Podstawy Radiologii (3)

Klasyczne metody rentgenowskie

W listopadzie 1895 roku Wilhelm Konrad Roentgen dokonał epokowego odkrycia

nowego rodzaju promieni, które ze względu na ich tajemniczą nieznaną wówczas naturę nazwał

promieniami X.

Wiadomość o niewidzialnym promieniowaniu, które przenika przez ciała

nieprzeźroczyste obiegła świat lotem błyskawicy. Użyteczność nowo odkrytych promieni zastała

doceniona już wkrótce po ich odkryciu. W 1896 roku zaczęto stosować promienie rentgenowskie

do uwidocznienia kości kończyn, rozpoznania złamania lub lokalizacji ciał obcych. Były to

początki rentgenodiagnostyki - nowej dziedziny nauk lekarskich.

Promienie rentgenowskie szybko znalazły zastosowanie na ziemiach polskich. W lutym

1896r. prof. A. Obaliński, na podstawie zdjęcia rentgenowskiego rozpoznał zwichnięcie w stawie

łokciowym. W tym samym roku M. Brunner zorganizował pierwszą na ziemiach polskich

pracownię rentgenowską. Zdjęcia wykonywano na szklanych kliszach posługując się

prymitywnymi urządzeniami. Czas ekspozycji musiał być niezwykle długi - często kilka minut

do przeszło 2 godzin.

Już w pierszych miesiącach stosowania promieni rentgenowskich zauważono pewne

ujemne skutki działania tego promieniowania. U osób eksponowanych na działanie promieni

zaobserwowano oparzenia skóry dłoni. To z kolei zwróciło uwagę na efekt biologiczny.

Promienie rentgenowskie znalazły zastosowanie w leczeniu chorób skóry. Równocześnie z

rengenodiagnostyką zaczęła się rozwijać rentgenoterapia. Dysponując już pewnym

doświadczeniem w zakresie działania promieni rentgenowskich na żywą tkankę rozpoczęto próby

leczenia nowotworów. W latach 1901-1902 rozpowszechniła się radioterapia, która wspólnie z

rentgenodiagnostyką i rentgenoterapią składa się na nową dziedzinę nauki - radiologię lekarską.

Lata 1900-1920 stanowią okres intensywnej pracy nad doskonaleniem aparatury

rentgenowskiej, poszukiwaniem nowych materiałów światłoczułych, odpowiednich do

wykonywania zdjęć, oraz środków cieniujących umożliwiających uwidocznienie szczegółów

budowy narządów wewnętrznych, normalnie nie widocznych na zdjęciu rentgenowskim. Wysiłki

naukowców owego okresu nie były daremne. Stworzono materialne podstawy dalszego rozwoju

radiologii klinicznej.

W latach 1920-1930 krystalizuje się technika badań rentgenowskich, które dzisiaj

uważamy za badania podstawowe. Rozwinęła się diagnostyka przewodu pokarmowego, została

opracowana technika cholecystografii, badania narządu oddechowego wzbogacono o

bronchografię i tomografię. Do badań układu naczyniowego wprowadzono cewnikowanie serca,

powstały podstawy neuroradiologii, rozwinęła się urografia jako metoda badania nerek i dróg

moczowych.

Wybitny postęp technologiczny w latach pięćdziesiątych umożliwił wprowadzenie

wzmacniaczy elektronowych obrazu oraz urządzeń telewizyjnych zmniejszając czas trwania

prześwietlenia do rozsądnych granic. W latach powojennych radiologia lekarska wzbogaciła się o

zupełnie nowy dział - medycynę nuklearną. Rozwinęły się również dwie techniki

pararadiologiczne - termografia i ultrasonografia. W latach siedemdziesiątych wprowdzono do

diagnostyki tomografię komputerową, a w osiemdziesiątych tomografię magnetycznego

rezonansu jądrowego. Współczesna radiologia lekarska jest ściśle powiązana ze wszystkimi

dziedzinami medycyny doświadczalnej i klinicznej. Niemal każdy dzień przynosi coś nowego w

dziedzinie metodyki, aparatury lub urządzeń pomocniczych.

Wybrane wiadomości z fizyki promieniowania rentgenowskiego

Promienie X są falami elektromagnetycznymi o długości od ok. 6pm do ok. 100pm.

Powstają w wyniku hamowania elektronów swobodnych przyspieszonych w polu elektrycznym.

