Radiation Measurement and Imaging Systems 1 - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Das Modul Strahlungsmesstechnik und Bildgebende Systeme 1 mit der Prüfungsnummer 220465 schließt mit folgenden Leistungen ab:

• schriftliche Prüfungsleistung über 120 Minuten mit einer Wichtung von 84% (Prüfungsnummer: 2200770)
• Studienleistung mit einer Wichtung von 16% (Prüfungsnummer: 2200771)

Details zum Abschluss Teilleistung 2:

Zur Durchführung von Laborversuchen ist in jedem Semester eine aktenkundige Belehrung notwendig.

Praktikumsversuche Strahlungsdetektoren und Röntgenbildwandler; Note ergibt sich aus Testatgespräch, Durchführung und Protokoll

Fachkompetenz: Die Studierenden verstehen den Aufbau und die Funktion von verschiedenen Strahlungsdetektoren. Sie beherrschen die sachgerechte Auswahl von Strahlungsmesstechnik in Abhängigkeit der notwendigen Messaufgabe und erkennen die physikalischen und technischen Einflussfaktoren auf das Messergebnis.

Die Studierenden verstehen den Aufbau und die Funktion einer Röntgeneinrichtung, speziell im Anwendungsbereich der Medizin. Sie erkennen das Zusammenwirken aller Einzelkomponenten von Röntgenröhre bis Bildwandler zur befundbaren Bilderzeugung für den Radiologen.

Die Studierenden verstehen die Anforderungen an offene Radionuklide in der Nuklearmedizin zur Diagnostik und Therapie. Sie beherrschen den Aufbau und die Funktion der Gammakamera. Sie erkennen die Abhängigkeiten zur Beeinflussung der Bildgüte bei SPECT und PET.

Methodenkompetenz:

Die Studierenden sind in der Lage, die methodischen Zusammenhänge zwischen genutzten physikalischen Wechselwirkungen im Detektormedium, Signalwandlung und -übertragung sowie Anzeige einer definierten Messgröße auf der Ebene des Signalübertragungsprozesses zu verstehen und zu analysieren. Die Studierenden sind befähigt, typische Messaufgaben der Strahlungsmesstechnik zu erkennen, zu bewerten und in eine optimale Lösung umzusetzen.

Die Studierenden sind in der Lage, auf der Ebene des Signalübertragungsprozesses Aufbau und Funktion medizinischer Bilderzeugungssysteme zu erkennen und zu analysieren einschließlich der Aufwärtseffekte der genutzten physikalischen Wechselwirkungsprozesse. Sie sind in der Lage, deren Aufwand, Nutzen und Risiko im medizinischen Versorgungs- und ärztlichen Betreuungsprozess zu bewerten.

Systemkompetenz:

Die Studierenden verstehen Strahlungsmesstechnik als komplexes Zusammenspiel von Strahlungsdetektor, Vorverstärker, Verstärker und Messauswertung zum Zählen, zur Aktivitätsbestimmung, Energiebestimmung und -analyse und zur Dosisbestimmung ionisierender Strahlung, besonders im Anwendungsfall der Medizin.

Die Studierenden verstehen radiologische Bilderzeugungssysteme als komplexes Zusammenspiel von Strahlerzeugung und Bilderzeugung unter Berücksichtigung physikalischer und technischer Störeinflüsse und ihre Rolle als technisches Hilfsmittel zum Erkennen von Krankheiten.

Sozialkompetenz:

Die Studierenden verstehen aus der Vorlesung die vielschichtigen Anforderungen an moderne Strahlungsmesstechnik und Bildgebende Systeme in der Medizin. Mit diesen Kenntnissen ist es ihnen möglich sich an fachspezifischen Diskussionen zu beteiligen und an sie gerichtete Fragen zu beantworten. Aus der Reflexion der Diskussionen in den Vorlesungen und Praktika haben die Studierenden gelernt, Kritik an ihrer Meinung zu akzeptieren und andere Meinungen zuzulassen.

