. Dieser Querschnitt stellt die „inhärente Unschärfe“ oder „Filmunschärfe“ Uf dar.
Auch wenn keine geometrische Unschärfe vorliegt, kann also bei ausreichender Strahlungsenergie Filmunschärfe auftreten: die sogenannte „inhärente Unschärfe“. Wenn ein Stahlprüfblech mit einem scharfen Dickenübergang mit hochenergetischen Röntgenstrahlen durchstrahlt wird, kommt es zu einem allmählichen Übergang der Filmdichte über das Bild der „Stufe“ von A zu B.
Ohne inhärente Unschärfe würde der Film einen absolut scharfen Übergang zwischen den beiden Dichten aufweisen, wie in Abbildung 3a-11 dargestellt. In der Praxis sieht die Dichteänderung über das Bild wie Abbildung 3b, 3c und 3d-11 dargestellt aus.
Die Breite dieses Übergangsbereichs (Uf), ausgedrückt in mm, ist ein Maß für die Filmunschärfe.
In Tabelle 1-11 und Abbildung 4-11 sind experimentell ermittelte Werte inhärenter Unschärfe für Filme dargestellt, die verschiedenen Strahlungsenergien ausgesetzt wurden. Dieser Werte basieren auf der Verwendung von Filtern und dünnen verstärkenden Bleischirmen; dickere Schirme ergeben etwas höhere Werte. Wenn keine Bleischirme verwendet werden, ist Uf 1,5 bis 2 mal kleiner. Uf wird hauptsächlich durch die Strahlungsintensität und die Art der verwendeten verstärkenden Schirme beeinflusst; die Art des Films hat kaum eine Auswirkung.
Der Abstand zwischen Film und Verstärkungsschirm ist für den Wert von Uf von großer Bedeutung.
Ein guter Kontakt zwischen Film und Verstärkungsschirm ist unerlässlich und kann erreicht werden, indem Film und Schirme zusammen vakuumverpackt werden.
Aus den obenstehenden Angaben lässt sich ableiten, dass Uf bei höheren Strahlungsenergien zunimmt.
Totale Unschärfe
Die totale Filmunschärfe Ut wird durch Kombination von Ug und Uf ermittelt. Die beiden Werte können nicht einfach addiert werden, um einen Wert für Ut zu erhalten.
In der Praxis wird mit der folgenden Formel die beste Annäherung für die Filmunschärfe Ut erreicht:
Allgemein gilt: Beträgt ein Wert der Unschärfe (Ug oder Uf ) mehr als das Doppelte des anderen Werts, entspricht die totale Unschärfe dem größten Einzelwert; sind beide Werte der Unschärfe gleich, beträgt die totale Unschärfe etwa √2 = 1,4 mal der Einzelwert.
Ug kann bei Bedarf verringert werden, indem der Fokus-Film-Abstand erhöht wird. Dies ist nur begrenzt möglich, da aufgrund des Abstandsquadratgesetzes die Belichtungszeiten sonst extrem lang werden würden. Als Kompromiss wird ein optimaler Fokus-Film-Abstand F gewählt, wobei Ug = Uf gilt.
Folglich kann Ug auf jeden erforderlichen Wert reduziert werden, indem der Abstand zwischen Strahlenquelle und Film verringert wird. In Anbetracht des Abstandsquadratgesetzes kann dieser Abstand jedoch nicht unbegrenzt erhöht werden, da dies zu extrem langen Belichtungszeiten führen würde. Die Formel zeigt zudem, dass die geometrische Unschärfe mit zunehmendem Abstand zwischen Fehler und Film immer an Bedeutung gewinnt.
Ein Sonderfall ergibt sich jedoch bei Verwendung einer Mikrofokusröhre mit einer Brennpunktgröße von 10 bis 50 µm. Bei einer solch kleinen Brennfleckgröße kann das Bild unter Verwendung eines kurzen Abstands zwischen Strahlenquelle und Probe und eines großen Abstands zwischen Probe und Film gezielt vergrößert werden, und dabei dennoch ein angemessen kleiner Wert von Ug beibehalten werden.
Der Vorteil dieser Technik, die als „projektive Vergrößerungsmethode“ bezeichnet wird, ist, dass die Körnigkeit, die in einem fotografischen Bild immer vorhanden ist, weniger störend bei der Erkennbarkeit sehr kleiner Fehler ist.
Abbildung 2-11 zeigt die Wirkung der geometrischen Unschärfe auf das Bild eines Fehlers, der kleiner als die Brennfleckgröße ist.