Urządzeniami stosowanymi w diagnostyce lekarskiej do wytwarzania promieniowania rtg są

lampy próżniowe z dwiema elektrodami, w których elektrony wysyłane przez elektrodę ujemną

(katodę) zostają gwałtownie zahamowane na elektrodzie dodatniej (anodzie). Katoda zbudowana

jest ze skręconego spiralnie drutu wolframowego, zwanego włóknem żarzenia. Wolfram jest

pierwiastkiem o wysokiej liczbie atomowej (Z=74), ma wysoką temperaturę topnienia (3370C),

małą skłonność do parowania i jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła. Rozgrzanie włókna

wolframowego do temp. 2200C powoduje zjawisko termoemisji elektronów. Anoda jest

zbudowana z bloku miedzianego, w który jest wtopiony krążek z wolframu. Katoda emituje

elektrony, które są przyspieszane w polu elektrycznym pomiędzy anodą i katodą. Wzrost

napięcia przyspieszającego powoduje wzrost energii elektronów, które są następnie hamowane na

powierzchi anody (w miejscu, gdzie w miedzianym bloku umieszczono krążek wolframowy). W

wyniku hamowania elektronów na anodzie powstaje promieniowanie rentgenowskie. Składa się

ono z:

1. promieniowania hamowania,

2. promieniowania charakterystycznego.

Promieniowanie hamowania daje widmo ciągłe (różne długości fal), którego rozkład nie zależy

od materiału elektrody hamującej. Wynika to stąd, że zamiana energii elektronu na energię

fotonu odbywa się bez wzbudzenia atomu.

Ze wzbudzeniem atomu pierwiastka elektrody hamującej jest związane promieniowanie

charakterystyczne, dające widmo liniowe (jednakowa długość fali). Promieniowanie

charakterystyczne pojawia się, gdy energia elektronów przekroczy określoną dla danego

pierwiastka wartość. Dla wolframu napięcie potrzebne do uzyskania tego efektu wynosi 70 kV.

Wartość ta wynika z energii wiązania na powłoce K (najbliższej jądra) atomu wolframu.

Promieniowanie charakterystyczne stanowi niewielki odsetek całości promieniowania

rentgenowskiego. Tylko 1% energii kinetycznej elektronów jest zamieniany na energię

promieniowania rtg, 99% ich energii zostaje zamienione na ciepło. Dzieje się tak ponieważ

większość elektronów wytrąca elektrony z powłok zewnętrznych atomów wolframu i powoduje

ich silne ruchy, które dają emisję ciepła.

Napięcie szczytowe przyłożone do lampy rentgenowskiej decyduje o jakości

promieniowania rentgenowskiego. Natomiast na ilość promieni ma wpływ natężenie płynącego

prądu mierzone w miliaperach (mA).

Wzajemne oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego i materii.

Część promieniowania rentgenowskiego przenikając przez materię ulega osłabieniu przez

ich wzajemne oddziaływanie. Istnieją trzy podstawowe procesy wzajemnego oddziaływania:

1. rozpraszanie spójne,

Występuje wtedy, gdy foton promieniowania rtg trafi na atom. Może to spowodować

wysłanie innego fotonu, o zmienionym kierunku, ale o tej samej długości fali. Spójne

rozpraszanie jako jedyne przebiega bez jonizacji atomu.

2. Zjawisko fotoelektryczne

Foton promieniowania rtg o energii nieco większej niż energia wiązania powłoki

elektronu atomu, na który trafia oddając całą swoją energię wytrąca ten elektron poza atom.

Nazywa się on wtedy fotoelektronem. Powstają jednocześnie dwa jony i dwa fotony

promieniowania charakterystycznego przez zmiany położenia elektronów na powłokach

wzbudzonego atomu. Zjawisko fotoelektryczne jest zjawiskiem pochłaniania promieniowania.

3. Rozpraszanie Comptona

Występuje wtedy, gdy foton uderza w elektron powłoki zewnętrznej atomu, która ma

niską energię wiązania. Elektron zostaje wyrzucony poza atom, a pozostała energia fotonu

tworzy nowy foton o zmienionej długości fali (dłuższej) i zmienionym kierunku ( nawet o 180).

Atom pozbawiony elektronu staje się jonem.

Przy wyższych energiach promieniowania rentgenowskiego (nie stosowanych w

diagnostyce medycznej) występuje jeszcze zjawisko tworzenia par i zjawisko rozpadu atomu.

Promieniowanie rentgenowskie ma następujące właściwości:

1. zmniejsza swoje natężenie z kwadratem odległości,

2. ulega osłabieniu przenikając przez materię,

3. wywołuje jonizację materii,

4. wywołuje zjawisko luminescencji,

5. działa na emulsję fotograficzną,

6. ma działanie biologiczne.

Zmiana natężenia z kwadratem odległości ma istotne znaczenie dla techniki

wykonywania zdjęć rentgenowskich oraz dla pacjenta i radiologa. Z właściwości tej wynika

prosta zasada, że odległość jest najlepszą ochroną przed promieniowaniem.

