Zobrazovací metody. Prof. MUDr. Jozef Rosina, Ph.D.

Transkript

1 Prof. MUDr. Jozef Rosina, Ph.D.

2 První jednoduché lékařské přístroje zlepšovaly smyslové vnímání Zvětšovací sklo - (13.st.), Teploměr - (17.st.), Stetoskop - (19.st.), Endoskop-(19.st.) Zásadní- přístroje zviditelňující jevy lidským smyslům skryté EKG-(20.st.), Měření krevního tlaku(19.st.) zobrazovací metody - objev RTG paprsků (1895), Rentgenka s rotační anodou - (1914), Kontrastní látky - (1922), Teoretické základy CT - (1963), konstrukce CT - (1972), vznik spirálního CT ( ) objev radioaktivity (1896), ϒ paprsky - (1900), Umělá radioaktivita - (1934), PET - (1976 po objevu FDG, poprvé v historii syntetizoval chemik prof. RNDr.JosefPacák, DrSc., na př.f.uk vroce 1968, v praxi 90. léta), zařízení spojující PETaCTdojednohopřístroje-začátek21století 1976 prvnípočítačapple1

3 Ionizující záření Alfa (2p, 2n) malý dolet, medicína(-) Beta mínus elektron, dolet mm, radioterapie Beta plus pozitron, dolet mm, PET Gama foton, dolet cm, scintigrafie, SPECT RTG záření skiaskopie, skiagrafie, CT Neionizující záření NMR rezonanční chování některých atomových jader Endoskopie díky totálnímu odrazu světla obraz tělních dutin Ultrazvuk odraz na rozhraní tkání, změna frekvence při pohybu

4 Diagnostika užívající pozitrony a gama záření je založena na rozdílném metabolizmu různých tkání, poskytuje především údaje o funkčním stavu sledované tkáně Diagnostika užívající RTG záření založena na různé absorpci RTG záření tkáněmi, poskytuje především morfologickou(anatomickou) informaci o sledované tkáni NMR je diagnostika užívající magnetické vlastnosti jader některých prvků(tkáně s vysokým obsahem vodíku) Endoskopie je založena na přenosu obrazu svazkem optických vláken Ultrasonografie je založena na odrazu mechanických vln na rozhraní dvou různých prostředí, nebo na změně frekvence vyslaného a odraženého UZ

5 Nukleární medicína záření gama a pozitrony Diagnostika pomocí otevřených radioaktivních zářičů, aplikovaných do organizmu tzv. emisní metody Podstata -radioaktivní izotopy reagují chemicky stejně jako stabilní izotopy téhož prvku tzv. indikátorový (stopovací) princip Radioaktivní izotopy se spoji s vhodnou chemickou látkou a takové sloučeniny (označené radionuklidem) lze sledovat a jejich množství měřit detektory záření gama PET, PET/CT, GAMA KAMERA, SPECT, SPECT/CT (základ u všech detektorů scintilační detektor)

6 krystal fotonásobič

7

8 Beta plus - PET První přístroj PET byl včr instalován vr. 1999

9 Hybridní systém PET/CT Vr byla v ČR instalována první hybridní aparatura PET/CT Spojení umožňuje akvizici funkčních(pet) a anatomických(ct) dat během jednoho vyšetření poskytuje obrazy tkání získané současně zobou modalit. Nejprveje pořízen topogram, který slouží k vymezení vyšetřované oblasti Poté následuje vlastní. CT vyšetření a lůžko spacientem se přesune do polohy, vníž proběhne PET scan Vposlední fázi jsou obrazy CT a PET položeny na sebe a prezentovány na společném displeji

10 Hybridní systém PET/CT Schéma PET/CT Pořízení topogramu RTG prochází pacientem útlum záření závisí na hustotě tkání anatomická data Vznik anihilačního záření pacientem množství záření závisí na funkčním stavu

11 Hybridní systém PET/CT Zhoubný nádor esovitého tračníku diagnostikovaný PET (a), CT (c) a zobrazený počítačovou fúzí obou zobrazení(b) Peroperačně potvrzený nález dokumentuje další obrázek a b c

12 Gama kamera

13 Scintigrafický snímek skeletu

14 Systém SPECT/CT zahrnuje v jedné aparatuře vedle kamery SPECT rovněž vícedetektorový počítačový tomograf(ct). Je tak možné pořídit záznam výsledku funkčního a anatomického zobrazení jedním systémem v těsném sledu za sebou.