Im Praktikum werden gezielt folgende Kompetenzen erworben:

Strahlungsdetektoren: Die Studierenden beherrschen den selbständigen Umgang mit rechnergestützten Strahlungsmessgeräten und erkennen die Spezifik unterschiedlicher Messgeräte. Sie sind in der Lage, in Abhängigkeit der Strahlenqualität zugehörige Messtechnik auszuwählen und anzuwenden. Sie bedenken die relevanten Aspekte des Strahlenschutzes. Sie sind in der Lage, grundlegende Fragestellungen der Anwendung von Strahlungsmesstechnik in der Gruppe zu analysieren und zu bearbeiten.

Röntgenbildwandler: Die Studierenden erfahren die Funktion und die Handhabung von unterschiedlichen Generationen von Röntgenbildwandlern. Sie beherrschen den grundsätzlichen selbständigen Umgang mit einer medizinischen Röntgenanlage. Sie sind in der Lage, die zur optimalen Bildgebung notwendigen Parameter zu erkennen, anzupassen und zu bewerten. Sie vergleichen unterschiedliche Bildwandler in Bezug auf Abbildungsqualität und Dosisbedarf und wägen den sachgerechten Einsatz in der klinischen Routine ab. Sie sind in der Lage, diese grundsätzlichen Fragestellungen in einer kleinen Gruppe problembezogen zu beschreiben und ihre fachliche Meinung klar und korrekt zu kommunizieren.  

Die Studierenden zeigen Interesse für die praktische Tätigkeit im Laborversuch. Sie kennen und beachten die Regeln des Strahlenschutzes und weiterer Arbeitsschutzvorschriften.

Strahlungsmesstechnik

Messgrößen:

Quellengrößen - Aktivität; Quellstärke; Strahlungsleistung.

Feldgrößen - Begriffe, Bezugsgrößen; Teilchenzahl; Energie.

Dosisgrößen - Begriffe, Arten; Energiedosis; Expositionsdosis; Kerma; Bremsstrahlungsverlust.

Ionisation:

Allgemeines Detektorausgangssignal - Ladungsträgerbildung und -sammlung; Entstehung des Ausganssignales.

Gasionisationsdetektoren - Prinzip; Arbeitsbereiche; Einflussgrößen. Ionisationskammer - Aufbau, Arten; Wirkungsweise, Messaufgaben; Dosisflächenprodukt-Messkammern; Verstärkung des Ausgangssignales. Proportionalitätszählrohr - Wirkungsweise, Aufbau; Impulsberechnung; Messaufgaben; Beispiel; Arbeitscharakteristik. Auslösezählrohr - Wirkungsweise; Aufbau; Nicht selbstlöschende Auslösezählrohre; Selbst löschende Auslösezählrohre; Messaufgaben; Impuls, Totzeit; Zählrohrcharakteristik.

Festkörperionisationsdetektoren - Wirkprinzip; Ladungsträgerbildung und -sammlung; Arten, Überblick. Oberflächen-Sperrschicht-Detektoren - Aufbau; Parameter.

Anregung:

Anregungsdetektoren - Vorgänge, Arten; Nachweis der Lichtquanten.

Szintillationszähler - Genutzte Wechselwirkungseffekte; Szintillatoren; Sonde; Eigenschaften von Szintillationszählern.

Thermolumineszenzdetektoren - Wechselwirkungseffekt; Detektorsubstanzen; Messplatz; Messaufgaben.

Elektronik:

Impulsverarbeitung - Ladungsempfindlicher Vorverstärker; Impulsverstärker; Einkanalanalysator; Vielkanalanalysator.

Messaufgaben:

Teilchen- und Quantenzählung - Statistik; Zählverluste.

Aktivität - Absolute Aktivitätsmessung; Messung geringer Aktivitäten; Relative Aktivitätsmessung.

Energie und Energieverteilung - Methoden und Aufgaben; Photonenspektrometrie.

Dosismessung - Sondenmethode; Absolut- und Relativdosimetrie; Messaufgaben.

