RADIOLOGIA ĆWICZENIA WSM
Co to jest radiologia?
Radiologia - dziedzina medycyny oraz samodzielna specjalizacja lekarska zajmująca się obrazowaniem ciała człowieka.
Co jest wykorzystywane?
Wykorzystywane jest promieniowanie rentgenowskie (tradycyjna rentgenografia, tomografia komputerowa, angiografia), pola magnetycznego – tomografia magnetycznego rezonansu jądroewgo oraz ultradźwięków( ultrasonografia).
Promieniowanie X, fale elektromagnetyczne, fala ultradźwiękowa.
Pierwsze historyczne zdjęcia?
Ręka, jaszczurka, zwichnięty łokieć.
Skala Hounsfielda
Skala jednostek Hounsfielda jest liniowym przekształceniem pierwotnego pomiaru liniowego współczynnika osłabienia, w której gęstość radiologiczna wody destylowanej w standardowej temperaturze i ciśnieniu (warunki standardowe) jest definiowana jako zero jednostek Hounsfielda (HU), natomiast gęstość powietrza w warunkach standardowych jest określana jako -1000 HU. Dla materiału X z liniowym współczynnikiem osłabienia μX, odpowiadająca wartość HU jest wyrażona wzorem:
Ośrodek | HU |
---|---|
Powietrze | -1000 czarne |
Tłuszcz | -120 |
Woda | 0 |
Mięśnie | +40 |
Kości | +400 (1000 białe) |
Narządy miąższowe Trzustka, wątroba |
+ 50 |
Krew | + 50 +80 |
Lampa( źródło promieniowania RTG ) składa się z :
Szklanej bańki próżniowej posiadającej zatopione elektrody
- anoda oraz katoda.
Każda emituje elektrony. Na skutek nakładania się elektronów na katodzie powstaje promieniowanie. Każde napięcie przyłożone do elektrod przybiera dodatnie jony lub elektrony, które odrywają się do katody.
Cząstki te bombardują elektrodę emitując promieniowanie hamowania, będące strumieniem kwantów promieniowania X o ciągłym widmie energetycznym. Wybicie elektronu z orbity nadaje mu odpowiednią prędkość i zatrzymuje na płytce metalu.
Rentgen klasyczny
Wykorzystywane jest promieniowanie rentgenowskie ( promieniowanie X )
Źródłem niewidzialnego promieniowania jest lampa rentgenowska.
Obraz RTG jest sumą nakładania się na siebie cieni jest to negatyw. Dlatego zazwyczaj przedmiot bada się za pomocą dwóch zdjęć prostopadłych do siebie.
Są 4 kolory:
- gazy – czarne
- tk. miąższowe – szare
- kości – białe
- tk. tłuszczowa – biało szara
- metale – świecą, są bardziej białe na zdjęciu od kości.
W klasycznym rentgenie obraz zapisywany jest na kliszy.
Radiografia cyfrowa – wiązka promieni biegnąca przez ciało pacjenta gromadzona jest przez detektor. Zdjęcie cyfrowe na detektorze jest dokładniejsze i może zostać poddane obróbce na komputerze.
PROJEKCJA – tor, którym biegnie wiązka promieni RTG wytwarzana w lampie RTG i przechodząca przez ciało pacjenta.
Pozycja ustawienia ciała pacjenta:
PROJEKCJA AP – polega na tym, że promienie przechodzą od przodu ku tyłowi.
PROJEKCJA PA – promienie przechodzą od tyłu do przodu.
PROJEKCJA BOCZNA – gdy promienie przechodzą przez narząd badany bokiem, bok badany jest bliżej kasety.
PROJEKCJA OSOIOWA – badany narząd może być w odciążeniu, lampa może być pod kontem ????
PROJEKCJA STYCZNA – pod kontem
PROJEKCJA SKOŚNA – od kontem
Osie te wyznaczają główne płaszczyzny wspomnianego układu:
płaszczyzny czołowe (plana frontalia sive coronalia) -
wyznaczone przez osie pionowe i poziome; płaszczyzna szwu wieńcowego (sutura coronalis)
płaszczyzny strzałkowe (plana sagittalia) -
wyznaczone przez osie pionowe i strzałkowe; płaszczyzna szwu strzałkowego (sutura sagittalis)
płaszczyzny poziome czyli poprzeczne (plana horizontalia sive transversa) -
wyznaczone przez osie poziome i strzałkowe.
