1 Wybrane metody diagnostyki obrazowejSeminarium 4 2014/15
2 1. Histogram obrazu
3 Cyfrowa obróbka obrazów Histogram obrazuHistogram obrazu zapisanego w skalach szarości to wykres zależności liczby punktów przyjmujących kolejne stopnie szarości od stopnia szarości.
4
5 Zmiana kontrastu
6 Zmiana jasności
7 2. Widmo promieniowania lampy rentgenowskiej
8 Lampa rentgenowska
9 Wytwarzanie promieniowania XElektrony docierające do anody oddziałują z atomami anody w dwóch procesach: Wybijanie elektronów z wewnętrznych powłok atomowych (na miejsce wybitych elektronów wskakują elektrony z wyższych powłok oddając energię w formie promieniowania X) Hamowanie w polu elektrycznym jądra (elektrony w polu elektrycznym jądra są odchylane i spowalniane, tracona energia jest emitowana w formie promieniowania X)
10 Elektron wysokoenergetyczny
11 Widmo promieniowania hamowania
12 Energia fotonów [keV] Widmo promieniowania Usuniętecharakterystycznego Usunięte przez filtr Energia fotonów [keV]
13 Filtrowanie widma lampy
14 3. Dobór parametrów badania rentgenowskiego
15 Wydajność detekcji η – wydajność detekcjiI0 – promieniowanie padające na błonę Ir – promieniowanie zarejestrowane
16 Dobór parametrów pracy lampy RTGkVp (napięcie anodowe – energia wiązki) Filtr (widmo lampy, energia wiązki) Ekspozycja - ładunek (mAs)
17 Dobór kVp
18 Dobór kVp
19 Dobór kVp Z malejącą energią fotonów promieniowania rośnie absorpcja i zwiększa się kontrast pomiędzy tkankami, ale rośnie dawka.
20 Dobór kVp 60 keV 150 keV
21 Dobór ładunku Badane struktury są umieszczone wewnątrz większego obiektu krążki Al (Zeff = 13) umieszczone wewnątrz klina z materiału tkanko-podobnego (Zeff = ~7.5)
22 4. Krzywa charakterystyczna detektora promieniowania X na przykładzie błony rentgenowskiej i płytki obrazującej
23 Krzywa charakterystyczna
24 (płytka obrazująca, płyta pamięciowa)Image plate (płytka obrazująca, płyta pamięciowa) Cyfrowe płyty pamięciowe działają w oparciu o halogenki baru aktywowane europem (np. fluoro bromek baru aktywowany europem BaFBr:Eu). Zastępują w rentgenodiagnostyce układ błona RTG – folia wzmacniająca. Promieniowanie X przechodząc przez płytę pamięciową wybija elektrony z tzw. centrów luminescencji (np. atom Eu). Elektrony te są więzione w zaburzeniach sieci krystalicznej np. w miejscu w którym brakuje atomu bromu, aż do momentu oddziaływania fali elektromagnetycznej o odpowiedniej długości. Powrót elektronów do stanu sprzed naświetlenia płytki pamięciowej promieniowaniem X związany jest emisją światła. Obraz utajony jest odczytywany przy pomocy lasera. Wiązka lasera oświetla płytę punkt po punkcie wymuszając powrót elektronów do centrów luminescencji. Mierzy się intensywność emitowanego światła. Po odczytaniu płyta jest gotowa do ponownego użytku.
25 Image plate
26
27
28
29 Ocena zdolności rozdzielczej w rentgenografiiOcenę zdolności rozdzielczej w rentgenodiagnostyce wykonuje się w oparciu o fantomy. Są to płytki wykonane z tworzywa sztucznego o niskim współczynniki osłabienia promieniowania X z naniesionymi ołowianymi paskami o różnym zagęszczeniu. Określa się maksymalne zagęszczenie, dla którego paski ołowiane na obrazie rentgenowskim są widoczne jako rozróżnialne. Zdolność rozdzielczą określa się jako liczbę linii (albo par linii) fantomu.
