1

Kliničko inženjerstvo

2013/2014Dejan Popović, dbp@etf.rs

Metode medicinskog slikanja

SLIKA DOBIJENA RENTGEN APAPATOM

slika je dobijena na filmu kao rezultat propuštenog X-zračenja

2

SLIKA DOBIJENA KOMPJUTERSKOM TOMOGRAFIJOM (CT SKENER)

slika pokazuje sive tonove (koeficijenti apsorpcije tkiva)

SLIKE DOBIJENE PRIMENOM MAGNETSKE REZONANCIJE

slika pokazuje gustinu vodonikovih atoma u tkivu

3

SLIKA DOBIJENA PRIMENOM GAMA KAMERE

slika pokazuje koncentraciju radiofarmaka u tkivu

SLIKA DOBIJENA PRIMENOM ULTRAZVUKA

slika pokazuje refleksiju ultrazvucnih talasa na mestima promene tkiva

4

Interakcije elektromagnetskog zračenja sa materijalom

X (Rentgensko) zračenje

META

FILM OSETLJIV NA X ZRAKE

∑µ=µ=

=

=

µ−

µ−

n

1iii

L0n

L01

LL,eII

eII 11

SLABLJENJE PRI PROLASKU ZRAČENJA KROZ MATERIJAL

5

Rö cev

KATODA

OBRTNA ANODA

HLAĐENJEGREJANJE KATODE

ANODNI NAPON

ZRAČENJE

Rentgenski snimak fraktureRentgenski snimak pri promeni kontrasta - posmatranje krvnih

sudova (angiografija)

6

SISTEM ZA KOMPJUTERSKU TOMOGRAFIJU:

CT SKENER

KOMPJUTERSKA TOMOGRAFIJA – CT Skener

7

Princip formiranja slike primenom CT skeniranja

H - H

- = K

vodepleks

vodepleks µµ1000 x

- = H

vode

vode

µµµ

Na 66 KeV je µpleks-µvode=0.024 cm-1, a µvode=0.197 cm-1.µ tkiva se dobija množenjem broja K sa merenim H

Tkivo Specifična masa

ρ [g/cm3]

Koeficijent atenuacije

µ [cm-1]

Atenuacija u odnosu na vodu

∆µ/µvode [%]

Voda 1 0.205 0

Krv 1.034 0.214 4.3

Mišič srca 1.04 0.212 3.4

Masno tkivo 0.93 0.190 -7.8

Grudi 0.97 0.189 -8.4

Bela masa mozga

- 0.215 4.8

Siva masa mozga

- 0.213 3.9

Meningiom 1.05 0.214 4.3

8

V

VHµ

µ−µ= )(1000

Kontrast na slici može da se popravi ograničavanjem opsega Haunsfeldovih (H) brojeva koji se posmatraju

V

VHµ

µ−µ= )(1000

Primer:

80 – Bela boja

40 – Crna boja

9

Primena CT tomografije za anatomsko

posmatranje krvnih sudova

Crvene strelice pokazuju veliku aneurizmu na abdominalnoj aorti. Prednji pogled je na levom panelu, a pogled sa strane na desnom panelu.

Primer primene CT skeniranja: posteriorna slika skočnih zglobova sa naznakom slojeva koji su prikazani na desnoj slici (prikazani su samo neki slojevi)

10

GE Imatron C300 EBT

Aneurizma

11

Medicinska slika bazirana na nuklearnojmagnetskoj rezonanci (NMR)

(MRI – Medical Resonance Imaging)

Snimanje primenom magnetske rezonancije

12

INTERAKCIJA MAGNETSKOG POLJA JEZGRA ATOMA

I MAGNETSKOG POLJA

Magnetski momenti slobodnih jezgara koji imaju spin 1/2 (levo), i orijentacija magnetskog momenata elementarnih čestica istog materijala u spoljnom magnetskom polju indukcije B0 (desno).

Eksitacija. Ako je materijal u spoljnom magnetskom polju, to polje ćeizazvati da se elementarni magnetski momenti M orijentišu. Ovamagnetizacija će biti ugaono pomerena od pravca spoljašnjeg polja B(paralelno osi Oz). Obeležimo ovaj ugao sa α. Isti rezultat se dobija ako sena materijal primeni radio frekvencijski (RF) impuls na rezonantnojučestanosti sa širinom impulsa T = α/K, gde je K konstanta.