Osłabianie promieniowania, na które składa się zjawisko pochłaniania i rozpraszania ma

kluczowe znaczenie w diagnostyce radiologicznej. Obrazy rentgenowskie oglądane na zdjęciu i

podczas prześwietlania powstają dzięki zróżnicowanemu osłabianiu zależnemu od rodzaju

materiału. Za pochłanianie promieniowania jest odpowiedzialne zjawisko fotoelektryczne. Im

wyższa zawartość pierwiastków o dużych liczbach atomowych, tym pochłanianie większe.

Tkanki miękkie zbudowane głownie z pierwiastków lekkich, takich jak wodór, węgiel czy tlen

wytwarzają bardzo mało fotoelektronów. Natomiast kości zawierające wapń dużo. Dlatego w

obrazie rentgenowskim występują różnice zaczernienia między np. gazem, tkankami miękkimi i

tkanką kostną.

Wzajemny udział pochłaniania i rozpraszania w osłabieniu promieniowania zależy energii

promieniowania i rodzaju materiału. Im wyższa energia promieniowania tym większe

rozpraszanie.

Jonizacja powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią.

Luminescencja jest zjawiskiem emitowania światła widzialnego przez niektóre związki

chemiczne pod wpływem promieniowania rentgenowskiego. Luminescencję wykorzystuje się do

wzmocnienia promieniowania rtg podczas zdjęć (folie wzmacniające) oraz podczas prześwietleń

(ekrany wzmacniacza obrazu).

Działanie fotograficzne promieniowania rentgenowskiego wraz ze zjawiskiem

luminescencji umożliwia wykonywanie zdjęć rentgenowskich na kliszach fotograficznych.

Działanie biologiczne promieniowania rentgenowskiego wynika z jonizacji tkanek

poddanych napromieniowaniu. Fotony promieniowania rtg reagują z elektronami orbitalnymi

tkanek ( jonizacja lub wzbudzenie) doprowadzając do zmian na poziomie molekularnym. W

sprzyjających warunkach energia wyzwolona w powyższych procesach może inicjować łańcuch

przemian fizykochemicznych i biochemicznych w komórce i przestrzeni zewnątrzkomórkowej, a

w efekcie w wyższych poziomach strukturalnych. Podstawową regułą określającą

promienioczułość komórek, a więc ich podatność na uszkodzenie, jest reguła sformułowana w

pierwszych latach XXw. przez Bergonie i Tribondeau, która głosi: "Wrażliwość komórek na

promieniowanie jest wprost proporcjonalna do ich aktywności proliferacyjnej i odwrotnie

proporcjonalna do stopnia ich zróżnicowania."

Z właściwości tej wynika zróżnicowany sposób szkodliwości promieniowania rtg w zależności

od rodzaju tkanki, a także możliwość wykorzystania promieni rtg w leczeniu, czyli

rentgenoterapia.

Aparatura rentgenowska i tworzenie obrazów rentgenowskich.

Badania diagnostyczne wykonywane są za pomocą aparatów rentgenowskich

składających się z lampy rentgenowskiej (jednej lub kilku), generatora wysokiego napięcia i

urządzeń pomocniczych umożliwiających wykonanie badania (zegar, stół kasety, przesłony itp.).

Zazwyczaj jeden aparat umożliwia wykonanie zarówno prześwietlenia jak i zdjęcia.

Wykorzystanie diagnostyczne zdjęcia rentgenowskiego lub obrazu prześwietleniowego

jest możliwe tylko wówczas, gdy obraz ten spełnia określone warunki w zakresie:

1. kontrastu,

2. zaczernienia,

3. ostrości,

4. zniekształceń geometrycznych badanego obiektu.

Kontrast jest określony stosunkiem jaskrawości jasnych i ciemnych elementów obrazu.

Zróżnicowanie obrazu pod względem jaskrawości jest następstwem niejednorodnego

pochłaniania przez badany obiekt. Zjawisko to nazywamy kontrastem promieniowania i zależy

ono od badanego obiektu i jakości promieniowania. Energia promieniowania warunkuje jego

przenikliwość, a przenikliwość ma decydujący wpływ na ilość promieniowania rozproszonego.

Ilość promieniowania rozproszonego pogarsza kontrast co implikuje konieczność stosowania

odpowiednich przesłon głębinowych i przeciwrozproszeniowych. Wysoka przenikliwość

powoduje zmniejszenie różnic w pochłanianiu przez różne elementy obiektu.