30 5. Zasada działania i budowa skanera w spiralnej, wielorzędowej tomografii komputerowej
31 Tomografia komputerowa (TK)
32
33
34 Liczba pomiarów: 20 Liczba niewiadomych: 100
35
36 Sekwencyjna / spiralna TK
37 Wielorzędowa TK
38 Tomografia komputerowamierzymy rozkład liniowego współczynnika osłabienia promieniowania X (m ) gęstość wyrażana jest w jednostkach względnych (HU - Hounsfield Units) dawka promieniowania jonizującego równa jest dawce otrzymywanej w kilku(nastu) standardowych badaniach RTG energie stosowane w TK: keV czas obrotu lampy wokół pacjenta: ~ 0.5 s czas skanowania w spiralnej TK: ~ 20 s
39
40 6. Metody prezentacji obrazu w tomografii komputerowej
41 Jednostki Hounsfield’aTkanka HU Kość 1000 Wątroba 40 ÷ 60 Istota biała 46 Istota szara 43 Krew 40 Mięśnie 10 ÷ 40 Nerki 30 Płyn mózgowo-rdzeniowy 15 Woda Tkanka tłuszczowa -100 ÷ -50 Powietrze -1000
42 Okno tomograficzne Szeroki zakres zmienności HU wymaga stosowania co najmniej 11 bitów w opisie obrazu tomograficznego (zwykle 12 bitów możliwych, różnych wartości HU) Ze względu na ograniczenia oka ludzkiego pod względem rozróżniania odcieni szarości monitory komputerowe posługują się skalą 8 bitową (256 stopni) Przeskalowanie liniowe skali Hounsfield’a na skalę szarości powoduje, że subtelne różnice (np. pomiędzy istotą szarą i istotą białą nie mogą być rozróżniane) Z w/w powodów stosuje się tzw. okno tomograficzne
43 Okno tomograficzne
44
45
46
47 7. Budowa i zasada działania gamma-kamery
48 Budowa gamma - kamery
49
50 Obrazowanie kośćca w scyntygrafii
51 8. Tomografia PET, CT/PET i SPECT
52 Tomografia SPECT Gamma-kamera obraca się wokół pacjenta
53 Zasada SPECT
54 Tomografia PET Zjawisko anihilacji parAnihilacja pary elektron-pozyton
55 Tomografia PET - radiofarmaceutykiZnaczniki pozytonowe wbudowane w możliwie proste radiofarmaceutyki np. H215O, 13NH3, 11CO, 11CO2 Emax T1/2 11C - 1,0 MeV ,4 min 13N - 1,2 MeV ,97 min 15O - 1,7 MeV ,1 min 18F - 0,6 MeV ,8 min Radiofarmaceutyk FDG zawierający 18F
56 PET/CT
57 Obrazowanie mózgu w PET
58 Badanie przewodu pokarmowegoObrazowanie PET Badanie przewodu pokarmowego i układu moczowego Zakład Biofizyki CM UJ
59 9. Zasada działania i budowa tomografu rezonansu magnetycznego
60 Tomografia RM Tomografia rezonansu magnetycznego = tomografia magnetycznego rezonansu jądrowego Wykorzystuje się fakt posiadania niezerowego momentu magnetycznego przez jądra 1H
61
62
63 B T Częstotliwość rezonansowa zależy od natężenia pola magnetycznego w którym znajduje się próbka. Jeśli na pole B0 nałożymy pole magnetyczne, którego natężenie zmienia się liniowo wzdłuż osi Z (pole gradientowe), to tylko dla jednej płaszczyzny spełniony będzie warunek rezonansu. W ten sposób można wybrać płaszczyznę, ktorą chcemy zobrazować.
64 Nakładając pola gradientowe w pozostałych kierunkach można wybrać punkt przestrzeni, z którego będzie pochodził sygnał rezonansowy.
