Radiologia.

• Metoda diagnostyczna opierająca się na wykorzystaniu promieniowania x (rentgenowskiego)

• Przez długie lata (do lat 60-tych XX wieku) jedyna metoda obrazowania narządów wewnętrznych

• Z tego powodu nadal potocznie używa się określenia radiologia jako synonimy diagnostyki obrazowej (poprawna nazwa)

• Wykłady dotyczyć więc będą diagnostyki obrazowej, a sformułowanie używane będzie dla tych metod, które opierają się na wykorzystaniu promieniowania x (rentgenowskiego)

Podstawy diagnostyki obrazowej

Medycyna XXI w = medycyna oparta na faktach

Uniwersalny schemat postępowania

• Ustalenie rozpoznania

• Ustalenie zaawansowania choroby

• Dobór odpowiedniego leczenia

• Monitorowanie efektu leczenia

Współczesna diagnostyka:

• Badanie podmiotowe

• Badanie przedmiotowe

• Badania laboratoryjne

• Diagnostyka obrazowa: praktycznie niezbędna w większości schorzeń

• Badania endoskopowe

• Badanie patomorfologiczne (jeśli potrzebne)

Diagnostyka obrazowa - definicja:

Pojęcie diagnostyki obrazowej obejmuje metody wizualizacji

• Narządów wewnętrznych

• Układu kostnego

• Tkanek miękkich

Wykorzystujące:

• Promieniowanie jonizujące

• Promieniowanie podczerwone

• Zjawiska fizyczne zachodzące w atomach

• Ultradźwięki

• Izotopy - emisję cząstek

Zastosowania:

• Diagnostyka zmian chorobowych

• Monitorowanie skuteczności leczenia

• Badania profilaktyczne

Historia - „kamienie milowe”

• Odkrycie promieni x przez W.K. Roentgena (1895r.) i ich wykorzystanie w praktyce klinicznej

• Wprowadzenie tomografii komputerowej przez G. Hounsfielda (pierwszy aparat 1970r.)

• Wprowadzenie rezonansu magnetycznego przez R. Damadiena (pierwszy aparat 1976r.)

• Kliniczna adaptacja ultrasonografii (od lat 70-tych)

Ostatnie dwudziestolecie:

Szybki postęp w zakresie metod obrazowania:

• Kolejne generacje aparatów TK i USG

• rozwój technik RM

• Wprowadzenie PET (pozytonowa tomografia emisyjna)

• Rozwój radiologii interwencyjnej

Podstawowe metody:

• Radiologia (radiodiagnostyka): wykorzystanie zjawiska promieniowana X (rentgenowskiego) do wizualizacji narządów wewnętrznych

Metoda oparta na zróżnicowaniu absorpcji promieniowania zależnie od gęstości tkanek.

Metody radiologiczne:

• Proste badania radiologiczne („prześwietlenie”)

• Badania z wykorzystaniem środków kontrastujących (przewód pokarmowy, układ moczowy, naczynia)

• Tomografia (przekrój ciała/narządu)

• Tomografia komputerowa (przekrój z komputerową analizą intensywności wiązki i wytworzeniem obrazu)

Ultrasonografia:

• Wykorzystanie ultradźwięków do otrzymania obrazu tkanek i narządów miąższowych zależnie od ich struktury i gęstości.

• Obrazowanie przepływu krwi.

Rezonans magnetyczny: wykorzystanie analizy zachowania spinów atomów (głównie jąder atomów wodoru) w tkankach, w silnym polu magnetycznym, pod wpływem fal elektromagnetycznych.

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET): metoda oparta na pomiarze emisji pozytonów z 18Fluoru w Fluorodeoksyglukozie (FDG). Intensywność emisji w danym miejscu zależy od nasilenia metabolizmu.

Badania radioizotopowe: wykorzystanie substancji znakowanych radioizotopem, które mają zdolność wybiórczego gromadzenia się w poszczególnych kankach i emitują promieniowanie - odczyt następuje przy pomocy gamma - kamery.