Kontrast obrazu uzależniony jest również od parametrów błony fotograficznej oraz

procesu jej wywoływania, a w przypadku prześwietleń od parametrów toru wizyjnego.

Zaczernienie obrazu zależne jest od ilości promieni rtg przechodzących przez obiekt w

czasie trwania ekspozycji i docierających do odbiornika, czyli błony rentgenowskiej lub ekranu

luminescencyjnego. Ilość promieni zależy od iloczynu prądu lampy i czasu trwania ekspozycji, a

także od wysokości napięcia kształtującego ilościowo i jakościowo wiązkę promieniowania. Ma

tu również znaczenie czułość zastosowanej błony fotograficznej.

Na ostrość obrazu ma wpływ szereg zaburzeń pochodzących zarówno od badanego

obiektu, jak i wykorzystanej aparatury. Nieostrość, jaką obserwuje się na zdjęciach, stanowi

sumę nieostrości pochodzącą od zaburzeń geometrycznych, ruchowych, ziarna błony,

rozproszenia, paralaksy, czy astygmatyzmu.

ULTRAGONOGRAFIA

Fala akustyczna, do której zaliczamy również ultradźwięki, jest falą typu

mechanicznego. Do ultradźwięków zaliczamy fale o częstotliwości od 16 kHz do ok. 10

GHz. Powyżej tej częstotliwości fale akustyczne nazywamy hiperdźwiękami.

Ultradźwięki występują dość powszechnie w przyrodzie. Są one wykorzystywane

przez niektóre zwierzęta np.nietoperze lub delfiny do lokalizowania różnych obiektów

otoczenia za pomocą echa wydawanych przez siebie dźwięków.

Pierwsze zastosowania ultradźwięków przez człowieka sięgają czasów II Wojny

Światowej. Wynalezienie echosondy służącej do lokalizowania nieprzyjacielskich łodzi

podwodnych dało początek wspólczesnej ultrasonografii. Już od 1942 roku notuje się

pierwsze próby zastosowania ultradźwięków w medycynie. W 1958 r. zastosowano po raz

pierwszy ultradźwięki w ginekologii i położnictwie, na początku lat sześdziesiątych w

kardiologii. Jenakże dopiero rozwój technik komputerowych i informatyki dał prawdziwy

początek wspólczesnej ultrasonografii.

Rozchodzenie się ultradźwięków jest ściśle związane z istnieniem ośrodka

przenoszącego, którego właściwości decydują o prędkości rozchodzenia się fali. Dzięki

wiązaniom elastycznym cząsteczek danego ośrodka narzucone im przez przetwornik

ultradźwiękowy drgania mechaniczne rozprzestrzeniają się ruchem falowym przenosząc

jedynie pęd i energię ruchu i różnią się pod tym wględem od wszelkich ruchów

postępowych, w których wraz z przebytą drogą przenosi się ponadto masę ciała. Tak więc

ośrodek przenoszący falę dźwiękową nie zostaje ani przesunięty, ani trwale odkształcony.

W takiej sytuacji przenoszenie drgań mechanicznych zależeć będzie nie tylko od źródła

drgań i intensywności tych drgań, ale przede wszystkim od charakteru ośrodków ich

budowy strukturalnej i właściwości mechanicznych, takich jak gęstość i sprężystość.

Wymienione czynniki określają istotne dla rozprzesteniających się fal wielkości akustyczne

takie jak: tłumienie fali i jej prędkość. Poza tym charakter ośrodków wpływa zasadniczo na

rodzaj sprężystości, od której zależy sposób rozprzestrzeniania się fali. we krwii i innych

płynach ustrojowych oraz tkankach miękkich, akustycznie bliskich cieczom, posiadających

tak jak i one sprężystość objętości, praktycznie mogą być propagowane wyłącznie fale

podłużne, tzn takie, w których kierunek ruchu drgających cząstek jest zgodny z kierunkiem

wysyłanej fali. W tkance kostnej reprezentującej ciała stałe, które posiadają zarówno

sprężystość objętości jak i postaci, mogą się rozprzestrzeniać oprócz fal podłużnych również

poprzeczne. pomimo, że oprócz fal podłużnych żadne inne nie są wykorzystywane

diagnostycznie, ich odmienny charakter rzutuje na użyteczny strumień wiązki fal (starty

energetyczne).

Prędkość rozchodzenia się fal akustycznych w materii zależy od zdolności

przenoszenia tego rodzaju ruchu przez dany ośrodek, nie zależy natomiast od częstotliwości

fali. Ogólnie można powiedzieć, że prędkość ta wzrasta wraz z wypełnieniem przestrzeni

cząsteczkami tej materii, czyli z gęstością ośrodka. Z zasady tej wynika, że istotnie różnią

się od siebie tylko prędkości rozchodzenia się fali dźwiękowej jedynie w gazach, cieczach i

ciałach stałych.