W skład lampy wchodzą dwie lampy i generator.
Zdjęcie a prześwietlenie
Zdjęcie RTG – Klisza
Prześwietlenie – widać zdjęcie w trakcie oglądania pod skopią
Dobre zdjęcie to:
Kontrast – różnice w zaczernieniu poszczególnych pól obrazu
Ostrość – zdolność zarysowania części składowych przedmiotów.
RTG jest negatywem
Cienie gazów – CZARNE
Kości – BIAŁE
Tkanki miękkie – RÓŻNE STOPNIE SZAROŚCI
RTG – 100 cm blisko kasety
RTG jest to suma nakładających się 2 cieni dlatego zdjęcia robione są w 2 ŻUTACH prostopadłych
RADIOGRAFIA CYFROWA – zmiany natężenia promieniowania gromadzone są przez układ detektorów. Detektory znajdują się w kasecie
PROJEKCJA AP – przednio tylna
PROJEKCJA BOCZNA LP – strzałkowa
Tomogram sześciolatki z podnamiotowym guzem złośliwym medulloblastoma
Tomografia komputerowa, TK (ang. Computed Tomography – CT) jest rodzajem tomografii rentgenowskiej, metodą diagnostyczną pozwalającą na uzyskanie obrazów tomograficznych (przekrojów) badanego obiektu. Wykorzystuje ona złożenie projekcji obiektu wykonanych z różnych kierunków do utworzenia obrazów przekrojowych (2D) i przestrzennych (3D). Urządzenie do TK nazywamy tomografem, a uzyskany obraz tomogramem. Tomografia komputerowa jest szeroko wykorzystywana w medycynie i technice.
Pierwszy tomograf, tzw. EMI scanner, został zbudowany w 1968 roku przez sir Godfreya Newbolda Hounsfielda, z firmy EMI Ltd, z Wielkiej Brytanii. Podstawy matematyczne tego wynalazku są zasługą austriackiego matematyka Johanna Radona. W 1917 roku udowodnił, że obraz dwu- i trójwymiarowego obiektu można odtworzyć w sposób zupełny z nieskończonej ilości rzutów tego przedmiotu. W 1956 roku, Ronald N. Bracewell użył tej metody od stworzenia map słonecznych. Pierwsze urządzenia próbujące wykorzystać idee Radona budowali: w 1961 William Henry Oldendorf, w 1963 Allan MacLeod Cormack (Tufts University), w 1968 David Kuhl i Roy Edwards. Wszyscy oni przyczynili się do końcowego efektu osiągniętego przez Hounsfielda, który jako pierwszy stworzył działający system do diagnostyki i zaprezentował jego unikalne możliwości. Hounsfield i Cormack otrzymali w 1979 roku Nagrodę Nobla za wynalezienie i budowę tomografu komputerowego.
Pierwszy tomograf zainstalowano w szpitalu Atkinson Morley Hospital, w Wimbledonie, w Wielkiej Brytanii. Pierwszy pacjent został przebadany w 1972 roku. W USA sprzedawano go w cenie 390 000 USD, a pierwszy zamontowano w 1973 roku w Mayo Clinic i Massachusetts General Hospital.
Schematyczny rysunek przedstawiający budowę pierwszego tomografu, tzw. EMI scanner.
