Pohled do historie. -Wilhelm Conrad Röntgen - objev X-paprsků ,

Podobné dokumenty
Princip CT. MUDr. Lukáš Mikšík, KZM FN Motol

Přednášky z lékařské přístrojové techniky

POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE V ZOBRAZOVÁNÍ MALÝCH ZVÍŘAT ÚVOD. René Kizek. Název: Školitel: Datum:

RENTGENKY ČASU. Vojtěch U l l m a n n f y z i k OD KATODOVÉ TRUBICE PO URYCHLOVAČE

Test z fyzikálních fyzikálních základ ů nukleární medicíny

Zjistil, že při dopadu elektronů s velkou kinetickou energií na kovovou anodu vzniká záření, které proniká i neprůhlednými předměty.

Skenovací parametry. H.Mírka, J. Ferda, KZM LFUK a FN Plzeň

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast. Vlnění, optika Číslo a název materiálu VY_32_INOVACE_0301_0310 Anotace

Základy výpočetní tomografie

Konstrukce výpočetního tomografu. Jiří Ferda, Hynek Mírka Klinika zobrazovacích metod LFUK a FN v Plzni

Měření absorbce záření gama

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

- Uvedeným způsobem získáme obraz na detektoru (v konvenční radiografii na radiografickém filmu).

CT-prostorové rozlišení a citlivost z

Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Šum v obraze CT. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

Proč elektronový mikroskop?

Rentgenové zobrazovací metody

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

16. Franck Hertzův experiment

Praktikum III - Optika

Rekonstrukce obrazu. Jiří Ferda, Hynek Mírka. Klinika zobrazovacích metod LFUK a FN v Plzni

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

Radiologická klinika FN Brno Lékařská fakulta MU Brno 2010/2011

Studium fotoelektrického jevu

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

Lékařské přístroje. Diagnostické Terapeutické (včetně implantabilních) Invazivní Neinvazivní

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

4 ZKOUŠENÍ A ANALÝZA MIKROSTRUKTURY

Stručný úvod do spektroskopie

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Na základě toho vysvětlil Eisnstein vnější fotoefekt, kterým byla platnost tohoto vztahu povrzena.

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Zobrazovací systémy v transmisní radiografii a kvalita obrazu. Kateřina Boušková Nemocnice Na Františku

Zkoušení materiálů prozařováním

CT - artefakty. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Ultrazvukové diagnostické přístroje. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Teorie rentgenové difrakce

Analýza vrstev pomocí elektronové spektroskopie a podobných metod

Dual source CT. Kateřina Daníčková Theodor Adla

CT - dozimetrie. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Nebezpečí ionizujícího záření

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Zdroje optického záření

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

Radiační ochrana pojetí a interpretace veličin a jednotek v souladu s posledními mezinárodními doporučeními

HISTORIE ZOBRAZOVACÍCH METOD V MEDICÍNĚ

Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody

BBZS - Zobrazovací systémy

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

Zobrazování. Zdeněk Tošner

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Výukový program. pro vybrané pracovníky radiodiagnostických RTG pracovišť č. dokumentu: VF A-9132-M0801T1

Rozměr a složení atomových jader

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU POMOCÍ DIFRAKČNÍ METODY DEBYEOVA-SCHERREROVA NA ZPĚTNÝ ODRAZ

Aplikace jaderné fyziky

M ASARYKŮ V ONKOLOGICKÝ ÚSTAV Žlutý kopec 7, Brno

Náboj a hmotnost elektronu

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

J = S A.T 2. exp(-eφ / kt)

Charakteristiky optického záření

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

Elektromagnetické vlnění, vlny a částice

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

Úvod. Rozdělení podle toku energie: Rozdělení podle počtu fází: Rozdělení podle konstrukce rotoru: Rozdělení podle pohybu motoru:

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

C Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Ultrazvukové diagnostické přístroje. X31LET Lékařskátechnika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

POZOROVÁNÍ SLUNCE VE SPEKTRÁLNÍCH ČARÁCH. Libor Lenža Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o.

Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Nesamostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření a detekce záření (radiové vlny, neviditelné záření)

Hmotnostní spektrometrie

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

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

Otázky ke zkoušce z DIA 2012/13

Optimalizace zobrazovacího procesu digitální mamografie a změny zkoušek provozní stálosti. Antonín Koutský

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Wilhelm Conrad Röntgen

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Ing. Stanislav Jakoubek

Návrh rozsahu přejímacích zkoušek a zkoušek dlouhodobé stability. skiagrafických radiodiagnostických rtg zařízení s digitalizací obrazu.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Odměřovací zařízení

Transkript:

RTG a CT biofyzika

Pohled do historie -Wilhelm Conrad Röntgen - objev X-paprsků 11.8.1895, Nobelova cena za fyziku - 1901-1897 - první vyráběné rentgeny (plynem plněná rentgenka) - 1902 - změření vlnové délky rtg záření - 1908 - zesilovací fólie - 1913 - vakuová rentgenka s wolframovým žhavícím vláknem - 1914 - rentgenka s rotační anodou (oboje W. D. Coolidge) - 1948 - zesilovač rentgenového obrazu - 1963 - teorie počítačové tomografie - 1971 výpočetní RTG tomografie (CT RTG) - 1975-80 nepřímá digitální radiografie - 1999 přímá digitální radiografie

Úvod RTG ZS je systém aktivní. RTG ZS vytvářejí tzv. sumační obraz, tj. obraz, který vznikl společným průmětem všech orgánů jimiž prochází RTG záření na detektor. pokud se nepoužívají kontrastní látky, jedná se o tzv. prostý (nativní) obraz. Jinak se jedná kontrastní vyšetřovací metody (za použití kontrastních látek - látky, které zvyšují absorbci RTG záření). Skiagrafie technika pro získání obrazu (statického snímku). Skiaskopie získání sledu RTG obrazů (lékař sleduje obraz na stínítku/obrazovce).

Vlastnosti RTG záření Jedná se o elektromagnetické záření v rozsahu krátkých vlnových délek od 10-12 do 10-8 m (meze se mohou lišit). Fotony mohou způsobit ionizaci atomů a molekul prostředí, kterým prochází. V případě živé tkáně je zde nebezpečí nevratných změn. Poškození tkáně může být somatické (časné, určitá dávka záření) nebo genetické (pozdní, stačí i jediný foton). Pozn. Fotonu o vlnové délce l přísluší energie E = h.f, kde f je frekvence (f=c/l). Tedy: E=h.c/l. Čím menší vlnová délka, tím větší energii má foton. V atomovém světě se energie uvádí v elektronvoltech (ev, 1eV = 1,6.10-19 J). 1eV je energie, která se rovná práci nutné k přemístění jednoho elektronu mezi dvěma místy s napěťovým rozdílem 1 V. h Planckova konstanta = 6,63 10-34 J.s.

Vznik RTG záření Elektrony emitované z katody dopadají na anodu (0.6-0.8 násobek rychlosti světla), pronikají několika vrstvami atomů a ztrácí tak svoji kinetickou energii. Existují dvě základní interakce, které vedou ke vzniku RTG záření: interakce s polem jádra atomu brzdné záření; interakce s obalovými elektrony charakteristické záření; Pozn.: Přirozeným zdrojem RTG záření je záření hvězd a dalších kosmických těles, umělým zdrojem je rentgenka.

Rentgenka s rotační anodou Skleněná vakuová (až 10-6 Pa) baňka se dvěma elektrodami. Elektrony jsou emitovány z katody (žhavené vlákno proudem I H ) a díky velkému rozdílu potenciálů mezi katodou a anodou narážejí do rotující anody s velkou kinetickou energií a vyvolají vznik brzdného elmg. záření - RTG záření. Anodové napětí určuje maximální i střední energii fotonů výsledného RTG-záření (vlnovou délku a tedy spektrum). Anodový proud protékající rentgenkou určuje intenzitu RTG-záření emitovaného rentgenkou.

Rentgenka parametry Účinnost rentgenky je velmi malá (max. 1%) a velká část energie elektronů se mění na teplo (až 2500 C), které se musí odvádět. (Nejen) proto se používá rotační anoda, která zajišťuje větší odvod tepla (větší termické ohnisko). Rentgenky s vysokým výkonem je třeba chladit olej. RTM anody: rhénium-wolfram-molybden. Wolfram tvoří aktivní povrch, rhénium zvyšuje odvod tepla a molybden tvoří základ. Průměr anody je v rozmezí od 50 mm do 150 mm. Rychlost otáčení: 3000 20000 ot/min Požadavky na materiál anody: vysoké atomové číslo (počet protonů) energie zářivého toku bude větší pro materiály s větším atomovým číslem při stejném anodovém napětí a proudu rentgenky; vysoký bod tavení; vysoká tepelná vodivost; vysoká tepelná kapacita;