Bildgebende Systeme in der Medizin 1

Röntgenstrahlung:

Röntgendiagnostische Technik - Begriffe, Zuordnung; Röntgendiagnostischer Prozess.

Röntgenstrahlenquellen - Diagnostikröntgenröhren, Anforderungen; Festanodenröntgenröhren; Drehanodenröntgenröhren, Leistungsparameter, Elektrische Eigenschaften, Betriebsarten, Alterung, Herstellungstechnologie; Drehkolbenröhren; Röntgendiagnostikgeneratoren, Arten, Überblick, Einpuls-Transformator-Generator, Konvertergenerator.

Streustrahlung - Entstehung; Wirkung auf den Kontrast; Minimierung der Streustrahlung, Am Ort der Entstehung, Abstandstechnik, Streustrahlenraster.

Röntgenbildwandler - Fotografische Registrierung, Röntgenfilm, Verstärkerfolien, Film-Folien-Systeme; Digitale Röntgenbildwandler, Möglichkeiten, Speicherphosphorfolien, Flachbilddetektoren; Elektronenoptischer Röntgenbildverstärker, Aufbau, Bildwandlungen, Übertragungsverhalten, Arbeitsmöglichkeiten; Röntgenfernsehen, Bildzerlegung, Digitales Röntgenfernsehen; Digitale Subtraktionsangiografie; Dosisbedarf u. Auflösungsvermögen v. Röntgenbildwandlern.

Computertomografie - Historische Entwicklung; Gerätetechnik, Bilddarstellung und -auswertung; Aktuelle technische Entwicklungen; Abbildungsgüte.

Gammastrahlung:

Nuklearmedizinische Technik - Begriffe; Nuklearmedizinische Methoden.

Radionuklide, Radiopharmaka - Möglichkeiten der Radionukliderzeugung; Radiopharmaka, Anforderungen.

Szintillationskamera - Kollimatoren; Aufbau; Detektion von Ort und Energie; Übertragungsverhalten.

Emmissions-Computertomographie - Prinzip; SPECT-Kamerasysteme. PET-Kamerasysteme; Anforderungen an Hybridsysteme; Ortsdetektion; Anwendungsbeispiele (Schilddrüsenszintigrafie, Entzündungsprozesse, Tumordiagnostik,.).

Zugehörige Praktikumsversuche:

• Strahlungsdetektoren
• Röntgenbildwandler

Vorlesung Bildgebende Systeme 1

Medienform: Tafel, Mitschriften, computergestützte Präsentationen, Arbeitsblätter, Übungsaufgaben, Demonstrationen

Vorlesung Strahlungsmesstechnik

Medienform:Tafel, Mitschriften, computergestützte Präsentationen, Arbeitsblätter, Übungsaufgaben, Demonstrationen

1. Angerstein, Wilfried;Aichinger, Horst (2005): Grundlagen der Strahlenphysik und radiologischen Technik in der Medizin.5.Auflage. Hoffmann.
2. Krieger, Hanno (2013): Strahlungsmessung und Dosimetrie. 2. Aufl. Springer Spektrum.
3. Stolz, Werner (2005): Radioaktivität. Grundlagen - Messung - Anwendungen. 5.Auflage. Teubner.
4. Kleinknecht, Konrad (2005): Detektoren für Teilchenstrahlung. Vieweg & Teubner.
5. Dössel, Olaf (2016): Bildgebende Verfahren in der Medizin: Von der Technik zur medizinischen Anwendung. 2.Aufl.; Springer Vieweg.
6. Dössel, Olaf (Hg.) (2014): Biomedizinische Technik: Band 7: Medizinische Bildgebung. De Gruyter.
7. Kalender, Willi A. (2006): Computertomographie. Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen. 2.Aufl.; Publicis. Auch in Englisch, dann 3.Aufl. 2011
8. Krieger, Hanno (2017): Strahlungsquellen für Technik und Medizin. 3. Aufl.;Springer Spektrum.
9. Krieger, Hanno (2019): Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes. 6.Aufl.; Springer Spektrum.
10. Schlegel, Wolfgang (2018): Medizinische Physik. Springer Spektrum.