Wie funktioniert eine Röntgenuntersuchung? Vereinfacht gesagt werden Röntgenstrahlen durch einen bestimmten Bereich des Körpers geschickt und auf der gegenüberliegenden Seite von einem Detektor gemessen. Knochen, Weichteile und Luft schwächen die Röntgenstrahlen unterschiedlich stark ab. Aus diesen Unterschieden entsteht ein Röntgenbild. Knochen erscheinen beispielsweise hell, während Luft dunkel dargestellt wird. Moderne Röntgenaufnahmen entstehen heute in der Regel digital und können unmittelbar am Bildschirm beurteilt werden.
Was sind Röntgenstrahlen?
Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Strahlen. Zu dieser grossen Gruppe gehören beispielsweise auch sichtbares Licht und Radiowellen. Röntgenstrahlen besitzen jedoch wesentlich mehr Energie.
Aufgrund ihrer hohen Energie können sie Materie durchdringen. Gleichzeitig können sie Elektronen aus Atomen lösen. Deshalb gehören Röntgenstrahlen zur ionisierenden Strahlung (energiereiche Strahlung, die Atome oder Moleküle elektrisch verändern kann).
Diese Eigenschaft ermöglicht einerseits die medizinische Bildgebung. Andererseits ist sie der Grund dafür, dass Röntgenstrahlung nur eingesetzt werden sollte, wenn für die Untersuchung eine medizinische Indikation (medizinisch begründeter Anlass) besteht.
Wie entstehen Röntgenstrahlen?
Die Röntgenstrahlung wird erst während der Untersuchung im Röntgengerät erzeugt. Das geschieht in der sogenannten Röntgenröhre (Bauteil des Röntgengeräts, in dem die Röntgenstrahlung entsteht).
In dieser Röhre werden Elektronen (sehr kleine elektrisch geladene Teilchen) stark beschleunigt. Anschliessend treffen sie mit hoher Geschwindigkeit auf ein Metall, das als Anode (positiv geladene Elektrode und Ziel der beschleunigten Elektronen) bezeichnet wird.
Beim Auftreffen werden die Elektronen stark abgebremst. Ein kleiner Teil ihrer Energie wird dabei in Röntgenstrahlung umgewandelt, der weitaus grössere Teil in Wärme.
Die entstandenen Röntgenstrahlen verlassen die Röntgenröhre anschliessend in Richtung der zu untersuchenden Körperregion.
Wie entsteht aus Röntgenstrahlung ein Bild?
Für eine Röntgenaufnahme befindet sich die zu untersuchende Körperregion zwischen der Röntgenröhre und dem Detektor (elektronisches System zur Erfassung der ankommenden Röntgenstrahlung).
Die Röntgenstrahlen durchdringen den Körper und treffen anschliessend auf den Detektor. Allerdings erreicht nicht überall gleich viel Strahlung den Detektor.
Ein Teil der Röntgenstrahlen wird im Körper absorbiert (aufgenommen), ein anderer Teil wird gestreut und ein weiterer Teil durchdringt den Körper.
Wie stark die Strahlung abgeschwächt wird, hängt unter anderem davon ab, welches Gewebe sie durchquert und wie dick dieses Gewebe ist.
Genau diese Unterschiede werden vom Detektor gemessen und anschliessend in ein digitales Bild umgewandelt.
Warum erscheinen Knochen auf einem Röntgenbild hell?
Knochen schwächen Röntgenstrahlen vergleichsweise stark ab. Deshalb erreicht hinter einem Knochen weniger Röntgenstrahlung den Detektor.
In der üblichen Darstellung des Röntgenbildes erscheint Knochen dadurch hell beziehungsweise weiss.
Besonders deutlich sichtbar sind beispielsweise die Kortikalis (harte äussere Schicht eines Knochens) und andere stark verkalkte Strukturen.
Diese ausgeprägten Unterschiede zwischen Knochen und umgebenden Geweben erklären, warum die Radiografie (klassische Röntgenuntersuchung) besonders gut zur Beurteilung vieler knöcherner Veränderungen geeignet ist.
Warum erscheint Luft im Röntgenbild schwarz?
Luft schwächt Röntgenstrahlung nur sehr wenig ab. Deshalb gelangt in luftgefüllten Bereichen vergleichsweise viel Strahlung bis zum Detektor.
Solche Bereiche erscheinen im Röntgenbild dunkel bis schwarz.
Das lässt sich besonders gut an einem Röntgenbild des Brustkorbs erkennen. Die luftgefüllten Lungen erscheinen überwiegend dunkel, während Rippen und Wirbelsäule wesentlich heller dargestellt werden.
Wie werden Fett, Muskeln und Organe dargestellt?
Zwischen den beiden Extremen Knochen und Luft liegen unterschiedliche Weichteile (nicht knöcherne Gewebe wie Muskeln, Fett und innere Organe).
Sie schwächen Röntgenstrahlung unterschiedlich stark ab und erscheinen deshalb in verschiedenen Graustufen.
Fett besitzt beispielsweise eine andere Röntgendichte als Muskelgewebe. Viele Organe und andere Weichteile unterscheiden sich jedoch nur relativ wenig voneinander.