Wybór odpowiedniej metody diagnostycznej - zasada 1

• Należy wybrać badania najbardziej odpowiednie dla obrazowania danego narządu

• Należy zacząć od badań prostych, jeżeli mogą wyjaśnić problem

• Należy uwzględnić koszty: z dwóch badań o zbliżonej czułości należy zawsze wybrać mniej kosztowne

Zasada 2 - jeśli badanie wykonane jako pierwsze przynosi jednoznaczny wynik, umożliwiający podjęcie decyzji terapeutycznej, nie ma sensu wykonywania kolejnych badań dotyczących tego samego narządu.

Radiologia (radiodiagnostyka)

Metoda oparta na wykorzystaniu promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie rentgenowskie (X) w urządzeniach do diagnostyki radiologicznej powstaje podczas oddziaływania rozpędzonych elektronów na powierzchnię metalu

Promieniowanie:

• Elektromagnetyczne (fotonowe)

• Cząsteczki (elektrony, protony, neutrony, jądra atomów)

Promieniowanie rentgenowskie - jest to promieniowanie elektromagnetyczne, nie posiada masy ani ładunku elektrycznego, rozchodzi się w przestrzeni prostoliniowo z prędkością światła.

Właściwości promieniowania rentgenowskiego (X):

• Ma jednocześnie postać fali elektromagnetycznej oraz cząstki - fotonu

• Ma zdolność jonizowania atomów i powoduje efekty biologiczne i chemiczne w oddziaływaniu z materią.

• Powoduje naświetlanie błon radiograficznych i fotograficznych

• Nie jest wykrywalne przy pomocy narządów zmysłów

• Wytwarza promieniowanie wtórne i rozproszone

• Podlega prawom geometrii - rozchodzi się w linii prostej

• Jest silniej pochłaniane przez materiały o wysokim ciężarze właściwym (ołów, metale). Zjawisko to ma fundamentalne znaczenie w wizualizacji narządów (różnice pomiędzy tkankami)

• Przenika przez materiały obijające fale świetlne (z uwagi na bardzo małą długość fali)

• Nie może być ogniskowane przez soczewki szklane.

• Energia fotonów jest wprost proporcjonalna do częstotliwości fali elektromagnetycznej i jest mierzona w elektronowoltach (eV)

• Od energii zależny jest zasięg promieniowania w materii oraz gęstość jonizacji

• Minimalna energia potrzebna do wywołania efektu jonizacji przekracza 10KeV

• Zakres energii używanych w diagnostyce waha się od 40 do 150KeV

Oddziaływanie diagnostycznego promieniowana X z materią:

• Całkowite pochłonięcie

• Częściowe pochłonięcie; częściowe rozproszenie

• Przeniknięcie bez wpływu na materię

Wymienione zjawiska zależą od efektów zachodzących w trakcie oddziaływania fotonów z elektronami i jądrami substancji absorbującej.

Oddziaływanie fotonów z elektronami substancji absorbującej:

• Efekt fotoelektryczny: reakcja całkowitego pochłaniania - foton oddaję cała energię na wybicie” elektrony z wytworzeniem promieniowania wtórnego, również całkowicie absorbowanego. Występuje przy promieniowaniu o niskich energiach.

• Efekt Comptona: reakcja częściowej absorpcji - foton oddaje część energii w zderzeniu z elektronem powłoki atomu i po „wybiciu” elektronu odchyla się od pierwotnego toru; powstaje w ten sposób promieniowanie rozproszone. Dotyczy promieniowania o średnich energiach.

Oddziaływanie fotonów z jądrami substancji absorbującej:

• Powstanie pary elektron - pozytron. Foton oddaje energię w zderzeniu z jądrem atomowym i powstaje para cząstka - antycząstka. Pozytron ulega bardzo szybko anihilacji (łączy się z elektronem) w wyniku której powstaje nowy foton oddziaływujący na elektrony lub jądro atomu. Dotyczy promieniowania o wysokich energiach.

