PRZYKŁADY Metody obrazowania obiektów

Różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego.

Historia metod obrazowania Na przełomie XIX i XX wieku zaczął się ziszczać odwieczny sen ludzkości dotyczący możliwości zajrzenia w głąb człowieka bez konieczności interwencji chirurgicznej. Prowadzone przez Wilhelma Conrada Roentgena prace badawcze zaowocowały 8 listopada 1895 odkryciem promieni „X”. Jeszcze w tym samym roku Roentgen uzyskał pierwsze obrazy radiologiczne kończyn człowieka, a dokładnie lewej ręki swojej żony. W tamtych czasach, obrazy te były wystarczająco nadzwyczajne. Odkrywały struktury dotychczas niedostępne w życiu.

Pierwsze zdjęcie RTG dłoni kobiety:

Idea powstawania zdjęć warstwowych:

Budowa tomografów komputerowych: Urządzenie tomograficzne można podzielić na dwie warstwy: informatyczną - system operacyjny odpowiedzialny za uruchamianie aplikacji tomograficznej, zarządzanie plikami i komunikację z urządzeniami zewnętrznymi oraz samą aplikację tomograficzną, która posiada dwie podstawowe funkcje – użytkową (realizującą zadania związane z przygotowaniem aparatu do pracy, zarządzaniem procesem dokonywania projekcji aparatem CT, akwizycją wyników projekcji, wykonywaniem rekonstrukcji obrazów z projekcji, wspomaganiem funkcji służących do diagnozowania odtworzonych obrazów oraz archiwizowaniem w pamięci obrazów tomograficznych) i serwisową (służy do zadawania parametrów technicznych urządzeniu, diagnozowaniu błędów i innych zadań serwisowych). fizyczną

Urządzenia wchodzące w skład nowoczesnego systemu tomografii komputerowej firmy TOSHIBA

Tomograf komputerowy składa się części konstrukcyjnych, jakich jak: brama – nazywana również gantrą (średnica 70cm), z otworem w centralnej jej części, do którego wsuwa się pacjenta podczas badania; lampa rentgenowska – stanowi źródło promieniowania X; tablica detektorów – stanowi zespół odbiorników zamieniających wartość natężenia promieniowania rentgenowskiego na wartości elektryczne; stół – służy do ułożenia badanego pacjenta; w trakcie pomiarów można nim sterować manualnie, jak również automatycznie.

Budowa systemu tomografii komputerowej:

Każdy z generacji tomografów komputerowych można zaliczyć do konstrukcji zawierającej jedną z trzech podstawowych układów projekcyjnych: lampa rentgenowska – tablica detektorów: układ z równoległą wiązką promieniowania, z wiązką promieniowania uformowaną w wachlarz oraz z wiązką uformowaną w stożek.

Zasada działania Lampa i detektory, wykonując sprzężony ruch po okręgu prostopadłym do długiej osi pacjenta (dookoła obrazowanego narządu/obiektu), dokonują kolejnych prześwietleń wiązką promieniowania równoległą do płaszczyzny obrazowanej. Sygnały elektryczne, pochodzące z detektorów promieniowania X, niosą informacje o pochłanianiu wiązki promieniowania przechodzącej przez ciało pacjenta. Komputer oblicza jednostkę wykorzystywaną do rekonstrukcji obrazu CT, zwaną również jednostką Hounsfielda:

Wartość liczbowa elementu obrazu wynosi 0 dla wody, około -1000 dla powietrza i do około +4000 dla kości.

Przykładowy tomogram głowy otrzymany techniką CT

Przekroje otrzymane techniką CT: a) głowy b) jamy brzucha

Generacje tomografii komputerowej promieniowania rentgenowskiego

Rezonans Magnetyczny MRI

Obrazowanie tą techniką bazuje na wykorzystaniu właściwości fal radiowych, silnego pola magnetycznego oraz właściwości magnetyczne jąder atomu wodoru – protonów, do tworzenia czytelnych i szczegółowych obrazów organów wewnętrznych i tkanek. MRI stała się bardzo pomocna w diagnozowaniu np. guzów mózgu, jak również oczu czy ucha wewnętrznego. Nie można jednak badać pacjentów z: rozrusznikami serca, implantami słuchawkowymi, metalowymi klipsami naczyniowymi, endoprotezami oraz wszystkimi materiałami metalicznymi, które w polu magnetycznym mogą się przemieścić lub nagrzać i spowodować obrażenia sąsiadujących z nimi tkanek.

W skład aparatury rezonansu magnetycznego wchodzą: magnes (np. elektromagnes nadprzewodzący, oporowy lub magnes stały), cewki pola gradientowego, nadajnik z cewkami nadawczymi, odbiornik z cewkami odbiorczymi, system komputerowy. Sercem aparatury MRI jest impulsowy spektrometr cyfrowy, który kształtuje sekwencje impulsów pobudzających, kontroluje proces odbioru sygnału oraz analizuje widmo sygnału.

Schemat tomografu MRI w przekroju a) cewka główna, b) cewka nadawczo - odbiorcza, c) cewki korekcyjne, d) cewki korekcyjne

Elektromagnes nadprzewodzący – stanowi element umożliwiający wytworzenie niemal jednorodnego pola magnetycznego o indukcji od 0,4[T] do 3[T] w dużym obszarze przestrzeni. Zwoje elektromagnesu zbudowane są z nadprzewodnika, stopu niobu z tytanem. Zamknięte są wewnątrz naczyń Dewara zawierających ciekły hel (dla wytworzenia zjawiska nadprzewodnictwa wspomnianego stopu). Poziom szumu elektromagnesu jest bliski zeru dzięki bezoporowemu przewodzeniu prądu. Utrzymanie stanu nadprzewodzenia zwojów warunkuje prawidłową pracę elektromagnesu.

Obrazy uzyskane techniką MRI a) kolano b) kręgosłup

c) głowa w płaszczyźnie poprzecznej d) głowa w płaszczyźnie strzałkowej

Zasada powstawania obrazu Atomy zbudowane są z jądra atomowego i powłoki atomowej z krążącymi elektronami. W skład jądra wchodzą protony i neutrony, a w przypadku jądra atomu wodoru – tylko protony o dodatnim ładunku elektrycznym. Protony dokonują obrotu wokół własnej osi, a zatem posiadają moment pędu, tzw. spin. Z kolei z ruchem ładunku związane jest powstawanie momentu magnetycznego, czyli własnego pola magnetycznego. Normalnie kierunki i zwroty momentów magnetycznych poszczególnych protonów są przypadkowe, nieuporządkowane. Pod wpływem silnego, stałego, zewnętrznego pola magnetycznego cewki aparatu MRI, momenty magnetyczne protonów ustawiają się równolegle lub antyrównolegle względem kierunku tego pola (magnetyzacja podłużna). To zewnętrzne pole magnetyczne oddziałuje na momenty magnetyczne protonów jąder atomu wodoru. Występują one w ciele ludzkim przede wszystkim w wodzie.

Pozytonowa Tomografia Emisyjna PET