Genau hier liegt eine wichtige Grenze der klassischen Röntgenuntersuchung: Strukturen mit sehr ähnlicher Röntgendichte können auf einem normalen Röntgenbild nur schwer voneinander abgegrenzt werden.
Was bedeutet Röntgendichte?
Der Begriff Röntgendichte (Mass dafür, wie stark eine Struktur Röntgenstrahlung abschwächt und dadurch im Bild erscheint) beschreibt vereinfacht die unterschiedliche Helligkeit von Geweben im Röntgenbild.
Für das grundlegende Verständnis kann man sich fünf typische Gruppen merken:
- Luft: sehr dunkel bis schwarz
- Fett: dunkelgrau
- Weichteile und Flüssigkeit: unterschiedliche mittlere Grautöne
- Knochen und Kalk: hell
- Metall: meist sehr hell beziehungsweise weiss
In der Realität sind die Übergänge komplexer. Dieses vereinfachte Schema erklärt jedoch gut, warum verschiedene Strukturen auf einem Röntgenbild unterschiedlich aussehen.
Warum werden häufig mehrere Röntgenaufnahmen gemacht?
Eine klassische Röntgenaufnahme ist ein zweidimensionales Bild einer dreidimensionalen Körperregion. Dadurch liegen verschiedene anatomische Strukturen im Bild übereinander.
Diese Überlagerung (Darstellung mehrerer hintereinanderliegender Strukturen an derselben Stelle des Röntgenbildes) gehört zu den grundlegenden Eigenschaften der Radiografie.
Deshalb werden bei vielen Untersuchungen Aufnahmen aus mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen angefertigt. Ein Knochenbruch kann beispielsweise auf einer Aufnahme kaum sichtbar sein, während er aus einer anderen Richtung deutlich erkennbar wird.
Die verschiedenen Projektionen helfen zudem dabei, die räumliche Lage einer Veränderung besser einzuschätzen.
Was bedeutet Projektion beim Röntgen?
Eine Röntgenprojektion (festgelegte Richtung, aus der die Röntgenstrahlen durch den Körper zum Detektor verlaufen) beschreibt die Aufnahmerichtung.
Bei einer Aufnahme des Brustkorbs kann die Strahlung beispielsweise von hinten nach vorne durch den Körper verlaufen. Diese Aufnahme wird als p.a.-Aufnahme (posteroanterior: Strahlengang von hinten nach vorne) bezeichnet.
Zusätzlich wird häufig eine seitliche Aufnahme angefertigt. Dadurch erhält die Radiologin oder der Radiologe Informationen aus einer zweiten Blickrichtung.
Welche Projektionen erforderlich sind, hängt von der untersuchten Körperregion und der medizinischen Fragestellung ab.
Wie funktioniert digitales Röntgen?
Früher wurden Röntgenbilder auf speziellen Röntgenfilmen erzeugt. Diese Filme mussten ähnlich wie fotografische Filme entwickelt werden.
Heute arbeitet die Radiografie überwiegend digital. Moderne Detektoren erfassen die ankommende Röntgenstrahlung und wandeln sie in elektrische beziehungsweise digitale Signale um.
Ein Computer verarbeitet daraus das Röntgenbild. Dieses kann anschliessend an einem hochauflösenden Befundmonitor betrachtet werden.
Die digitale Technik ermöglicht zudem eine Anpassung von Helligkeit und Kontrast der Darstellung. Die zugrunde liegende Aufnahme bleibt dabei dieselbe; verändert wird lediglich die Darstellung der bereits vorhandenen Bildinformationen.
Was passiert mit dem Röntgenbild nach der Aufnahme?
Nach der Aufnahme werden die Bilder normalerweise digital gespeichert und an ein PACS (Picture Archiving and Communication System, digitales System zur Speicherung und Bereitstellung medizinischer Bilder) übertragen.
Die Radiologin oder der Radiologe beurteilt die Bilder an einem speziellen Befundarbeitsplatz. Dabei werden die sichtbaren anatomischen Strukturen systematisch analysiert.
Wenn frühere Untersuchungen vorhanden sind, können diese zum Vergleich herangezogen werden. Dadurch lässt sich beispielsweise feststellen, ob eine Veränderung neu entstanden, unverändert geblieben oder grösser beziehungsweise kleiner geworden ist.
Die Ergebnisse werden anschliessend in einem radiologischen Befund zusammengefasst.
Warum muss man während der Aufnahme stillhalten?
Eine einzelne Röntgenaufnahme dauert meist nur einen sehr kurzen Moment. Trotzdem ist es wichtig, während der Aufnahme möglichst ruhig zu bleiben.
Bewegt sich die untersuchte Körperregion während der Aufnahme, kann eine Bewegungsunschärfe (verschwommene Darstellung durch Bewegung während der Bildaufnahme) entstehen. Kleine Strukturen können dadurch schlechter erkennbar sein.
Bei bestimmten Untersuchungen, insbesondere beim Röntgen des Brustkorbs, wird deshalb zusätzlich darum gebeten, kurz die Luft anzuhalten.