Vektor M rotira oko ose Oz Larmourovom brzinom. Izbor širine paketa RFtalasa utiče na ugao α, (prikaz uglova α = π/2, i α = π).

13

Emisija. Kada se ukine magnetsko polje magnetizacija počinje da se vraća ka Oz osi. To indukuje MRI signal u prijemnom kalemu koji je postavlja normalno na ravan vektora magnetizacije.

Preciznije, pojedinačni magnetski moment počinje da bude van faze, pa neto efekat u ravni xOz opada. To opadanje je po eksponencijalnom zakonu sa vremenskom konstantom T1. Amplituda takođe opada, ali po eksponencijalnom zakonu sa konstantom T2.

Opadanje po zakonu

ee A= A -t/T-t/T 210

Da bi se formirala slika od značaja jeprecizna lokalizacija mesta.

Određivanje položaja pojedinih tačaka jebazirano na određivanju položajainterakcije centra atoma-nukleusa iprimenjenog magnetskog polja.

Lokalizacija je obezbeđena gradijentnimmagnetskim poljima u ortogonalnimpravcima.

14

Za objašnjenje formiranja MRI slike koristi se koncept voksela i piksela. Uzorak određene zapremine tkiva je poznat kao element zapremine ili voksel. Niz voksela formira sloj slike. Debljina ovog sloja slike je određena debljinom voksela. Površina jedne strane voksela se naziva element slike ili piksel. Voksel određuje MRI signal, a na dvodimenzionalnoj slici predstavlja ga odgovarajući piksel.

Aortna disekcija

15

Funkcionalna magnetska rezonacija (fMRI) : slika pokazuje superpoziciju koncentracije obeleženog kiseonika na sliku dobijenu magnetskom rezonancijom (koncentraicje vodonikovih atoma)

Slika koja potiče od nuklearnog

zračenja (radiofarmak)

Prati se prostorni raspored radiofarmaka (SCINTIGRAM) primenom Angerova (gama) kamere.

Moguće je posmatrati statiku, ali pratiti i dinamiku prostiranja radiofarmaka.

16

• ββββ- raspad: hemijski elementi koji podležu β- raspadu, a pogodni su za korišćenje u medicinske svrhe su: 99Tc –Tehnicijum, 131J i 123J – Jod, 201Tl – Talijum, 133Xe –Ksenon (gas), 81Kr – Kripton (gas)

SPECT sistem

ββββ+ raspad: hemijski elementi koji podležu β+ raspadu su β+

emiteri, a od značaja za nuklearnu medicinu su: 15O –Kiseonik, 13N – Azot, 11C – Ugljenik, 18F – Fluor

Oslobađa se jedan pozitron, koji se sa elektronima iz okolnih atoma anihilira, pri čemu se oslobađa par fotona energije 511 KeV pod uglom od 1800:

PETPET sistem sistem (Positron Emission Tomography)

Slika na osnovu nuklearnog zraćenja

Angerova gama kamera

Energetski opseg 40 – 460 KeV

Brzina odabiranja (max.)

220 kcps

sa gubicima od 20 %

Prečnik kristala 390 mm

debljina kristala9.5mm (3/8 in)

12.5mm (1/2 in)

Broj PMTs 61

raspored heksagonalni

Proizvođač: SMVModel: DS7

17

Angerova gama kamera

Kolimator

Scintilacioni kristal NaI(Tl)

Fotomultiplikatori

Poziciona logika

0 0 0

0 0 0

0 0 0

Algoritam za vizuelizaciju

0 0 0

0 1 0

0 0 0

x

y

18

565 4907 5821 6532 6649 6413

6073 5049 4681 4410 4234 4107

4018 3952 3808 3591 3114 3023

2952 2934 2751 2618 2325 2216

19

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

JETRA

ŽUČ

BUBREG

Slika dobijena merenjem eha ultrazvuka

20

FETUS – 9 NEDELJA

EHO PREGLED

FETALNI KRVOTOK NA KOLOR DOPLERU

3D slike dobijene ultrazvukom

21

Ultrazvučna sonda

Karakteristike prostiranja ultrazvuka u tkivima

c = Sv

F =

v

p = ZC ρ

22

Merenje primenom B moda – dvodimenzionalno merenje

TM (time-motion) mod

23

Merenje brzine protoka krvi primenom Doplerovog efekta (ultrazvuk)

Doplerov efeka t: promena učestanosti talasnog kretanja pri različiim brzinama kretanja izora i detektora

Primena ultrazvuka za praćenje rada krvotoka u srcu i rada srca