15 Radiologie rentgenové záření Diagnostika pomocí elektromagnetických vln, vznikajících v rentgence tzv. transmisní metody Radiologie se dělí do subkategorií podle anatomické polohy a podle metody (intervenční radiologie) Podstata RTG záření prochází pacientem, dochází k útlumu v jednotlivých tkáních a orgánech Teleradiologie-přenos z jednoho místa do druhého. Snímky jsou často posílány i do jiných časových pásem, kde mají radiologové zrovna den a jsou uprostřed pracovní doby. Používá se také ke konzultaci s odborníky nebo na daný případ. K použití je zapotřebí vysílací stanice, vysokorychlostní internetové připojení a vysoce kvalitní přijímací stanice. Snímky z CT mohou být poslány přímo, protože jsou v digitálním formátu. Počítač na přijímací stanici musí mít vysoce kvalitní obrazovku, která musí projít testem a která musí být připravená ke klinickým účelům.

16 RTG záření

17 Skiagrafieje technika zobrazení lidských tkání, využívající rozdílnou hodnotu pohlcení procházejícího svazku rentgenového záření v různých tkáních Skiaskopie a angiografie umožňuje vyšetřování dynamických dějů a aplikaci kontrastních látek

18

19 CT výpočetní tomografie Princip: Výpočetní tomograf je v podstatě přístroj pro měření útlumu RTG záření v jednotlivých voxelech (objemových analogiích pixelů) v tenkých plátcích tkání Metoda měření: Svazek rentgenového záření prochází tělem a je měřen obloukem detektorů. Toto se opakuje pod různými úhly tak dlouho, dokud se nezíská dostatek informace pro výpočet koeficientů útlumu ve voxelechodpovídajícího řezu tělem pacienta. Vypočte se mapa útlumu v příčném řezu - tomogram.

20 Základem CT je mnoho klasických sumačních RTG snímků určité roviny, ze kterých je matematicky rekonstruován výsledný řez Soustava rentgenky a detektorů se otáčí kolem pacienta a zaznamenává určitý počet snímků v průběhu 360. Moderní CT - odstup snímků 1 či méně, což představuje 360 či více sumačních snímků pro každý řez Jednotlivé snímky jsou složitými matematickými postupy rekonstruovány do výsledné matice Se zvětšováním matice prudce narůstá výpočetní náročnost a také časnutnýkzískánídatatímiradiačnízátěž Výsledkem je hodnota pro každý voxel, která představuje průměrnou úroveň absorpce v objemu reprezentovaném tímto voxelem. Tato denzitní jednotka (Hounsfieldovo číslo, CT číslo) vyjadřuje absorpci záření vztaženou k absorpci vody

21 CT výpočetní tomografie Výhody CT oproti projekčnímu RTG zobrazení Mnohem vyšší kontrast 0,5% rozdíly v útlumu mohou být rozlišeny, protože je téměř úplně eliminován vliv rozptylu, měření RTG záření probíhá pod mnoha různými úhly Z toho plyne, že můžeme vidět a vyšetřovat různé měkké tkáně Anatomické struktury se vzájemně nepřekrývají Díky měření z mnoha stran dochází k menšímu zkreslení