Rodzaje promieniowania elektromagnetycznego wykorzystywane w medycynie:

• Fotony gamma (medycyna nuklearna, radioterapia)

• Wysokoenergetyczne fotony X (radioterapia)

• Promieniowanie X (diagnostyka)

• Promieniowanie widzialne i podczerwone (lasery)

• Mikrofale i promieniowanie o częstotliwości fal radiowych (RM, fizykoterapia)

Promieniowanie cząsteczkowe:

• Elektrony

• Neutrony

• Protony

• Jony pierwiastków (m.in. cząsteczki alfa i beta)

Stosowane w specjalistycznej radioterapii.

Jednostki pomiaru promieniowania:

• RENTGEN (R): Jednostka dawki ekspozycyjnej = 1R powoduje wytworzenie 2.08 x 10⁹ par jonów w centymetrze sześciennym powietrza. W układzie SI używa się alternatywnie C/kg

• RAD: jednostka dawki pochłoniętej; odpowiada energii (wyrażanej w ergach) pochłoniętej w danej masie tkanki i odpowiedzialnej za określony skutek biologiczny. 1 raz dopowiada 100 ergom (10^-5 J)/ 1 gram napromienianej tkanki. W układzie SI współcześnie używa się pojęcia Gray (Gy), 1Gy = 1J/kg = 100 rad

• REM - w układzie SI Sievert (Sv): równoważnik dawki pochłoniętej (R lub Gy) dla człowieka - jest to miara szkodliwości biologicznej różnych rodzajów promieniowania. Jednostki tej używa się wyłącznie w ochronie radiologicznej dotyczącej narażenia pracowników na działanie promieniowania.

• CURIE (Ci): ilościowa miara aktywności promieniotwórczej danego pierwiastka; 1 Ci określa ilość substancji promieniotwórczej, w której 3,7 x 10¹⁰ atomów ulega rozpadowi w ciągu sekundy.

Radiologia - metody konwencjonalne.

Budowa lampy rentgenowskiej. Elektrony, stanowiące ładunek przestrzenny, poruszają się w lampie w jednym kierunku (od katody do anody) i odpychając się wzajemnie pokrywają powierzchnię anody.

Podstawowe elementy - KATODA

• Elektroda ujemna, emiter elektronów. Zbudowana najczęściej z włókna wolframowego (metal o Wysokiem liczbie atomowej, bogaty w elektrony” i odporny na temperaturę)

• Prąd dostarczany do katody powoduje termoemisję elektronów, które tworzą ładunek przestrzenny. Wielkość ładunku jest zależna od natężenia dostarczanego prądu, które może być sterowane (poprzez pulpit sterujący).

• Ładunek przestrzenny wytwarza prąd lampy, od którego wprost proporcjonalnie zależy energia wytwarzanych promieni rentgenowskich, czyli dawka ekspozycyjna.

ANODA- elektroda dodatnia, która:

• Wytwarza promienie rentgenowskie

• Przewodzi prąd elektryczny

• Przewodzi i odprowadza ciepło ze swojej powierzchni

Są 2 rodzaje anod:

• Anoda nieruchomo - wystarcza do emisji promieni X o niskim natężeniu (przydatnym w mammografii czy diagnostyce stomatologicznej), zbudowana z wału miedzianego i tarczy (wolfram)

• Anoda wirująca - pozwala znacznie zwiększyć energię elektronów, tarcza to molibden pokryty stopem wolframu, silnik elektryczny powodujący poprzez wirnik ruch obrotowy tarczy 3400-10000 obrotów/ min

Inne istotne elementy:

• Filtry - zbudowane z aluminium mają na celu eliminowanie promieniowania o bardzo niskich energiach (promieniowanie miękkie), które jest w całości pochłaniane przez tkanki i jest nieprzydatne z diagnostycznego punktu widzenia.

• Filtry kompensacyjne - służą równoważeniu zmian gęstości ciała pacjenta.