Rotující rentgenka - STRATON Siemens STRATON 2004 pro CT výpočetní tomografii magnetické vychylování elektronového svazku lepší chlazení díky přímému kontaktu anody s chladícím médiem

Rentgenky - shrnutí Volbou anodového napětí se mění: účinnost přeměny kinetické energie na RTG záření; celková energie zářivého toku; tvrdost spektra (mezní vlnová délka); Tvar spektra RTG záření také závisí na tvaru impulsu anodového napětí. Volbou anodového proudu se mění pouze celková energie zářivého toku RTG záření.

Primární parametrické pole modulace hustoty toku fotonů je dána prostorově závislým útlumem RTG záření. Primární parametrické pole je dvouparametrické závisí na velikosti útlumu a tloušťce materiálu?

Primární parametrické pole

Mechanismy interakce RTG záření s tkání Celá řada mechanismů: vnitřní fotoelektrický jev koherentní Rayleighův rozptyl nekoherentní Comptonův rozptyl tvorba iontových párů jaderný fotoefekt vyražení neutronu nebo protonu

Jev utvrzování RTG svazku

Zpracování a detekce RTG záření Vysoká energie fotonů RTG záření znemožňuje usměrňování RTG paprsku. Pro řízení směru RTG svazku je proto nutné použít absorpční zpracování. Proto se používají clony, kolimátory a filtry. Cílem je: - vymezit užitečný svazek RTG záření; - potlačit rozptýlené záření; - potlačit neužitečné složky spektra;

Sekundární kolimátor Sekundární kolimátor umístěn mezi snímaným objektem a rovinou obrazového detektoru RTG záření. Je tvořen mřížkou z lamel absorpčního materiálu (olovo). Mřížka směrově konverguje do ohniska rentgenky.

Filtry Používají se k úpravě spektra RTG záření. Spojité spektrum obsahuje měkké složky, které jsou absorbovány v povrchových vrstvách tkáně a neovlivňují proces zobrazení, ale pouze zvyšují radiační zátěž organismu. Velké zastoupení tvrdých složek má za následek velký podíl rozptýleného záření - zvýšení radiační zátěže obsluhujícího personálu. Filtry se vyrábějí jako tenká fólie a umísťují se do primárního svazku. Využitím materiálů s vyšším atomovým číslem (a zvětšováním tloušťky filtru) se výstupní spektrum zužuje a utvrzuje. Materiál: hliník, měď, tantal

Možnosti detekce RTG záření RTG ZS s detekční deskou: - fotografický materiál - luminiscenční stínítko - fosforová výpočetní radiografie RTG ZS s kamerou: - konvenční přístup - digitální detekce přímá vs nepřímá

Kontrastní látky v RTG subtrakční angiografie Cílem je zobrazit pouze cévní struktury (cévní strom) naplněné kontrastní látkou- DSA (Digital Subtraction Angiography). Provedeme-li zobrazení snímané scény před aplikací kontrastní látky (získáme obraz, který bývá obvykle označován jako "maska (a)) a následné zobrazení téže scény po injekční aplikaci kontrastní látky (tzv. postkontrastní obraz (b)), po subtrakci těchto obrazů obdržíme obraz pouze cévního řečiště naplněného kontrastní látkou (obraz změny ve scéně (c)).

Aplikace RTG V dnešní době mají RTG zobrazovací systémy nepřekonanou roli při zobrazování: morfologie kostí (úrazy, zlomeniny, ) plic (diagnostika TBC a jiných chorob) zubů mamografie skiaskopie srdce (RTG navádění katétru, implantace kardiostimulátoru) digitální subtrakční angiografie skiaskopie trávicího traktu (s kontrastní látkou) V ČR bylo v roce 2012 vykázáno 14 mil. vyšetření zobrazovacími metodami, z toho 59% konvenčními RTG systémy (tedy 8,26 mil. vyšetření)

Ukázky obrázků

Bezpečnost RTG zobrazovacích systémů Princip optimalizace dávek dáno ALARA (As Low as Reasonably Achiavable) dávka co nejnižší možná dávka při zachování dostatečné diagnostické informace.