Dla ciała ludzkiego średnia prędkość wynosi ok. 1540m/s. Stosowane w diagnostyce

medycznej częstotliwości fali ultradźwiękowej mieszczą się w granicach 2 - 20MHz. Z

częstotliwością wiązki związana jest rozdzielczość liniowa uzyskanego obrazu (wprost

proporcjonalnie) oraz głębokość penetracji (odwrotnie proporcjonalnie). Przy wnikaniu do

ośrodka fala dźwiękowa zostaje osłabiona. Składa się na to kilka przyczyn:

- rozproszenie fali,

- absorbcja fali,

- odbicie fali,

- załamanie fali.

Rozproszenie fali jest związane z niejednorodnością ośrodka co powoduje odbijanie

fali we wszystkich kierunkach. Rozproszenie rośnie znacznie wraz z częstotliwością.

Absorbcja fali polega na zamianie jej energii w ciepło. Jeśli fala dźwiękowa przechodzi z

jednego ośrodka do drugiego (o innej oporności akustycznej) to część jej energii zostanie

odbita na granicy tych ośrodków. Stosunek natężenia fali odbitej do natężenia fali

pierwotnej nazywamy współczynnikiem refleksji. Jego wielkość zależy od wzajemnej

różnicy impedancji akustycznych sąsiadujących ośrodków. Z kolei załamanie jest związane

ze zmianą prędkości fali dźwiękowej w różnych ośrodkach przenoszących.

Metody obrazowania w diagnostyce ultradźwiękowej.

Ultradźwięki wytwarza się za pomocą kryształów polaryzowalnych, np. tytanianu

baru lub cyrkonianu ołowiu. Mają one taką właściwość, że po przyłożeniu do nich

zmiennego napięcia elektrycznego wykonują drgania mechaniczne na zasadzie odwrotnego

zjawiska piezoelektrycznego. Drgania te pobudzają z kolei przylegający do kryształu

ośrodek, powodując w nim rozchodzenie się fali. Odwrotnie, odkształcenia mechaniczne,

spowodowane powracającym echem powodują powstawanie zmiennego prądu

elektrycznego na zasadzie zjawiska piezoelektrycznego. Właściwość ta umożliwia

wykorzystanie tego samego kryształu jako nadajnika i odbiornika fali ultradźwiękowej.

Cykl pracy głowicy ultradźwiękowej o częstotliwości 3,5Mhz wygląda zatem następująco:

najpierw kryształ wytwarza krótki impuls dźwiękowy, którego czas trwania wynosi około

dwóch okresów dragań (dla częstotliwości 3,5MHz t=2/3,5x1000000=0,5ms). Następnie

głowica jest przełączana na odbiór. Przy średniej prędkości dźwięku w tkankach 1540m/s i

założonej głębokości penetracji 20cm ostatnie echo wróci do odbiornika po czasie ok.

0,25ms. Następnie zostaje wysłany kolejny impuls. Powyższy przykład ilustruje fakt, że

głowica jest nadajnikiem tylko przez ok. 0,2% czasu jednego cyklu.Pozostałe 99,8% czasu

przeznaczone jest na odbiór powracających ech.

Fala ultradźwiękowa wnikając do ośrodka ulega opisanym powyżej zjawiskom

fizycznym, jednakże z punktu widzenia diagnostycznego istotne są tylko parametry tyczące

wielkości odbitego echa oraz czasu jego powrotu do nadajnika, co umożliwia lokalizację

odbijającej przeszkody. Wartości te można przedstawić w układzie współrzędnych w

postaci wykresu amplitudy powracającego echa w czasie. Ten sposób prezentacji nazywamy

modulacją A lub też, najczęściej prezentacją A. Wykorzystywana jest ona do celów

diagnostycznych najczęściej w okulistyce.

Szersze zastosowanie znajduje w diagnostyce tak zwana prezentacja typu B (ang.

brightness, jasność), w której wartość powracającego echa jest przedstawiana w postaci

jasności świecenia punktu na ekranie. Punkty rzutowane są na płaski układ współrzędnych

x , y, gdzie wartość x odpowiada czasowi powrotu echa do przetwornika, a y - lokalizacji

przetwornika, który odebrał sygnał w głowicy. W ten sposób uzyskiwany jest obraz całego

przekroju obejmowanego przez głowicę.