• Kolimatory - ograniczają wiązkę promieniowania tylko do potrzebnego obszaru.

Elementy sterujące lampa:

• Regulator czasowy - poprzez ustalenie wartości prądu lampy w określonym czasie, określa żądaną w danym przypadku dawkę (energię) promieniowania rentgenowskiego.

• Obecnie praktycznie zawsze używane są regulatory elektroniczne

Generator prądu:

• Dostarcza potencjał elektryczny niezbędny do przyśpieszenia elektronów do dużych prędkości

• Wartość napięcia wyjściowego wpływa na energię emitowanego przez anodę promieniowania

Rejestracja promieniowania:

• Klisza fotograficzna w kasecie

• Kaseta ma siatkę ograniczającą promieniowanie rozproszone

• Warstwa czuła - AgBR

• AgBr + hv = Ag- + Br

• Wywoływanie -Ag- > Ag

• Utrwalanie - tiosiarczan, wypłukiwanie AgBr

• Powstaje negatyw - tam, gdzie padło więcej promieni obraz jest ciemniejszy

• Cyfrowe matryce czujników promieniowania w urządzeniach pracujących w technologii cyfrowej

Parametry ekspozycji:

• Parametry ekspozycji określają ilość i jakość emitowanego promieniowania

• Napięcie (kV) - bezpośrednio wpływa na prędkość elektronów między katodą i anodą. Przenikliwość promieni jest wprost proporcjonalna do ich energii (częstotliwości), które a kolei jest wprost proporcjonalna do wartości napięcia

• Regulacja napięcia jest sposobem wpływania na energię wiązki promieniowania

• Natężenie (mAmp) - wyraża natężenie prądu lampy wytworzonego przez włókno katody

• Natężenie tego prądu wpływa liniowo na natężenie (ilość) promieniowania (podwojenie natężenia prądu lampy podwaja dawkę promieniowania)

• Czas ekspozycji (sekundy lub milisekundy) - wydłużenie czasu ekspozycji zwiększa liczbę elektronów wytworzonych przez włókno katody i liczbę wytworzonych fotonów promieniowania

• Czas liniowo zwiększa ilość promieniowania

• Odległość od źródła do miejsca rejestracji - film lub detektor elektroniczny

• Liczba fotonów docierających do błony maleje z kwadratem odległości (jest odwrotnie proporcjonalna do odległości)

• Wzrost odległości powoduje konieczność zwiększenia ekspozycji dla osiągnięcia takiego samego efektu

Proste zdjęcia radiologiczne - nadal bardzo przydatne i w wielu sytuacjach klinicznych stanowiące niezmiennie podstawę diagnostyki. Często służą jako badanie wstępne pozwalające wykluczyć patologię.

Zalety:

• Łatwość wykonania, prosta aparatura

• Niskie koszty (dotyczy zarówno aparatury, jak i kosztów bezpośrednich

• Łatwość oceny i interpretacji

Zastosowania:

• Podstawowa ocena narządów klatki piersiowej, w tym badania profilaktyczne, często wystarczająca w przypadku stanów zapalnych (w tym monitorowanie leczenie), stanów nagłych (odma), niektórych innych chorób (gruźlica)

• Układ kostny: nadal podstawowa metoda oceny zmian urazowych, ponadto wartościowa, choć nie zawsze wystarczająca metoda diagnostyki zmian zwyrodnieniowych, nowotworowych, zakażeń

• Jama brzuszna: jedynie zdjęcia przeglądowe w przypadku podejrzenia niedrożności lub perforacji przewodu pokarmowego

• Narządy głowy i szyi- jedynie zmiany urazowe struktur kostnych. Pantomogramy żuchwy w przypadku nowotworów lub zapaleń.

• Mammografia - podstawowa metoda diagnostyczna w nowotworach piersi.

• Diagnostyka stomatologiczna - niezmiennie metoda z wyboru; najtańsza, najszybsza, wiarygodna.

