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
nieprzez
roczyste 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 ultradz
więki, jest falą typu
mechanicznego. Do ultradz
więków zaliczamy fale o częstotliwości od 16 kHz do ok. 10
GHz. Powyżej tej częstotliwości fale akustyczne nazywamy hiperdz
więkami.
Ultradz
więki 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 dz
więków.
Pierwsze zastosowania ultradz
więków 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 ultradz
więków w medycynie. W 1958 r. zastosowano po raz
pierwszy ultradz
więki w ginekologii i położnictwie, na początku lat sześdziesiątych w
kardiologii. Jenakże dopiero rozwój technik komputerowych i informatyki dał prawdziwy
początek wspólczesnej ultrasonografii.
Rozchodzenie się ultradz
więków 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
ultradz
więkowy 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 dz
więkową nie zostaje ani przesunięty, ani trwale odkształcony.
W takiej sytuacji przenoszenie drgań mechanicznych zależeć będzie nie tylko od z
ródła
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 dz
więkowej jedynie w gazach, cieczach i
ciałach stałych.
 Dla ciała ludzkiego średnia prędkość wynosi ok. 1540m/s. Stosowane w diagnostyce
medycznej częstotliwości fali ultradz
więkowej 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 dz
więkowa 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 dz
więkowa 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 dz
więkowej w różnych ośrodkach przenoszących.
Metody obrazowania w diagnostyce ultradz
więkowej.
Ultradz
więki 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 ultradz
więkowej.
Cykl pracy głowicy ultradz
więkowej o częstotliwości 3,5Mhz wygląda zatem następująco:
najpierw kryształ wytwarza krótki impuls dz
więkowy, 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 dz
więku 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 ultradz
więkowa 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 nadz
więkawiania 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 ultradz
więków 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 ultradz
więkowego opiera się na
następujących założeniach:
-impulsy ultradz
więkowe wysyłane przez głowicę są ekstremalnie krótkie,
 -impulsy te rozchodzą się tylko w jednym kirunku (wzdłuż jednej prostej),
-wszystkie narządy i struktury przewodzą ultradz
więki z tą samą prędkością,
-na każdej powierzchni granicznej jedynie mała część wiązki ultradz
więkowej zostaje
odbita (przeważająca część energii tej wiązki przechodzi dalej),
-odbite (od pewnej powierzchni granicznej) ultradz
więki 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 ultradz
więków 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 z
ródłem jest oddziaływanie ultradz
więków z tkankami. Szczegółowa analiza
możliwych występujących artefaktów nie jest celem tego opracowania.
Bezpieczeństwo metody
Wedle współczesnego stanu wiedzy zastosowanie ultradz
więków 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 ultradz
więków 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 do 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, z
le 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.