Szczególne znaczenie ma w tym przypadku dynamiczna prezentacja typu B, określana też

jako prezentacja czasu rzeczywistego. Częstotliwość odnawiania obrazu w metodzie dynamicznej

jest bardzo duża (powyżej 15 obrazów na sek.) tak, że oko ludzkie nie jest w stanie rejestrować

pojedynczych obrazów. Za jej pomocą można uwidocznić tętnienie naczyń krwionośnych, ruchy

oddechowe czy perystaltykę przewodu pokarmowego. W elektronicznych urządzeniach czasu

rzeczywistego poszczególne przetworniki są kolejno włączane i wyłączane dając obraz całego

przekroju. Strukturami wytwarzającymi echa są granice narządów oraz obiekty leżące wewnątrz

tych narządów: zraziki, naczynia krwionośne, drogi żółciowe, przegrody tkanki łącznej.

Struktury te wytwarzają charakterystyczne echa wzorcowe, a nieprawidłowości sygnalizowane są

przez odpowiednie w stosunku do ech wzorcowych zmiany.

Oprócz prezentacji A i B występuje jeszcze tak zwana prezentacja TM (time motion) albo

M (motion), która stosowana jest w echokardiografii. W tym przypadku nieruchoma głowica

wyselowana jest w poruszające się struktury, wszystkie zaś wytwarzane przez kolejne impulsy

echa rejestrowane są według czasów powrotu na ekranie monitora lub przesuwającej się taśmie

papierowej. Na podstawie odchyleń plamki na ekranie od linii bazowej, jak i prędkości narastania

tych odchyleń można za pomocą prezentacji TM wyciągać wnioski dotyczące ruchów ścian

serca i zastawek.

Głowice ultrasonograficzne

Głowice ultrasonograficzne możemy podzielić na dwie zasadnicze grupy:

1. W zależności od sposobu nadźwiękawiania badanego przekroju głowice dzielimy na: a)

mechaniczne i b) elektroniczne.

2. W zależności od usytuowania wzajemnego wiązek ultrasonograficznych w przestrzeni

głowice dzielimy na a) sektorowe i b)równoległe zwane też liniowymi.

Ad1a. W głowicach mechamicznych przeglądanie danego przekroju realizowane jest przez ruch

kryształu głowicy.

Ad1b. W głowicach elektronicznych nieruchome kryształy przełączane są elektronicznie przez

odpowedni procesor.

Ad2a. W głowicach sektorowych przedłużenia wysyłanych przez nie wiązek elektronicznych

spotykają się w jednym punkcie.Można to porównać do rozchodzenia się promieni słonecznych.

Ad2b. W głowicach liniowych wiązki ultradźwięków przebiegają równolegle do siebie.

Możliwe są wszystkie kombinacje głowic z grupy pierwszej z głowicami z grupy drugiej.

Artefakty

Prawidłowa imterpretacja obrazów USG zależy w zasadniczym stopniu od tego, jak

dalece obrazy te odzwierciedlają rzeczywistą budowę anatomiczną badanego.Podczas badania

ultrasonograficznego powstają jednak nie tylko echa opisujące wielkość, położenie, kształt i

wewnętrzną strukturę narządów, ale również liczne ech fałszywe, które mogą wprowadzić w błąd

lekarza wykonującego badanie. Echo nie odpowiadające żadnej strukturze określa się jako

artefakt. Aby lepiej zrozumieć pochodzenie artefaktów, należy przyjrzeć się bliżej procesowi

wytwarzania i przetwarzania sygnału. Obróbka sygnału ultradźwiękowego opiera się na

następujących założeniach:

-impulsy ultradźwiękowe wysyłane przez głowicę są ekstremalnie krótkie,

-impulsy te rozchodzą się tylko w jednym kirunku (wzdłuż jednej prostej),

-wszystkie narządy i struktury przewodzą ultradźwięki z tą samą prędkością,

-na każdej powierzchni granicznej jedynie mała część wiązki ultradźwiękowej zostaje

odbita (przeważająca część energii tej wiązki przechodzi dalej),

-odbite (od pewnej powierzchni granicznej) ultradźwięki wracają do głowicy

bezpośrednio, tzn. bez dalszych odbić.

Wszystkie te założenia są jednak spełnione tylko w przybliżeniu. Czas emisji sygnału nie

jest bowiem ekstremalnie krótki, ponieważ każda emisja wymaga czasu na wytłumienie drgań,

impuls nie rozchodzi się wzdłuż jednej prostej, prędkość rozchodzenia się ultradźwięków w

różnych tkankach nie jest jednakowa, mogą występować dalsze odbicia ech wracających do

głowicy. Jak z tego wynika, analiza powracających ech, dokonywana przez aparat, ma pewien

modelowy i tym samym ograniczony charakter.

