Počítačová tomografie (1)

Transkript

1 Počítačová tomografie (1) velký počet měření průchodů rtg paprsků tělem - projekční data matematické metody pro rekonstrukci CT obrazů z projekčních dat

2 Počítačová tomografie (2) generace CT 1. generace - geometrie rovnoběžných paprsků 2. generace - kuželový paprsek, násobné detektory 3. generace - kuželový paprsek, rotující detektory 4. generace - kuželový paprsek, fixní detektory 5. generace - skenující elektronový paprsek

3 Počítačová tomografie (3) typické CT obrazy - mozek, hlava, hrudník s plícemi, břicho

4 Počítačová tomografie (4) hlavní komponenty CT 4. generace

5 Počítačová tomografie (5) schematická ilustrace ultrarychlého CT systému 5. generace

6 Počítačová tomografie (6) zdroj rtg záření (s výjimkou 5. generace) zpomalení nabité částice způsobí emisi elektromagnetického záření - široká, kontinuální distribuce energie, počet rtg paprsků relativně malý na vyšších energiích, vyšší na nižších energiích výkon kv při 200 až 500 ma - energetické spektrum záření kev vysokofrekvenční generátory khz detektory rtg záření vysoká efektivita - minimalizace radiační dávky velký dynamický rozsah velmi stabilní v čase necitlivé na změny teploty uvnitř zařízení pevnolátkové detektory detektory s ionizovaným plynem

7 Počítačová tomografie (7) - detektory

8 Počítačová tomografie (8) využití v diagnostice i terapii př. terapie - léčba plicního tumoru - stereotaktická radiační terapie

9 Počítačová tomografie (9)

10 Magnetická rezonance (1) zobrazování magnetickou rezonancí vynikající kontrast v měkkých tkáních vynalezena na poč. 70. let 20. st. Paul C. Lauterbur a Peter Mansfield (Nobelova cena 2003) první komerční skenery v 80. letech nejdůležítější využití (dle studie z r.1990) hlava - 40% páteř - 33% kosti a klouby - 17% tělo - 10% 1 obraz za méně než 50 ms základní kompromis mezi rozlišením, časem potřebným pro získání obrazu a poměrem (odstupem) signál - šum

11 Magnetická rezonance (2) základní princip materiály s lichým počtem protonů nebo neutronů mají slabý, ale pozorovatelný magnetický moment jaderné momenty za normální situace - náhodně orientované v silném magnetickém poli (0,2-1,5 T, i více) - uspořádané soubor magnetických momentů - magnetizace nebo spin základní myšlenka - měření momentu, když osciluje v rovině kolmé na statické pole signál NMR z lidského těla - predominantně z protonů vody MRI (magnetic resonance imaging) - prostorové variace magnetického pole - umožní rozlišit spiny podle jejich umístění použití gradientu magnetického pole - každý definovaný objem osciluje na určité frekvenci

12 Magnetická rezonance (3) více než 100 mil. klinických MRI skenů nyní každoročně - více než 20 mil. MRI skener statické magnetické pole vytvářené magnetem soubor cívek pro vytváření gradientu radiofrekvenční cívky gradienty a rf komponenty zapínány a vypínány podle přesně definovaného časového schematu nebo sekvence pulsů různé sekvence - pro extrakci různých typů dat z MR obrazů - cíl - kvalitní kontrast mezi různými typy měkkých tkání v těle

13 Magnetická rezonance (4) - blokový diagram

14 Magnetická rezonance (5) magnety pro statické pole požadavky na pole intenzivní vysoce uniformní v prostoru konstantní v čase generované elektrickým proudem nebo permanentně magnetizovanými materiály 4 různé třídy hlavních magnetů permanentní magnety elektromagnety resistivní magnety (v současnosti se používají vyjímečně pouze se slabými poli 0,02-0,06 T) supravodivé magnety kryogenně chlazené materiál - např. slitina niobu a titanu

15 Magnetická rezonance (6) 6 cívek ze supravodivého materiálu zapojeno do série průměr cívek cca 1,3 m (celková délka vinutí cívek cca 65 km) teplota cca 10 K pro niob-titan proud cca 200 A magnetické pole 1,5 T

16 Magnetická rezonance (7) gradientní cívky 3 gradientní pole (x, y, z v kartézské souřadné soustavě) kódování informace o poloze do signálu MRI umožňuje zobrazit tenké anatomické řezy elektrický odpor cca 1 Ω indukčnost cca 1 mh spínání gradientního pole 0-10 mt/m za 0,5 ms spínání proudu A za 0,5 ms napětí na cívkách (L di/dt) V výkon během spínacího intervalu cca 20 kw v náročnějších aplikacích (např. MRI srdce) pole až 4-5 mt/m za 0,2 ms i méně požadované napětí - více než 1 kv