Moderní RTG systémy

RTG Výpočetní tomografie CT-RTG)

Klasické RTG vs CT U klasických RTG ZS je zásadní nevýhodou převod 3D na 2D ( vytvoření sumačního obrazu tzn. ztrácíme informaci o souřadnici z). Dále je to obecně malá detekční účinnost, což vede na požadavek větší dávky RTG záření. Nízký kontrast ve scéně velká změna primárního parametru vede na relativně malou změnu v obraze. Proto byla snaha o zvýšení diagnostické hodnoty při zachování, nebo zmenšení aplikované dávky. Technologicky možné až díky zavedení počítačů do lékařské diagnostiky konec 60. let 20. století.

Historie CT Říjen 1971 první klinický tomograf Godfrey N. Hounsfield, EMI Lab. Nezávisle na něm stejný objev Allan M. Cormack, Tuffs University. Oba získali v roce 1979 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.

CT RTG zobrazovací systém

Princip CT RTG Postupně měříme útlum RTG úzce zkolimovaného (tužkového) svazku měříme jednotlivé projekce scény Soustava rentgenkadetektor se otáčí a postupně dostáváme soubor projekcí. Z projekcí jsme schopni, za pomocí matematických metod, zrekonstruovat snímanou tomografickou vrstvu.

Tomografická akvizice a souřadná soustava

Základní principy konstrukcí CT ZS CT RTG ZS: 1. generace ukončena. 2. generace ukončena. 3. generace nejpoužívanější, dále se rozvíjí. 4. generace málo používaná. 5. generace nákladná, experimentální použití. 6. generace 3.generace s technologií slip-ring. Helical CT nový přístup k akvizici dat. 3S CT - Sub Second Spiral CT. Multi-slice nové technologie pro konstrukci snímačů. Real Time 4D, Continual Imaging.

Základní principy konstrukcí CT ZS CT ZS 1. generace jeden zdroj a jeden detektor se posouvá a otáčí (cca 1 ) kolem pacienta. Paprsek prochází paralelně. Celkově se rám s detektorem a zdrojem otočí o 180. Snímací čas několik minut. Dnes už se nepoužívá. translace rotace

Základní principy konstrukcí CT ZS CT ZS 2. generace vějířovitý svazek paprsků RTG záření + mozaika detektorů (desítky). Doba snímání řádově desítky sekund. translace rotace

Základní principy konstrukcí CT ZS - 2. generace Dále se používají kolimátory pro eliminaci rozptýleného záření na straně detektorů lamelový kolimátor. Zlepšuje prostorové rozlišení odstraňuje záření, které dopadá na detektor z jiných úhlů.

Základní princip konstrukce CT ZS 3.generace

CT RTG další generace 4. generace detektory na obvodu celé gantry (pevné), rentgenka rotuje (různé způsoby) 5. generace systémy s elektronovým dělem (náhrada klasické rentgenky) Tyto systémy se dnes nepoužívají.

Slip-ring CT RTG Technologie slip-ring vede na novou generaci CT. Jelikož není omezený úhel rotace, může gantry současně vykonávat rotační a lineární pohyb v kolmém směru. Skutečná dráha se tak mění na šroubovici. Stoupání šroubovice je definování tzv. (helikálním) výškovým pitch faktorem CT.

Vícevrstvé (multi-slice) CT RTG Další zvyšování rychlosti rotace je technologicky omezené zrychlení, které působí na rotor (rentgenku) je veliké (až 20G!). Váha gantry 900kg. To vedlo na myšlenku multi-slice systémů paralelní uspořádání několika řad detektorů (v ose z). První multi-slice CT ZS byl konstruován již v roce 1992 (2-vrstvé). V současné době jsou běžné 16-ti vrstvé (TOSHIBA Aquilion 32, 64, 128 vrstvé). Maximu v dnešní době je 320 vrstev (Toshiba Aquilion ONE) Vyrábí se i v kombinaci s helical snímání několika šroubovic současně.

Dnešní vývoj Snaha sejmout celý zájmový objem na jednu rotaci (bez posunu v ose z). Dnes až 320-ti vrstvý systém. Rychlost rotace <0,3s. Systémy s dvěma rentgenkami, Výhodou je zkrácení doby akvi- zice, provádět dvouenergetické skenování a zobrazení.

Rotace gantry s rentgenkou a detektory https://www.youtube.com/watch?v=ra7sw0knvtw https://www.youtube.com/watch?v=2cwpzkuy-ne 320 vrstev v akci https://www.youtube.com/watch?v=19yantu7meg

Ukázky obrázků

Ukázky obrázků