Artefakty można ogólnie podzielić na zależne od aparatu albo od jego nastawienia oraz na

takie, których źródłem jest oddziaływanie ultradźwięków z tkankami. Szczegółowa analiza

możliwych występujących artefaktów nie jest celem tego opracowania.

Bezpieczeństwo metody

Wedle współczesnego stanu wiedzy zastosowanie ultradźwięków do badań lekarskich

(przy mocach dawek stosowanych w diagnostyce) jest bezpieczne.Trudno jednak dowieść

pełnego bezpieczeństwa metody zwłaszcza, że ze wględów genetycznych nawet nikłe ryzyko

może być istotne jeśli zagraża wielu ludziom.

Bardzo szerokie zastosowanie ultradźwięków w położnictwie jest ciągle przedmiotem

badań. Nie ma jednak jak dotąd żadnych przesłanek ku temu aby przy istnieniu wskazań

klinicznych odstępować od badania USG ze względu na jego ewentualną szkodliwość.

TOMOGRAFIA KOMPUTEROWA

W latach 1967-1972 G.N.Hounsfield i A,Cormak opracowali techniczne złożenia

koputerowej tomografii poprzecznej.

Tomografia komputerowa jest metodą badania radiologicznego dającą obraz

poprzecznych lub skośnych warstw ciała przez przepuszczenie przez nie wiązek promieniowania

rentgenowskiego pod różnymi kątami na detektory (kryształy scyntylacyjne np. jodek sodowy),

następnie za pomocą komputera określenie wielkości względnego liniowego współczynnika

osłabienia promieniowania w poszczególnych miejscach tej warstwy i odtwożenie jej obrazu na

ekranie monitora w skali szarości. Wartość współczynnika osłabienia przedstawiona jest w skali

Hounsfielda, zależy ona od liczby atomowej pierwiastków wchodzący w skład danej tkanki.

Skala ta została stworzona przez twórców tomografii komputerowej w wyniku empirycznych

pomiarów osłabienia wiązki promieniowania rtg przez różne materiały znajdujące się na jego

drodze. Dolna granica skali Hounsfielda wynosi -1023jH, odpowiada to osłabieniu emitowanej

wiązki promieni rtg przez powietrze w warunkach normalnych. 0jH odpowiada osłabieniu wiązki

przez wodę natomiast górna granica skali praktycznie nie istnieje (dla kości ok. 1000jH).

Klasyczny zestaw do tomografii komputerowej składa się z ruchomego pierścienia z

umocowaną do niego lampą rentgenowską oraz zestawu detektorów umieszczonych biegunowo

na pewnym jego wycinku ( detektory mogą równiez być nieruchome, rozmieszczone na całym

obwodzie pierścienia). W trakcie badania lampa rentgenowska wykonuje obrót 360 wokół

pasjenta leżącego na przesuwalny stole w czasie kilku sekund. Cienka wiązka promieniowania w

kształcie wachlarza obejmuje całą szerokość ciała pacjenta i pada jednocześnie na kilkadziesiąt

detektorów.

Każdy detektor mierzy wielkość liniowego współczynnika osłabiania promieniowania

rentgenowskiego. Przestrzeń, którą zajmuje badana warstwa, jest podzielona na tysiące

prostopadłościanów-stanowiących elementy przestrzenne. Lokalizacja każdego elementu

realizawana jest na drodze przecinania się wiązek promieniowania rtg emitowanych przez lampę

pod różnymi kątami. Przecięcie się różnych wiązek w danym elemencie umożliwia umieszczenie

go w określonym miejscu układu x , y. Komputer z otrzymanych pomiarów liniowych oblicza

współczynnik względnego osłabienia dla każdego elementu i określa jego lokalizację, a wynik

obliczeń przekazuje do odpowiedniej komórki pamięci.

W zależności od współczynnika osłabienia komputer przypisuje elementowi

przestrzennemu odpowiednią szarość (w 16 stopniowej skali) i po zsumowaniu wszystkich

pomiarów umożliwia rekonstrukcję obrazu na ekranie monitora.

Istota komputerowej tomografii osiowej polega na wykonaniu wielu zdjęć warstwowych

danego obiektu. Liczba i grubość pojedynczej warstwy zależą od wymiarów badanego obiektu

oraz wymaganej dokładności badania. Stosowane powszechnie w diagnostyce grubości warstw

mieszczą się w granicach od 1 do 10mm. Wszystkie zrekonstruowane warstwy zapamiętane są na

dysku magnetycznym, a następnie naświetlone na specjalnej jednowarswowej błonie

fotograficznej.

W tym miejscu niezbędne wydaje się wyjaśnienie pojęcia tzw. "okna".