65
66 10. Metody prezentacji obrazu w tomografii rezonansu magnetycznego
67
68 11. Kodowanie informacji o przepływach i pomiar prędkości przepływu w ultrasonografii dopplerowskiej
69 Ultrasonografia Dopplerowska
70 Metody obrazowania w ultrasonografii dopplerowskiejMetoda fali ciągłej (cwD – continious wave Doppler) Metoda fali impulsowej (pwD – pulse wave Doppler)
71 Aparat ultrasonograficzny z opcją pomiarów dopplerowskich nakłada na obraz w prezentacji B informację o prędkości przepływu w postaci koloru. Kolor może kodować informację o wartości prędkości i kierunku przepływu (Color Doppler) (czerwony – do sondy, niebieski od sondy), albo jedynie o wartości prędkości (Power Doppler). W trybie pulsed wave Doppler możliwy jest pomiar prędkości dla wybranego miejsca na obrazie. Wymaga to określenia położenia tego miejsca (bramka) i ręcznego określenia kierunku przepływu krwi.
72 Color Doppler
73 Power Doppler
74 12. Zastosowanie środków cieniujących w diagnostyce obrazowej
75 Środki kontrastowe Środki kontrastowe (kontrasty, środki cieniujące) stosowane są w rożnych technikach diagnostyki obrazowej. Ich wybór musi uwzględniać fizykę metody diagnostycznej. Zastosowanie kontrastu musi prowadzić do modyfikacji cechy fizycznej tkanki (najczęściej krwi) istotnej z punktu widzenia danej metody.
76 Środki kontrastowe - RTGW rentgenografii zastosowanie środków kontrastowych ma najdłuższą tradycję i jest najpowszechniejsze. Środki kontrastujące w rentgenografii mają na celu zwiększenie współczynnika osłabienia promieniowania X badanej tkanki, najczęściej krwi. Z tego powodu powinny zawierać pierwiastki o możliwie największej liczbie atomowej. Stosuje się środki na bazie jodu. Związki jodowe nie są zbyt bezpieczne dla pacjentów i dlatego ostatnio wprowadza się nowe generacje środków kontrastowych tzw. niejonowych.
77 Środki kontrastowe - RTGW przypadku badania układu krwionośnego i moczowego środki kontrastowe podaje się dożylnie, niekiedy dotętniczo. Dokładna lokalizacja zależy od rodzaju badania. Przykładowo, znane są techniki w których kontrast podaje się cewnikiem w miejsce badania. Przy pomocy kontrastów można badać również układ pokarmowy. Podaje się je wtedy doustnie (siarczan baru – baryt) W badaniu płuc stosuje się technikę polegającą na poprawie kontrastu tkanki płucnej nie poprzez podanie środka cieniującego, ale poprzez głęboki wdech. Powietrze wypełniające płuca obniża ich średni współczynnik osłabienia przez co łatwiej je różnicować w stosunku do otaczających tkanek.
78 Środki kontrastowe - TKW tomografii komputerowej stosowane są podobne środki cieniujące i techniki ich stosowania jak w rentgenografii, ponieważ tomografia komputerowa działa z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego.
79 Środki kontrastowe - TRMŚrodki cieniujące stosowane w tomografii rezonansu magnetycznego muszą wpływać na zachowanie się spinów jądrowych w polu magnetycznym. Jest to możliwe, ponieważ lokalne pole magnetyczne jakie odczuwa jądro atomowe zależy od konfiguracji powłok atomu, a to zależy z kolei od składu chemicznego. W TRM stosuje się podawane dożylnie środki cieniujące na bazie gadolinu, manganu, dysprozjum i żelaza. Powodują one zmianę tzw. czasów relaksacji podłużnej i poprzecznej. Dzięki temu tkanki zawierające kontrast różnią się od tych, które go nie zawierają.
80 Środki kontrastowe - USGKontrasty stosowane w ultrasonografii zmieniają własności tkanek pod względem oddziaływania z wiązką ultradźwiękową. Środki cieniujące w ultrasonografii to mikorpęcherzyki gazu zamknięte w otoczkach albuminowych. Podaje się je dożylnie. W badaniach tego typu stosuje się aparaty USG emitujące wiązkę o większej mocy niż w przypadku normalnych badań. Wiązka wprowadza pęcherzyki gazu w drgania i rozrywa otoczki albuminowe. Poza rozpraszaniem wiązki na pęcherzykach gazu wzmacnia się efekty nieliniowe przez co łatwiejsze jest obrazowanie z zastosowaniem wyższych harmonicznych.