22 CT výpočetní tomografie Zhlediska konstrukce systému zdroj záření-systém detektorů je možné rozdělit přístroje do několika generací. První generace -využívá rotačně translační pohyb, RTG záření bylo kolimováno do tenkého svazku a po průchodu pacientem snímáno jedním detektorem umístěným naproti rentgence. Po otočení o malý úhel se rentgenka i detektor lineárně posunuly. Dlouhá expoziční doba Druhá generace -také rotačně translační pohyb, zmenšil se úhel mezi jednotlivými snímky, svazek záření byl kolimován do vějíře a po průchodu pacientem detekován větším počtem detektorů, umístěných v jedné řadě naproti rentgence, klesly expoziční časy

23 CT výpočetní tomografie Třetí generace -využívá izocentrickýrotační pohyb systému rentgenka-sektor detektorů. Snímkování je prováděno po 1 až 0,5. Detektory jsou umístěny na kruhové výseči rotující spolu srentgenkou kolem pacienta v plném kruhu Čtvrtá generace - využívá rotačně stacionární systém. Detektory jsou umístěny pocelém obvodu gantry. Kolem pacienta rotuje pouze rentgenka, velmi krátká akvizice dat

24

25 CT výpočetní tomografie HelikálníCT je pokračováním CT přístrojů 3.gen., připojení snímačů se neprovádí pomocí kabelů, ale pomocí po sobě klouzajících kroužků Zavedení kontinuální rotace umožnilo plynulý posun stolu spacientem, došlo k urychlení získání snímků, je mírně nepřesné, protože data se sbírají šikmo Dále existují odvozené generace, které vycházejí z předchozích: MDCT (multi-rowdetectorct, multi-slicect) -multidetektorovéct EBCT (electron beam CT) - CT s elektronovým svazkem DSCT (dualsource CT) -CT se dvěma rentgenkami DECT (dual energy CT) - skenování dvojí energií

26

27 CT výpočetní tomografie MDCT technologie 1) souvislá akvizice dat - možnost rekonstrukce v libovolné z-pozici 2) schopnost vyšetřit dlouhé úseky v krátkém času při zachování izotropního zobrazení zvýšení počtu a uspořádání detektorů zrychlení rotace gantry adaptace rychlosti posunu stolu algoritmy získávání dat (datová interpolace) vývoj rekonstrukčních algoritmů prostorové rozlišení

28 CT výpočetní tomografie -co se změnilo? šíře a počet datových stop rychlost rotace a posunu stolu datová interpolace simultánní akvizice rekonstrukční algoritmy proudová modulace objemové rekonstrukce prostorové rozlišení izotropní zobrazení časové rozlišení rozsah a rychlost akvizice kontrast a šum radiační zátěž přehledná zobrazení objem získaných dat a nezměnilo příprava pacienta volba protokolu správné hodnocení získaných dat

29 Průměrná roční dávka z přírodního pozadí je v ČR 3-3,5 msv Průměrná roční dávka z medicínských indikací je v ČR 1 msv

30 Epidemický nárůst zobrazovacích metod v USA V červnu 2012 byla publikována studie, ve které je popisován významný nárůst používání zobrazovacích metod typu CT, PET, NMRaUSG Srovnání let 1996 a 2010 v počtech vyšetření CT: zvýšil se 3x (z 52 na 149/1000 dospělých/rok) PET: zvýšil se 12x (z 0,24 na 3/1000 dospělých/rok) NMR:zvýšil se 4x(ze 17 na 65/1000 dospělých/rok) USG: zvýšil se 2x (ze 134 na 230/1000 dospělých/rok) Vabsolutních číslech se počet CT vyšetření vusa zvýšil z3 miliónů ročně vroce 1980 na 80 miliónů vroce 2010

31 Epidemický nárůst zobrazovacích metod v USA Radiační zátěž, vyjádřena průměrnou efektivní dávkou vzrostla na hlavu z1,2 msvvr na 2,3 msvv r.2010 Odhaduje se, že nárůst aplikace ionizujícího záření zvýše uvedených zobrazovacích metod (pochopitelně mimo USG a MR) bude mít na svědomí asi 2 % ze všech onkologických onemocnění CT odpovídá za 60 % veškeré radiační zátěže v medicíně, podíl se zvyšuje Předpokládá se, že počet medicínsky neodůvodněných CT vyšetření se pohybuje mezi %