Pierwszy działający tomograf przeznaczony był wyłącznie do prześwietleń mózgu. Głowę pacjenta otaczała woda. Była ona potrzebna do ograniczenia ilości promieniowania docierającego do detektorów. Urządzenie składało się z obrotowego statywu utrzymującego lampę rentgenowską po jednej stronie, a po przeciwnej dwa detektory rejestrujące. Poniżej lampy znajdował się trzeci detektor pomocniczy, monitorujący działanie lampy rentgenowskiej. Lampa wykonywała ruch złożony. Obracała się wraz z detektorami dookoła głowy pacjenta w zakresie 0° do 179°, co jeden stopień. Oś obrotu przechodziła przez środek głowy pacjenta. W każdej pozycji statywu, lampa wykonywała dodatkowo ciągły ruch liniowy na całej szerokości głowy. Wtedy właśnie dokonywano 160 naświetleń promieniami X, a detektory odbierały niepochłonięte przez ciało pacjenta promieniowanie. Łącznie zbierano więc 28 800 projekcji głowy w dwóch warstwach (dwa detektory). Pojedyncze prześwietlenie trwało 4 - 5 minut. Typowe badanie, ok. 25 minut. Zdjęcia były rekonstruowane przez minikomputer Data General Nova. Obróbka jednego zdjęcia zajmowała ok. 7 minut (prototypowi zajmowało to 2,5 godziny). Uzyskany obraz miał rozdzielczość 80 na 80 pikseli i obejmował stały obszar 27 na 16 centymetrów.
Pierwszym tomografem komputerowym mogącym badać dowolną część ciała i nie wymagającym zbiornika wodnego, był ACTA scanner (ACTA Model 0100 CT Scanner), zaprojektowany w 1973r. przez stomatologa i biofizyka Roberta Ledley'a (Washington, USA), z Georgetown University. Obecnie ACTA scanner znajduje się w National Museum of American History.
Podział rekonstruowanego przekroju na małe elementy objętości, voxele.
Źródło promieniowania i detektory poruszają się po okręgu prostopadłym do długiej osi pacjenta (dookoła obrazowanego narządu/obiektu), wykonując szereg prześwietleń wiązką promieniowania równoległą do płaszczyzny obrazowanej. Strumień danych z detektorów zawiera informacje na temat pochłaniania promieniowania przez poszczególne tkanki (elementy składowe obiektu). Dane zostają zapisane na twardym dysku komputera. Informacje z uzyskanych prześwietleń są poddawane obróbce komputerowej w celu uzyskania czytelnego obrazu. Za pomocą skomplikowanej analizy, uwzględniającej ile promieniowania zostało pochłonięte przy napromieniowaniu obiektu z danej strony, tworzone są obrazy przedstawiające kolejne przekroje badanego narządu. Obrazy są monochromatyczne (czarno-białe). Możliwa jest również obróbka komputerowa pozwalająca na przestrzenną rekonstrukcję poszczególnych narządów. Każdy przekrój przez obiekt jest dzielony na małe części, voxele, reprezentujące fragment obrazowanej objętości. Do każdego voxela przypisywana jest liczbowa wartość proporcjonalna do stopnia, w którym pochłania on promieniowanie. Aby w danej warstwie określić tę wartość dla n fragmentów, potrzebne jest przynajmniej n równań opisujących pochłanianie w danej warstwie. Trzeba więc posiadać n różnych projekcji tej warstwy. Im więcej mamy projekcji, tym lepszą dokładność obrazu uzyskamy. EMI scanner wykonywał obrazy o rozdzielczości 80 x 80 pikseli (6400 równań) z 28 800 projekcji. Współczesne tomografy wykonują nawet do 2 000 000 projekcji. Dzięki temu ich rozdzielczość sięga dziesiątków mikrometrów. Z powodu ilości równań wymaganych do odtworzenia obrazu, nie można było zrealizować tomografii w chwili jej wynalezienia, w roku 1917. Dopiero pojawienie się komputerów z ich możliwościami obliczeniowymi utorowało drogę do praktycznego wykorzystania tomografii.
Rekonstrukcja tomogramu metodą sumacyjną.
Metoda sumacyjna jest najstarszą i najprostszą metodą odtworzenia obrazu. Łatwo na niej przedstawić proces odtwarzania obrazu mimo że nie jest ona stosowana w praktyce. Idee metody sumacyjnej przedstawiono na rysunku obok. Obiekt jest prześwietlany (A) z dwóch stron: podłużnie, B1, i poprzecznie, B2. Gdy zsumujemy obie projekcje (numerycznie lub sumując zaciemnienie), otrzymamy obraz niezbyt dokładny, ale pozwalający wnioskować o wewnętrznej budowie obrazowanego obiektu (C). Można też sobie wyobrazić, że dodanie kolejnych projekcji (np. "z ukosa") spowoduje polepszenie wierności odtworzonego obrazu.