Przygotowanie chorego do badania:

• W zdecydowanej większości przypadków chorzy nie wymagają specjalnego przygotowania

• Radiogramy kręgosłupa lędźwiowego, kości krzyżowej i miednicy - od poprzedniego dnia na czczo, celowe podanie środków zapobiegających gromadzeniu gazów w jelitach (np. espumisan)

Zdjęcia z kontrastem:

• Kontrast podawany śródjamowo bezpośrednio lub przez nakłuciem wprowadzenie cewnika; uwidocznienie zmian w obrębie śluzówek lub innych struktur zlokalizowanych w jamach ciała pacjenta(np. przewód pokarmowy, kanał rdzenia kręgowego, komory mózgu)

• Kontrast wydzielany po podaniu dożylnym (np. układ moczowy)

• Kontrast podawany do naczyń w celu ich uwidocznienia

Kontrast podawany śródjanowo:

• Wykorzystywane są środki kontrastujące o dużej gęstości, pochłaniające prawie całkowicie promieniowanie X (np. baryt lub środki cieniujące rozpuszczalne w wodzie)

• Wizualizacja na zasadzie obrazowania struktur/ tkanek (najczęściej śluzówek) otaczających przestrzeń wypełnioną kontrastem.

• Diagnostyka przewodu pokarmowego - nadal bardzo cenna metoda obrazowania schorzeń jelit, żołądka, przełyku. Rzadko współcześnie stosowana w chorobach dróg żółciowych.

• Układ nerwowy - mielografia (kontrast podawany do kanału kręgowego), wentrykulografia (kontrast podawany do komór mózgu), cysternografia (kontrast podawany do kanału kręgowego)

• Obecnie stosowane jedynie wyjątkowo, w przypadkach gdy wykonanie MR jest niemożliwe.

• Układ oddechowy - bronchografia (wizualizacja oskrzeli po wziewnym podaniu kontrastu); obecnie uważana za metodę historyczną.

• Piersi - galaktografia (podanie środka cieniującego przez przewody wyprowadzające gruczołu i wizualizacja układu przewodowego); wybiórcza przydatność w diagnostyce brodawczaków.

Przygotowanie pacjenta:

- Badanie górnego odcinka przewodu pokarmowego (żołądek, dwunastnica, pasaż jelita cienkiego), kontrast podawany doustnie

• Pacjent na czczo od dnia poprzedniego

• W dniu poprzedzającym badanie lekkostrawna kolacja, niewielka objętościowo

- Dolny odcinek przewodu pokarmowego (jelito grube - wlew doodbytniczy):

• W przeddzień badania ostatni lekki posiłek ok. godz. 13 (preferowana zupa)

• Od godz. 15 jedynie Fortrans (4 saszetki - 4 litry wody) + woda mineralna lub słaba herbata

• W dniu badania na czczo, Ew. lewatywa

Angiografia- kontrast podawany donaczyniowo:

• Arteriografia - wizualizacja patologii i obrębie naczyń tętniczych w różnych narządach (np. tętniaki malformacje naczyniowe)

• Flebografia - wizualizacja naczyń żylnych

• Limfografia - wizualizacja naczyń chłonnych

• Uwidocznienie zmien chorobowych w samych naczyniach (miażdżyca, zwężenie, niedrożność, niewydolność zastawek)

• Uwidocznienie unaczynienia zmian patologicznych (przede wszystkim nowotworów)

• Badania angiograficzne z bezpośrednim podaniem kontrastu mają coraz mniejsze zastosowaniem zastępowane są przez badania angioMR i angioCT oraz przez badania ultrasonograficzne.

Tomografia komputerowa.

Podstawy.

Do wytworzenia obrazu wykorzystywana jest lampa rentgenowska, umieszczona wewnątrz obudowy, emitująca promienie rentgenowskie i wykonująca ruch obrotowy wokół pacjenta. Układ detektorów po stronie przeciwnej do lampy rejestruje natężenie wiązki po jej przejściu przez ciało pacjenta. W oparciu o odczyt z detektorów, przy pomocy algorytmów komputerowych, uzyskiwany jest cyfrowy obraz przekroju ciała, rutynowo w płaszczyźnie osiowej (poprzecznie do długiej osi ciała/ narządu).