32 Expozice(UaI)ovlivňujíkvalituobrazu-kontrastašumaabs.dávku, (nižší hodnoty U nižší penetrace, větší rozdíl mezi absorpcí jednotlivých materiálů, vyšší kontrast, nižší hodnotyi pokudnevadíšumachcemesnížitdávku) Kolimace ovlivňuje prostorové rozlišení a rychlost vyšetření Faktor stoupání (pitch) posun stolu jedné úplné otáčky čím nižší, tím kvalitnější datové pole, ale větší radiační zátěž, vyšší při rychlých vyšetřeních, méně pohybových artefaktů, menší při přesných vyšetřeních Perioda rotace nižší hodnota zrychluje vyšetření, snižuje dávku, ale také kvalitu Shrnutí všechny uvedené faktory spolu souvisí, je třeba zvážit jakou potřebujeme kvalitu, rychlost a radiační zátěž 1. Nižší rad. zátěž: kv a mas, kolimace pitch perioda rotace 2. Kvalitnější obraz: mas, kolimace, pitch perioda rotace 3. Zrychlení vyšetření: kolimace pitch periody rotace

33 Nesmíme zapomenout i na rozvoj pokročilých zobrazovacích technik, jdoucí až na hranice současných technických možností v zobrazování molekul, buněk a tkání. jsou to zejména techniky elektronové mikroskopie Jaký je princip transmisního elektronového mikroskopu? Zrychlený, usměrněný proud elektronů emitovaný zdrojem je veden vakuem a probíhá tenkým mikroskopovaným vzorkem - zde se využívá toho, že se část elektronů odráží od atomů a molekul tvořících hmotu vzorku. Jejich opětovným soustředěním pomocí magnetové čočky se vytváří stínový obraz mikroskopovaného vzorku. K jeho zviditelnění se u zdokonalených typů elektronových mikroskopů využívá stejného principu, na jehož základě vzniká obraz na monitoru počítače

34 Transmisní elektronový mikroskop se skládá ze čtyř hlavních částí: 1. tubusu s elektronovou optikou, 2. vakuového systému 3. nezbytné elektroniky 4. zdroje vysokého napětí pro zdroj elektronů.

35 Rastrovací neboli skenovací elektronový mikroskop je přístroj určený k pozorování povrchů. Jedná je o určitou obdobu světelného mikroskopu, kde světelné paprsky nahrazuje elektronový svazek a obraz je tvořen sekundárními nebo odraženými elektrony. Výhodou této metody je dále generování dalších signálů, při interakci primárního svazku se vzorkem, jako např, rtg. záření, Augerovyelektrony, katodoluminiscence, které nesou mnoho dalších informací. Při jejich detekci je možné určit např. prvkové složení preparátu v dané oblasti a při porovnání s vhodným standardem určit i kvantitativní zastoupení jednotlivých prvků. Zjednodušené schéma skenovacího elektronového mikroskopu je na (obr. 10). Zdrojem elektronů je ve špičce tubusu je přímo žhavené wolframové vlákno. Vzhledem k tomu, že v SEM je požadován větší emisní proud, je třeba po každém zapnutí mikroskopu zkontrolovat vystředění katody a žhavit ji přesně do nasyceného stavu. Rozlišovací schopnost u SEM do značné míry závisí na průměru zfokusovanéhosvazku primárních elektronů dopadajících na povrch preparátu a hodnota tohoto průměru je zase výrazně ovlivněna průměrem katody. Proto rozlišovací schopnost přístrojů s wolframovou přímo žhavenou katodou se pohybuje mezi 10 až 15 nm.[4]

36 Děkuji za pozornost

37

38

39