Skala gęstości Hounsfielda współczynników osłabiania przez tkanki ciała ludzkiego mieści się w

granicach od ok. -1000j do ok. 1000j. Zawiera więc ok. 2000 jednostek. Natomiast skala szarości,

czyli jasności świecenia punktów na ekranie monitora ma tylko 16 stopni. Z prostego obliczenia

matematycznego wynika, że biorąc pod uwagę cały zakres skali Hounsfielda na każdy stopień

szarości przypada ok. 125jH. Uniemożliwia to rozróżnienie dwóch tkanek, których

współczynniki osłabienia różnią się o mniej niż 125jH, co oczywiście nie było zamierzeniem

twórców tomografii komputerowej. Dlatego z całej skali wycina się odpowiedni zakres gęstości,

którego granice określane są płynnie w zależności od badanego narządu. Umożliwia to takie

zawężenie skali aby 16 stopniom szarości odpowiadała jak najmniejsza liczba jednostek gęstości,

umożliwiająra rozróżnienie wszystkich tkanek tworzących dany narząd.

W rzeczywistości urządzenia do tomografii komputerowej są o wiele bardziej złożone niż

wynikało by z dotychczasowego omówienia. W skład zestawu muszą wchodzić podstawowe

urządzenia do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego: generatory wysokiego napięcia,

urządzenia zasilające i kontrolne, lampy rtg o specjalnej konstrukcji z zespołem kolimatorów i

odpowiednich przesłon, a także odpowiednie urządzenia do ułożenia pacjenta umożliwiające

odpowiedni przeszow w trakcie badania. Jakkolwiek zasada tworzenia obrazu w tomografii

komputerowej wydaje się prosta, w rzeczywistości napotyka na znaczne trudności. Wynika to z

konieczności

wprowadzania

obliczeń

odpowiedniej

korekty

uwzględniającej

polichromatyczność rzeczywistej wiązki promieniowania, niemożność uzyskania wiązki

równoległej, czy wreszcie wzajemny wpływ sąsiednich punktów obiektu na wyniki pomiaru

współczynnika osłabiania. Każdy z wymienionych wyżej czynników może być żródłem

artefaktów. Innym rodzajem artefaktów występujących w obrazach tomograficznych są te, które

pochodzą od badanego obiektu. Mamy tu do czynienia głównie z artefaktami ruchowym.

Ogólne kryteria analizy obrazu tomografii komputerowej (TK)

Analiza obrazu TK opiera się na następujących ogólnych zasadach:

- badaniu różnic osłabiania promieniowania przez tkanki,

- badaniu budowy wewnętrznej narządów. TK wykrywa i pozwala mierzyć osłabianie

promieniowania w narządzie. Wykrywa twory oraz ogniska o zmniejszonym osłabianiu

promieniowania w porównaniu z otoczeniem tzw. hypodensyjne, o identycznym osłabianiu

promieniowania tzw. izodensyjne oraz o zwiększonym w porównaniu do otoczenia osłabianiu

promieniowania czyli struktury hyperdensyjne,

- badaniu kształtu i wielkości narządu. Wiadomo, że izolowana zmiana wielkości narządu jest

mało swoistym, źle róznicującym kryterium i zwykle nie pozwala na rozpoznanie przyczyny

choroby. Uwidaczniając jednak skutek możemy, a właściwie musimy poszukiwaś przyczyn,

które doprowadziły do jego wystąpienia.

Czy tomografia komputerowa jest badaniem szkodliwym dla zdrowia?

Jak niesie wieść gminna tomografia komputerowa jest badaniem nieszkodliwym, a wręcz

pożytecznym dla zdrowia. Opowieści te możemy od razu włożyć między bajki. Badanie TK

naraża chorego na ryzyko związane z użyciem promieniowania rentgenowskiego. Dawka

promieniowania rtg przypadająca na jedną warstwę zawiera się w granicach od 1 do 5 radów

(zależy od przyjętych parametrów badania). Biorąc pod uwagę, że kompleta wizualizacja narządu

często wymaga wykonania 20 i więcej warstw warstość pochłoniętej dawki promieniowania

może dochodzić i do 100 radów. Maksymalna dawka na badanie jest nawet nieco wyższa niż

dawka na jedną warstwę, ze względu na nakładanie się warstw. Dawka pochłonięta w ciele

badanego odpowiada więc dawce przy specjalnych badaniach rentgenowskich takich jak

angiografia, czy urografia. Szczególnie ostrożnie należy traktować badania, które obejmują tzw.

narządy krytyczne czli oko, gruczoł tarczowy, jajniki, jądra. Jak wynika z powyższego opisu

wszystkie czynniki szkodliwe opisane w części o badaniach rentgenowskich dotyczą również

tomografii komputerowej.