Kuvantamismenetelmät

SISÄLLYS

Röntgenkuvaus 2

Tietokonetomografia 4

Isotooppikuvaus 5

Ultraäänikuvaus 6

Magneettikuvaus 7

Lähteet 8

RÖNTGENKUVAUS

Röntgensäteily on lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus

vaihtelee 0.001-10 nanometrin välillä. Röntgenputki koostuu hehkukatodista,

tyhjiöputkesta sekä anodimateriaalista. Hehkukatodin kuumetessa siitä irtoaa

elektroneja, jotka törmätessään anodimateriaaliin vapauttavat sähkömagneettista

säteilyä. Röntgensäteilyä tuotetaan yleisimmiten antamalla suurinopeuksisten

elektronien törmätä anodiaineeseen, jolloin osa elektronien liike-energiasta

vapautuu röntgensäteilynä, jota syntyy kahdella tavalla. Ensinnäkin elektronin

törmätessä anodimateriaaliin se

hidastuu merkittävästi ja

vapauttaa jarrutussäteilyä.

Toisin sanoen elektronin liike-

energia muuttuu enemmän tai

vähemmän sähkömagneettisen

säteilyn kvantin energiaksi.

Kuvan röntgensäteilyn spektrin

jatkuva osa ilmentää

jarrutussäteilyä, ja elektronin

kiihdytysjännitteen kasvaessa myös sen alaraja pienenee (kuvassa x-akselilla

vasemmalle).

Röntgensäteilyä syntyy myös ominaissäteilynä, joka syntyy elektronien

ionisoidessa anodimateriaalin atomeja. Toisin sanoen, elektronit irrottavat

anodimateriaalin atomien sisäkuorilta elektroneja. Menetetyt elektronit paikataan

siirtämällä ulommilta kuorilta elektroneja vanhojen tilalle, jolloin elektronin

viritystila muuttuu, ja syntyy sähkömagneettista säteilyä. Ominaissäteily on aineelle

ominaista, ja sillä on ainekohtaiset taajuudet. Kuvassa ominaissäteily näkyy piikkeinä

röntgensäteilyn spektrissä.

Lääketieteessä röntgensäteilyä suodatetaan, jotta sen pienienergisimmät

kvantit poistuisivat, sillä ne eivät osallistu merkittävästi kuvanmuodostukseen. Ilman

suodatusta nämä kvantit absorboituisivat potilaaseen, joka on terveysriski.

Vaimennus suoritetaan asettamalla sopivasta materiaalista tehty levy

röntgenputken ikkunan eteen, joka päästää lävitseen vain suurienergisimmät

kvantit.

Röntgensäteily imeytyy eri kudoksiin eri tavalla. Rasva,- sekä ilmapitoinen

keuhkokudos läpäisevät säteitä hyvin, joka näkyy tummina alueina röntgenkuvassa.

Luukudos absorboi säteitä ja näyttää sen takia

vaalealta – jolloin murtumat ja poikkeamat on

helppo havaita. Kuvassa pitkälle levinnyt

lymfooma eli imusolmukesyöpä on kyetty

havaitsemaan valkoisena täplänä normaalisti

mustalla keuhkokudosalueella. Kuvan tarkkuuteen

vaikuttaa anodin koon lisäksi myös hilan käyttö,

joka vähentää sironneen säteilyn aiheuttamaa

epätarkkuutta.

Röntgensäteily ei ole haitatonta

potilaalle. Vapautuva sähkömagneettinen säteily

on haitaksi etenkin sikiöille ja kuvantamisessä käytetyt varjoaineet, jotka parantavat

kuvan kontrastia, rasittvat munuaisia varjoaineen poistuessa virtsateitä pitkin.

Tavallisimmin kuvataan luunmurtumia, keuhkoja sekä hampaistoa. Röntgenkuva on

helppo ja saatavuudeltaan erinomainen – se onkin yleensä ensimmäinen asia, jota

tehdään, kun elimistön sisältä on saatava tietoa.

TIETOKONETOMOGRAFIA (TT)

Kuten röntgenkuvaus, myös tietokonetomografia perustuu röntgensäteilyyn.

Poikkeuksena edelliseen mainittakoon se, että kohde kuvataan useasta suunnasta ja

kuva muodostetaan tietokoneen avulla poikittaisiksi tasoiksi, leikekuviksi.

Tarkkuutta voidaan parantaa käyttämällä varjoainetta, jolloin ne alueet, joissa

varjoainetta on, näkyvät vaaleina.

Tietokonetomografian etu on se, että voidaan saada tarkka

näytteenotto kohteesta jonne ei

pääse ultraääniohjauksella, jota

rajoittavat elimistön kaasutaskut.

Tyypillisesti tutkitaan esimerkiksi

aivoverenvuodon syitä, vastan

kasvaimia sekä aortan

pullistumia.