17 Magnetická rezonance (8) radiofrekvenční cívky 2 základní účely přenos a přijímání signálů na rezonanční frekvenci protonů v těle pacienta u celotělových skenerů se statickým polem 0,02-4 T operační frekvence 0,85-170,3 MHz 1,5 T skenery - 63,86 MHz v ideálním případě - rf pole je kolmé na statické pole (směr osy z) rf pole lze lineárně polarizovat ve směru x nebo y 3 třídy cívek - pro tělo, hlavu a povrch umisťují se do prostoru mezi pacienta a gradientní cívky cívky pro tělo - válcová forma, dostatečný průměr cívky pro hlavu - menší průměr povrchové civky - pro zobrazení omezené oblasti těla - různé tvary a velikosti

18 Magnetická rezonance (9) digitální zpracování dat vzorkování detekovaného rf signálu - 1 obraz každých 5-20 ms 1 obraz - 1 Mb dat 16 bitů pro vyjádření jasu ve škále šedi jas vypočítáván pro každý pixel obrazu - odpovídá intenzitě signálu v každém voxelu objektu

19 Magnetická rezonance (10) - trendy chirurgické nástroje kompatibilní s magnetickým polem, anestetické přístroje, monitorovací zařízení

20 Magnetická rezonance (11) - angiografie

21 Magnetická rezonance (12) - hlava, patologie

22 Magnetická rezonance (13) - koleno

23 Funkční magnetická rezonance (1) technika pro zobrazování změny signálu krve pro studium toku krve a perfuze v mozku změny v neuronální aktivitě doprovázeny místními změnami v toku krve v mozku, objemu krve, okysličení krve a metabolismu tyto fyziologické změny - základ pro tvorbu funkčních map mentálních operací využití saturace nebo inverze vstupního signálu krve pro kvantifikaci absolutního toku krve změna okysličení krve během neuronální aktivity

24 Funkční magnetická rezonance (2) rozdíl mezi zdravým mozkem a mozkem po mrtvici

25 Funkční magnetická rezonance (3) sekvence mapování aktivace primárního vizuálního kortexu při vizuální stimulaci

26 Nukleární medicína (1) používání radioaktivních materiálů pro diagnostické a terapeutické účely radioaktivní látka - intravenózně, vdechnutí, polknutí poločas rozpadu - od několika minut po týdny

27 SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography) (1) kombinace konvenční nukleární medicíny a CT radioaktivně značkovaná farmaka distribuce radiofarmak závisí na biokinetických vlastnostech látky a normálním či abnormálním stavu pacienta gamma fotony emitované z radioaktivního zdroje detekovány detektory záření projekční data získávána z různých pohledů kolem pacienta obrazy SPECT - lepší kontrast, detailnější informace ve srovnání s konvenčními metodami nukleární medicíny rozdíl SPECT a PET - použité typy radionuklidů PET - C-11, N-13, O-15, F-18 - emitují pozitrony s následnou emisí dvou koincidenčních 511 kev anihilujících fotonů SPECT - standardní radionuklidy - emitují jednotlivé fotony gamma záření s nižší energií kev fotony z Tc-99m (technecium), 70 kev z Tl-201 (thalium) náklady - SPECT podstatně nižší než PET

28 SPECT (2) základ - detektory záření pole násobných scintilačních detektorů jedna nebo více scintilačních kamer hybridní scintilační detektory kombinující předchozí dva typy

29 Ultrazvuk (1) princip - přeměna magnetické, tepelné, elektrické energie v mechanickou energii nejefektivnější metoda pro lékařský ultrazvuk - využití piezoelektrického jevu různé typy uspořádání a konstrukce

30 Ultrazvuk (2) tkáně v těle - nehomogenní vyslané signály z přístroje jsou odráženy a pohlcovány tkáněmi v různé míře v závislosti na charakteru tkáně počátky lékařského zobrazování pomocí ultrazvuku - počátek 70. let 20. st.

31 Ultrazvuk (3)

32 Ultrazvuk (4)

33 Ultrazvuk (5) - echokardiografie

34 Ultrazvuk (6)

35 Pozitronová emisní tomografie (1) princip -detekce vysokoenergetických fotonů vzniklých anihilací pozitronů z izotopů emitujících pozitrony vysoká citlivost použití - pro studium neuroreceptorů v mozku a jiných tkáních

36 Pozitronová emisní tomografie (2) injekce metabolicky aktivní látky (trasovač) - biologická molekula nesoucí izotop emitující pozitron (C-11, N-13, O-15, F-18) během několika minut se izotop akumuluje v té oblasti těla, ke které má molekula afinitu např. glukóza označkovaná C-11 nebo F-18 se akumuluje v mozku nebo nádorech, pro které je glukóza primárním zdrojem energie radioaktivní jádro se poté začne rozpadat, přičemž emituje pozitron (proton se změní v pozitron a neutron) atom si udržuje atomovou hmotu, ale jeho atomové číslo se zmenší o 1 emitovaný pozitron se okamžitě kombinuje s elektronem a dojde k anihilaci vyzářená energie je rozdělena mezi 2 fotony (každý 511 kev) gamma záření detekováno polem detektorů kolem těla pacienta

37 Pozitronová emisní tomografie (3)

38 Pozitronová emisní tomografie (4)