Rekonstrukcja tomogramu metodą iteracyjną – promień po promieniu.
Metody iteracyjne polegają na znalezieniu współczynnika pochłaniania poszczególnych voxelach poprzez kolejne próby modyfikacji tych współczynników tak, aby ich wartości zgadzały się ze zmierzonymi. Proces rekonstrukcji rozpoczyna się od przyjęcia założeń początkowych dotyczących współczynników pochłaniania w voxelach, np. że wszystkie są sobie równe. Następnie porównuje się je z wielkościami zmierzonymi i dokonuje modyfikacji. Kolejne porównania i modyfikacje (iteracje) kontynuuje się aż do uzyskania zgodności pomiędzy wartościami pochłaniania zmierzonymi a wyznaczonymi. Metoda iteracyjna występuje w trzech odmianach:
rekonstrukcja jednoczesna – obliczenia prowadzi się dla wszystkich projekcji i na całej matrycy voxeli. Wszystkie poprawki w danej iteracji również wprowadzane są jednocześnie.
korekcja promień po promieniu – cykle iteracyjne obliczeń i poprawek są prowadzone po kolei dla każdej projekcji. Tego rodzaju metodę rekonstrukcji użyto w EMI scanner (patrz rysunek po lewej). Zwykle potrzeba od 6 do 12 iteracji, aby uzyskać zadowalającą dokładność.
korekcja punkt po punkcie – obliczenia prowadzi się dla każdego voxela po kolei, z uwzględnieniem wszystkich projekcji, w których promienie przechodziło przez dany voxel.
Rekonstrukcja tomogramu metodą analityczną – sumacyjną z filtrowaniem.
Metody analityczne są używane w niemal wszystkich współczesnych tomografach. Dają one najlepsze wyniki, ale wymagają większych mocy obliczeniowych. Najpopularniejszymi z nich są:
dwuwymiarowa analiza Fourierowska – wykorzystuje ona transformatę Fouriera do opisania otrzymanych profili pochłaniania. Transformacie poddaje się każdą z projekcji i dzięki temu uzyskuje się współczynniki pochłaniania w każdym z voxeli.
metoda sumacyjna z filtrowaniem – podobna do zwykłej metody sumacyjnej z tym, że obraz jest filtrowany (modyfikowany) w celu przeciwdziałania efektom powodowanym przez nagłe zmiany gęstości w badanym obiekcie, a które pogarszają jakość obrazu w metodzie sumacyjnej (patrz rysunek z prawej).
Jak napisano wyżej, z zebranych danych komputer tomografu oblicza współczynniki pochłaniania dla każdego z pikseli tworzących obraz. Gdy zostaną już wyznaczone, ich wartości zostają przeliczone na tak zwane liczby CT (CT numbers) – nazywane czasem jednostkami Hounsfielda (HU, Hounsfield Units). Konwersja ta pozwala na przedstawienie obrazu w odcieniach skali szarości. Przeliczenie polega na odniesieniu wyznaczonego współczynnika pochłaniania do jego wartości dla wody:
,
gdzie: K – stała wzmocnienia obrazu – stała zależna od systemu tomografu, indywidualna dla tomografu; μp – wyznaczony współczynnik pochłaniania piksela; μw – wyznaczony współczynnik pochłaniania wody (wartość odniesienia). Stała K pierwszego tomografu, EMI scanner, wynosiła 500, a zakres rejestrowanych liczb CT wynosił od – 500 (dla powietrza) do +500 (dla gęstych kości). Współczesne tomografy mają stałą K większą od 1000, a zakres liczb CT jest szerszy od -1000 do +4000.
Schemat działania EMI scanner i innych tomografów I generacji.
Pierwsza generacja: tomografy te używały cienkiej wiązki równoległej skierowanej na jeden lub dwa detektory. Obraz uzyskiwano poprzez ruch translacyjno-obrotowy lampy rentgenowskiej i detektora. Te zaś były nieruchome względem siebie. Po każdym obrocie lampa i detektory wykonywały ruch translacyjny i dokonywały serii naświetlań wzdłuż badanego obiektu (patrz rysunek). Detektorami były scyntylatory z jodkiem sodu połączone z fotopowielaczem.