Tworzenie obrazu:

Współczynniki osłabienia = jednostki Hounsfielda (zależne od gęstości tkanek)

Średnie i skrajne wartości:

• 0 = gęstość wody

• -1000 = gęstość powietrza (kolor czarny w TK)

• +1000 = gęstość kości (kolor biały w TK)

Grubość warstw:

• Standardowa grubość kolejnych warstw wynosi od 3 do 5mm.

• Warstwy grubsze (np. co 1cm) mogą powodować przeoczenie istotnych diagnostycznie szczegółów

• Warstwy cieńsze: dłuższe badanie i większa dawka promieniowania

Zastosowania:

• Obecnie podstawowa, obok MR, metoda obrazowania

• Uwidocznienie nawet bardzo małych różnic w gęstości radiologicznej tkanek

• Różnice przed i po podaniu kontrastu

• Techniki specjalne i opcje rekonstrukcji

Klatka piersiowa:

• Podstawowa metoda obrazowania płuc niezależnie od wskazań

• Praktycznie zawsze konieczne badanie dwufazowe z użyciem kontrastu dożylnie

• Podstawowa metoda obrazowania śródpiersia (węzły chłonne, grasica) oraz ściany klatki piersiowej

• Mniej użyteczna w diagnostyce mięśnia serca i wielkich naczyń (ale systematyczne rozszerzenie wskazań w miarę postępu technologicznego)

Narządy głowy i szyi:

• Podstawowa metoda obrazowania

• Praktycznie zawsze konieczne badanie dwufazowe ( zużyciem kontrastu dożylnie)

• Często techniki specjalne (okno kostne, specjalne ułożenia, obrazowanie naczyń, rekonstrukcje 3D)

Narządy jamy brzusznej i miednicy:

• Podstawowa metoda obrazowania narządów miąższowych (wątroba, śledziona, nerki, narządy rodne) oraz węzłów chłonnych)

• Praktycznie zawsze konieczne badanie dwufazowe, z kontrastem dożylnym lub doustnym

Układ kostny:

• Podstawowa metoda badania struktury kości

• Ocena zniszczenia kości przez procesy nowotworowe (przerzuty, guzy pierwotne)

• Zmiany urazowe, zwłaszcza kręgosłupa

OUN:

• Podstawowa metoda w diagnostyce krwotoków wewnątrzczaszkowych

• Urazy OUN

• Metoda z wyboru w przypadkach nagłych

• Specjalne zastosowania - angiografia CT, cysternografia, badania przepływu

Zastosowania specjalne:

• Planowanie radioterapii - obecnie standard w wielu lokalizacjach

• Trójwymiarowe rekonstrukcji TK w celu planowania zabiegu i rekonstrukcji

• Biopsja pod kontrolą TK

Zakłócenia:

• Wszelkie elementy metalowe w obszarze badanym z racji dużej gęstości (np. protezy, plomby) powodują znaczne zakłócenia w odbiorze obrazu TK, niejednokrotnie wręcz uniemożliwiające prawidłową ocenę badania

Przygotowanie pacjenta:

• Jeśli badanie z kontrastem - 5h przed TK na czczo, ponieważ istnieje ryzyko konieczności interwencji w przypadku nasilonej reakcji uczuleniowej

• Celowe zapobieganie gromadzeniu się gazów przy TK narządów jamy brzusznej

Postęp w TK:

• Coraz mniejsze i szybsze aparaty

• TK spiralna - precyzyjna rekonstrukcja obrazu i bardzo wysoka rozdzielczość

• SPECT (single photon emission CT) - połączenie TK i scyntygrafii daje równocześnie informację o budowie i czynności badanego narządu.

---