Wybrane metody diagnostyki obrazowej

Prezentacja na temat: "Wybrane metody diagnostyki obrazowej"— Zapis prezentacji:

1 Wybrane metody diagnostyki obrazowej
Seminarium 4 2014/15

2 1. Histogram obrazu

3 Cyfrowa obróbka obrazów Histogram obrazu
Histogram 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 X
Elektrony 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 Usunięte
charakterystycznego Usunięte przez filtr Energia fotonów [keV]

13 Filtrowanie widma lampy

14 3. Dobór parametrów badania rentgenowskiego

15 Wydajność detekcji η – wydajność detekcji
I0 – promieniowanie padające na błonę Ir – promieniowanie zarejestrowane

16 Dobór parametrów pracy lampy RTG
kVp (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 rentgenografii
Ocenę 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 komputerowa
mierzymy 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’a
Tkanka 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 par
Anihilacja pary elektron-pozyton

55 Tomografia PET - radiofarmaceutyki
Znaczniki 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 pokarmowego
Obrazowanie 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 dopplerowskiej
Metoda 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 - RTG
W 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 - RTG
W 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 - TK
W 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 - TRM
Środki 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 - USG
Kontrasty 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.