Schemat działania tomografów II generacji.
Druga generacja: Wzrosła liczba detektorów a kształt wiązki zmieniono na wachlarzowaty. Pozostawiono ruch translacyjno-obrotowy. Czas potrzebny na wykonanie badania znacząco uległ skróceniu dzięki zwiększeniu kąta pojedynczego obrotu lampy/detektora do 30° oraz wielu detektorów. Czas pojedynczego skanu wynosił od 10 do 90 sekund.
Schemat działania tomografów III generacji.
Trzecia generacja: była przełomem dla techniki tomografii komputerowej (1975, przez firmę General Electric). Wachlarzowata wiązka promieniowania skierowana była na zestaw detektorów (obecnie, ponad 700) nieruchomych względem lampy rentgenowskiej. Wyeliminowanie ruchu translacyjnego pozwoliło na skrócenie czasu skanowania do 10 sekund (obecnie, nawet poniżej 1 sekundy). Pociągnęło to za sobą wzrost praktyczności TK. Czas badania stał się na tyle krótki, że umożliwił zobrazowanie płuc i jamy brzusznej; poprzednie generacje ograniczały się do głowy i kończyn.
Schemat działania tomografów IV generacji.
Czwarta generacja: przedstawiono ją niemal równolegle z trzecią generacją. Daje podobne rezultaty, co 3. generacja. Zamiast rzędu detektorów poruszających się w ślad za lampą, zastosowaniu to pierścień detektorów (składający się z ponad nawet 2000 detektorów, np. w tomografach firmy Picker PQ5000 jest 4800 detektorów). Ruchoma jest tylko lampa rentgenowska.
Tomograf na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej SGGW
Tomografia komputerowa występuje czasem pod innymi terminami, które próbują podkreślić charakterystyczną cechę jej odmiany. Na przykład:
CAT – Computerized Axial Tomography – komputerowa tomografia osiowa – tomografia, w której oprócz ruchu lampy rentgenowskiej występuje również podłużny (osiowy) ruch łoża z pacjentem. Dzięki temu, lampa w każdym momencie prześwietla kolejny fragment, warstwę, ciała pacjenta
HRCT – High Resolution Computed Tomography – nazwa używana w odniesieniu do tomografów o bardzo wysokiej rozdzielczości rekonstruowanego obrazu
Istnieją też inne, niż rentgenowska, odmiany tomografii. Różnią się one rodzajem zastosowanego promieniowania i techniki tomograficznej. Jednym z przykładów jest młoda i rozwijająca się technika, zwana PET – emisyjna tomografia pozytronowa. W metodzie zamiast prześwietlania, pacjentowi podaje się preparat zawierający krótko żyjące izotopy promieniotwórcze rozpadające się z emisją pozytonów, ich anihilacja wywołuje promieniowanie gamma, które jest rejestrowane. Na tej podstawie można obserwować metabolizm podanego pierwiastka. Metoda ta służy między innymi do wykrywania nowotworów. Z metod tomograficznych korzystają również systemy zobrazowania rezonansem magnetycznym, MRI.
REZONANS MAGNETYCZNY
Obrazowanie jest nowoczesną metodą pokazującą przekrój narządów wewnętrznych we wszystkich płaszczyznach.
Stałe pole magnetyczne o wysokiej energii. Linie pól magnetycznych jąder atomów w ciele człowieka ustawiają się równolegle do kierunków pól magnetycznych. Aparat emituje dodatkowo fale radiowe, które wzbogacają w tkankach pacjenta podobne fale radiowe. Zjawisko to nazywa się rezonansem, a fale odbiera aparat. W praktyce jako rezonator wykorzystuje się jądro atomu wodoru. Liczba jąder wodoru w poszczególnych tkankach jest różna, co między innymi umożliwia powstawanie obrazu. Komputer dokonując skomplikowanych obliczeń, na ekranie przedstawia uzyskane dane w formie obrazów struktur anatomicznych. Komputer na żądanie operatora może dokonać też obliczeń w taki sposób, aby przedstawić obraz anatomiczny w dowolnie wybranej płaszczyźnie. Obrazy badanych struktur u poszczególnych pacjentów zapamiętywane są w pamięci stałej komputera, tj. na dyskach optycznych. Obrazy te są także przez specjalną kamerę naświetlane na zwykłej folii rentgenowskiej.
