c1

Elemente de Imagistică Medicală

Introducere   



Imagistica medicală este o metodă de a obţine imagini ale unor organe sau ţesuturi. Imaginile sunt obţinute, de cele mai mult ori, în scop diagnostic. Imaginile reprezintă distribuţii ale intensităţii luminoase sau distribuţii de culori care sunt corelate cu caracteristici fizice ale ţesuturilor, aflate la rândul lor în relaţie cu fenomene fiziologice. Imaginile pot fi reprezentări 2D (bidimensionale), 3D (tridimensionale) sau 4D (3D+variaţie temporală).

16/02/2016

Curs 1

2

Introducere 







Obţinerea unei imagini necesită un factor fizic care să penetreze ţesuturile (organele). Factorul fizic trebuie să interacţioneze în mod diferit cu ţesuturile, pentru a produce contrast. Imaginile obţinute prin diverse tehnici relevă doar unele aspecte ale corpului uman – nu există o tehnică “universală”. Utilitatea diagnostică a imagisticii medicale este legată atât de calitatea imaginii cât şi de condiţiile de achiziţie.

16/02/2016

Curs 1

3

16/02/2016

Curs 1

4

Tehnici utilizate în imagistica medicală (modalities)     



Ecografia - ultrasunete Radiologia - radiaţii X Computer tomografie (CT Scan) – radiaţii X Medicina nucleară – radiaţii gama Tomografie prin Emisie de Pozitroni (PET Scan) – radiaţii gama Imagistică de Rezonanţă Magnetică (IRM – MRI) 

16/02/2016

Rezonanţă Magnetică Nucleară (RMN) Curs 1

5

Proceduri (modalities) Medicină CT

IRM / fIRM

nucleară

Ecografie

PET

SPECT

radiaţii X

16/02/2016

spin magnetic

Curs 1 trasor metabolic radioactiv

6 unde ultrasonore

Premii Nobel      

Röntgen (1901, fizică): descoperirea radiaţiilor X Rabi (1944, fizică): rezonanţa magnetică nucleară (RMN) Bloch şi Purcell (1952, fizică): măsurători ale precesiei RMN Cormack şi Hounsfield (1979, medicină): tomografia computerizată (CT) Ernst (1991, chimie): spectroscopie RMN de înaltă rezoluţie Laterbur and Mansfield (2003, medicină): descoperiri privind imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM)

16/02/2016

Curs 1

7

Concepte

obiect

algoritm de calcul

date

dispozitiv imagistic

imagine reconstruită a unei secţiuni transversale 16/02/2016

Curs 1

8

Imagistică Anatomică şi Funcţională

16/02/2016

Curs 1

9

Radiologia diagnostică Imagistica cu radiaţii X

Descoperire

Aparatul lui Roengen (tub Crookes) care a condus la descoperirea unui nou tip de radiaţii la 8 Nov. 1895 16/02/2016

Curs 1

Radiografia mâinii sotiei (Bertha Roentgen) la 11 22 Dec. 1895

Primele imagini X

16/02/2016

Curs 1

12

Radiaţii X 

Fotoni cu lungime de undă: 10-9 - 10-11 metri



Cum se obţin imagini?   



Traversează ţesutul uman fără deviaţii Ţesuturile absorb în măsură diferită radiaţiile X Imaginea reprezintă “umbre” lăsate de radiaţiile ce au fost absorbite

Utilizări  

16/02/2016

Detectarea afecţiunilor osoase Diagnosticarea afecţiunilor dentare, pulmonare etc. Curs 1

13

Tuburi de radiaţii X 

Tub din sticlă 



Catod  



termoemisiv autoemisiv

Anod 



vidat la 10-3 Pa

conţine ţinta

Componente de alimentare, răcire, focalizare a fasciculului etc.

16/02/2016

Curs 1

14

Tuburi de radiaţii X (cont.)

16/02/2016

Curs 1

15

Tuburi cu filament (Coolidge)

16/02/2016

Curs 1

16

Accelerarea electronilor 

Se aplică o tensiune ridicată (10-500 kV) între doi electrozi plasaţi într-un tub din sticlă vidat:  



Electrodul negativ (catodul) este sursa de electroni (e-) Electrodul pozitiv (anodul) este ţinta bombardată de electroni

Electronii emişi de către catod sunt acceleraţi către anod şi ajung la o energie cinetică (E.C.) mare.

16/02/2016

Curs 1

17

Procese ce au loc în ţintă 

Excitări şi ionizări ale electronilor din păturile superficiale (cele mai frecvente): 



Interacţiuni cu electroni de pe păturile profunde: 



conduc la încălzirea ţintei.

radiaţie X caracteristică.

Interacţiuni cu nucleele din ţintă: 

16/02/2016

radiaţie X de frânare (Brehmstrahlung) Curs 1

18

Procese ce au loc în ţintă

16/02/2016

Curs 1

19

Radiaţia de frânare  

 

Aprox. 99% din E.C. se regăseşte sub formă de căldură datorită ciocnirilor. Aprox. 0,5 – 1% din E.C. Este transformată în radiaţii X datorită interacţiunilor electrostatice puternice (brehmstrahlung). În foarte puţine ocazii (0,5%) un electron ajunge foarte aproape de un nucleu pozitiv din ţintă. Forţele electrostatice determină o scădere a E.C. şi modifică traiectoria electronului.

16/02/2016

Curs 1

20

Spectrul radiaţiei de frânare

hν = Ec − Ec′ hν max = Ec

16/02/2016

Curs 1

21

Radiaţia caracteristică  1 1 R(Z − σ )  2 − 2  = λ  n1 n2  1

Seria K: n1 = 1, σ = 1 Seria L: n1 = 2, σ = 3,5 Cel mai probabil se emit liniile: Kα hν = 59 KeV Lα hν = 8,5 KeV 16/02/2016

Curs 1

22

Spectrul de emisie a unei ţinte din W

16/02/2016

Curs 1

23

16/02/2016

Curs 1

24

Tuburi de radiaţii X utilizate în radiologie 

Imagine cât mai clară a ţesuturilor:  





sursa de dimensiuni mici timpul de expunere scurt

Constructiv cele două cerinţe se exclud deoarece conduc la distrugerea ţintei Soluţia - Tuburi cu focalizare liniară  

16/02/2016

suprafaţa bombardată cu electroni este mare ţinta pare de dimensiuni mici Curs 1

25

Construcţia anodului cu focalizare liniară

ab ⋅ sinθ = cd Stinta G= Sfasc ab ⋅ cd 1 = G = ab ⋅ cd ⋅ sinθ sinθ

θ= 6 ÷ 16 16/02/2016

Curs 1

26

Tubul cu anod rotitor 

Proiectat pentru a creşte câştigul (G) 



utilizat în cazul unor fascicule intense şi a unor timpi mari de utilizare (Computer Tomografie)

Suprafaţa expusă creşte prin rotirea anodului 

16/02/2016

se evită supraîncălzirea anodului

Curs 1

27

Tubul cu anod rotitor

16/02/2016

Curs 1

28

Tubul cu anod rotitor

Lungimea expusă L este mult mai mare decât cd în cazul tubului cu focalizare liniară 16/02/2016

Curs 1

29

Filtrarea 



 

Filtrarea reprezintă înlăturarea radiaţiilor X de mică energie, care sunt absorbite integral de pacient şi nu ajung la receptor Există o filtrare inerentă la nivelului tubului de sticlă Se adaugă o filtrare suplimentară (Cu, Al, Fe) Scopul este de a reduce doza la nivelul pacientului

16/02/2016

Curs 1

30