Ist nach der Röntgenaufnahme noch Strahlung im Körper?
Nein. Die Röntgenstrahlung wird nur während der eigentlichen Aufnahme erzeugt. Sobald die Aufnahme beendet ist, entsteht keine weitere Röntgenstrahlung.
Patientinnen und Patienten werden durch eine normale Röntgenuntersuchung auch nicht radioaktiv. Es verbleibt keine Röntgenstrahlung im Körper.
Das unterscheidet die klassische Röntgendiagnostik beispielsweise von bestimmten nuklearmedizinischen Untersuchungen (Bildgebung mit verabreichten radioaktiven Substanzen).
Warum verwendet man Röntgenstrahlung trotz der Strahlenbelastung?
Röntgenstrahlen gehören zur ionisierenden Strahlung und können grundsätzlich biologische Wirkungen verursachen. Deshalb wird eine Röntgenuntersuchung nicht ohne medizinischen Grund durchgeführt.
Besteht eine medizinische Indikation, kann die Untersuchung jedoch wichtige diagnostische Informationen liefern. Gleichzeitig wird sie so geplant, dass mit möglichst niedriger Strahlenexposition die erforderliche diagnostische Bildqualität erreicht wird.
Wie hoch die Strahlenbelastung bei unterschiedlichen Röntgenuntersuchungen tatsächlich ist, erklären wir ausführlich in einem eigenen Beitrag dieses Themenbereichs.
Was unterscheidet Röntgen von CT und MRI?
Auch die Computertomografie oder CT (Röntgenverfahren zur Erstellung von Schnittbildern des Körpers) arbeitet mit Röntgenstrahlung. Im Unterschied zur klassischen Radiografie entstehen dabei jedoch Schnittbilder, aus denen sich auch dreidimensionale Darstellungen rekonstruieren lassen.
Die MRI oder Magnetresonanztomografie (Bildgebung mit starken Magnetfeldern und Hochfrequenzimpulsen) verwendet dagegen keine Röntgenstrahlung und besitzt besondere Stärken bei der Darstellung vieler Weichteile.
Die klassische Radiografie bleibt trotzdem ein wichtiges Verfahren. Sie ist schnell, breit verfügbar und kann bestimmte medizinische Fragen mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand beantworten.
Welches Verfahren für welche Fragestellung geeignet ist, behandeln wir innerhalb unserer Radiology Basics in einem eigenen Beitrag.
Wie funktioniert eine Röntgenuntersuchung? Das Wichtigste auf einen Blick
- Röntgenstrahlen werden in der Röntgenröhre erst für die jeweilige Aufnahme erzeugt.
- Die Strahlen durchdringen den Körper und werden von verschiedenen Geweben unterschiedlich stark abgeschwächt.
- Ein digitaler Detektor misst die ankommende Strahlung und daraus entsteht das Röntgenbild.
- Knochen erscheinen typischerweise hell, Luft dunkel und Weichteile in unterschiedlichen Graustufen.
- Mehrere Projektionen helfen, Überlagerungen zu reduzieren und Veränderungen räumlich besser einzuordnen.
- Moderne Röntgenbilder werden digital gespeichert und von Radiologinnen und Radiologen beurteilt.
- Nach der Aufnahme bleibt keine Röntgenstrahlung im Körper zurück.
Fazit
Bei einer Röntgenuntersuchung wird Röntgenstrahlung durch einen bestimmten Bereich des Körpers geschickt und anschliessend von einem Detektor gemessen. Weil Luft, Fett, Weichteile, Knochen und Metall die Strahlung unterschiedlich stark abschwächen, entstehen verschiedene Grauwerte und damit ein diagnostisch verwertbares Bild.
Knochen erscheinen typischerweise hell, Luft dunkel und Weichteile in unterschiedlichen Graustufen. Da eine Röntgenaufnahme ein zweidimensionales Projektionsbild ist, werden häufig mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen benötigt.
Die moderne Radiografie arbeitet überwiegend digital. Die Bilder stehen nach der Aufnahme unmittelbar zur Verfügung, werden gespeichert und von einer Radiologin oder einem Radiologen beurteilt. Trotz moderner CT- und MRI-Technik bleibt die klassische Röntgenuntersuchung deshalb ein grundlegendes und häufig eingesetztes Verfahren der medizinischen Bildgebung.
Quellen und weiterführende Informationen
- Radiological Society of North America (RSNA) / American College of Radiology (ACR): RadiologyInfo – X-ray (Radiography) und Patienteninformationen zur Röntgendiagnostik.
- World Health Organization (WHO): Radiation and Health – Ionizing Radiation and Health Effects.
- World Health Organization (WHO) / International Atomic Energy Agency (IAEA): Radiation Protection and Safety in Medical Uses of Ionizing Radiation.
- Bundesamt für Strahlenschutz (BfS): Informationen zu Röntgendiagnostik und medizinischem Strahlenschutz.
- International Atomic Energy Agency (IAEA): Radiation Protection of Patients – Grundlagen der diagnostischen Radiologie und Optimierung medizinischer Expositionen.