Jest to badanie całkowicie nieinwazyjne, gdyż w przeciwieństwie do innych badań radiologicznych nie wykorzystuje promieniowania rentgenowskiego, lecz nieszkodliwe dla organizmu pole magnetyczne i fale radiowe. Obecnie badanie za pomocą rezonansu magnetycznego należy do najdroższych badań w radiologii.
W praktyce klinicznej wykorzystuje się aparaty od 0,1 do 1 Tesli
Pod względem konstrukcyjnym są:
- MRI otwarte gdzie jest dojście do pacjenta
- MRI zamknięte gdzie pacjent leży w tunelu w magnesie
Oprócz magnesu wchodzą w skład aparatu cewki gradientowe służące do przestrzennego różnicowania pola magnetycznego w 3 płaszczyznach. Jest to konieczne do tworzenia obrazów warstwowych. Efektem pracy cewek gradientowych jest uciążliwy hałas. Są cewki będące nadajnikami i odbiornikami fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej czego efektem jest wzrost temperatury ciała ludzkiego. System MR jest umieszczony w tzw. Kratce Faradaya.
Rezonans jest to metoda, którą można zdiagnozować:
Ze strony ośrodkowego układu nerwowego
Choroby demielinizacyjne (np. stwardnienie rozsiane).
Choroby otępienne (np. choroba Alzheimera).
Nowotwory mózgu trudne do oceny w innych badaniach.
Ocena struktur okolicy przysadki mózgowej, oczodołu, tylnego dołu mózgu.
Guzy kanału kręgowego.
Ocena anatomiczna struktur kanału kręgowego.
Zmiany popromienne w ośrodkowym układzie nerwowym.
Zaburzenia neurologiczne o niewyjaśnionej etiologii.
Ze strony tkanek miękkich Guzy tkanek miękkich.
Urazy tkanek miękkich (stawów, mięśni, więzadeł).
Ze strony klatki piersiowej, śródpiersia i miednicy Guzy serca.
Choroby dużych naczyń.
Guzy płuc naciekające ścianę klatki piersiowej.
Nowotwory narządów rodnych u kobiet i gruczołu krokowego (prostaty) u mężczyzn.
Obrazowanie MRI może być przeprowadzone w różnych sekwencjach. Pozornie nieznaczne zmiany w ustawieniu podstawowych parametrów obrazowania mogą doprowadzić do uzyskania nieco odmiennych danych, mających różne możliwości diagnostyczne. Głównymi sekwencjami są:
obrazy T1-zależne (zob. ilustracja), najlepiej oddające wizualnie strukturę anatomiczną mózgu, gdzie istota biała jest ukazywana w jasnych kolorach, zaś istota szara w ciemnych, płyn mózgowo – rdzeniowy, ropień i guz na ciemno, a miąższ wątroby na jasno.
obrazy T2-zależne, na których istota biała ukazywana jest w ciemniejszych barwach, zaś istota szara – w jaśniejszych, płyn mózgowo-rdzeniowy, guz, ropień, naczyniak wątroby i śledziona – na jasno, a wątroba i trzustka – na ciemno.
FLAIR (ang. Fluid Light Attenuation Inversion Recovery), pewna modyfikacja sekwencji T2-zależnej, gdzie obszary z małą ilością wody ukazywane są w ciemniejszych barwach, zaś obszary z dużą ilością wody – w jaśniejszych. Obrazowanie w tej sekwencji znajduje dobre zastosowanie w wykrywaniu chorób demielinizacyjnych.
Obrazowanie dyfuzyjne mierzy dyfuzję molekuł wody w tkance. Wyróżnia się tutaj następujące techniki: obrazowanie tensora dyfuzji (ang. DTI – diffusion tensor imaging), które może być zaadoptowane do obrazowania zmian w połączeniach istoty białej, oraz obrazowanie zależne od dyfuzji (ang. DWI – diffusion-weighted imaging), które wykazuje się dużą skutecznością w obrazowaniu udarów mózgu.
Przed badaniem należy spytać pacjenta o :
|
---|