Tietokonetomografia, eli TT-

kuvaus, on myös tärkeä syövän

toteamisen työkalu.

TT –kuvauksesta

saatu säteilyannos vatsan kuvauksessa on merkittävä, noin 12mSv, joka vastaa noin

kolmen vuoden keskimääräistä säteilysaantia. Kuitenkin edut ovat suuret; kivuton ja

tarkka kuvaus on hyvin luotettava, ja esimerkiksi kuvan mikroverenvuoto aivoissa on

kyetty havaitsemaan ainoastaan pienenä pisteenä keskellä väliaivoja. Kuitenkin

potilaan liike haittaa usein kuvien laatua, eikä näin saada parhaita mahdollisia

tuloksia.

ISOTOOPPIKUVAUS

Isotooppikuvaus perustuu kudokseen siirtyneen ja siitä säteilevän gammasäteilyn

havaitsemiseen joko paikallaan olevalla tai liikkuvalla gammakameralla. Kameran

liikkuessa puhutaan tomografiasta, jossa pyörivä gammailmaisin mittaa jatkuvasti

elimestä tulevia säteilykvantteja.

Ennen toimenpidettä potilaalle annetaan radioaktiivista isotooppiia,

yleisimmiten teknetium 99:sää, jonka etenemistä elimistössä voidaan seurata siitä

emittoituvasta gammasäteilystä. Kameran tuikekiteet havaitsevat säteilyn, joka

aiheuttaa kiteissä valonvälähdyksiä. Saatu tieto kootaan tietokoneelle, ja ihminen

kyetään kuvata 3-15mm:n siivuissa mistä tahansa kulmasta tahansa. Tomografinen

isotooppikuvaus sopii hyvin paksujen elinten, kuten maksan, tutkimiseen. Myös

sepelvaltimotaudin etenemistä ollaan voitu tutkia varjoaineen lähettämän

gammasäteilyn voimakkuudesta; huonokuntoiset valtimot lähettävät heikommin

säteilyä koska niissä veri virtaa tehottomammin, ja alue näkyy kuvassa sen takia

tummempana.

Isotooppikuvauksen sovelluksena voidaan käyttää radioaktiivisten

aineiden beetaplus-hajoamista, jossa ytimen hajotessa syntyy positroni. Positroni

törmää nopeasti väliaineen elektroniin ja tapahtuu annihilaatio, jossa syntyy kaksi

gammakvanttia, jotka sinkoavat törmäyksestä toisiinsa nähden vastakkaisiin

suuntiin. Kohteen

ympärillä olevat

vastakkaiset anturit

kykenevät ainoastaan

havaitsemaan samaan

aikaan saapuneet

gammakvantit, jolloin

kuva muodostuu

tietokoneelle.

ULTRAÄÄNIKUVAUS

Ultraääni on mekaanista aaltoliiketta, eli akustista värähtelyä jonka taajuusalue on

ihmisen kuuloalueen ulkopuolella. Ero sähkömagneettiseen säteilyyn on se, että

ultraääni tarvitsee edetäkseen väliaineen – tässä tapauksessa kudoksen. Osuessaan

väliaineeseen ultraääntä heijastuu, taipuu sekä siroaa. Kuitenkin Snellin lain mukaan

sen taajuus pysy samana. Ultraäänen periaate on, että kudosten sekä elinten

rajapinnoista heijastuva ääni havaitaan ja sen perusteella lasketaan kohteen etäisyys

ja muodostetaan kuva.

Ultraäänen aallon tuottaa

yleensä piioksidi, jolla on pietsosähköisiä

ominaisuuksia, kuten jännite-eron

muodostuminen voiman vaikutuksesta.

Pietsosähköiset aineet myös värähtelevät,

kun niihin kytketään muuttuva sähkökenttä

– joka tässä tapauksessa lähtee etenemään

kudoksen ultaääniaaltona.

Helpoin ultraäänen tuottamistapa on pulssittaminen, jossa sama anturi

sekä lähettää pulsseja että myös mittaa niistä heijastuvia kaikuja. Pulssitetun

hoitomuodon etu on myös se, että pulssitettuna kudosten lämpiäminen ei häiriste

kuvausta – pulssin ollessa jatkuva kudos lämpenee, joka vaikuttaa mittaustuloksiin.

Ultraääntä voidaan mitata neljällä tavalla: amplitudi,- kirkkaus,- liike,-

sekä Doppler-menetelmillä. Amplitudimittaus perustuu puhtaasti lähetetyn sekä

vastaanotetun pulssin aikaeron mittaamiseen, kun äänen nopeudet eri väliaineissa

tunnetaan. Kirkkausmenetelmässä heijastuvan aallon voimakkuus kuvataan

harmaansävyinä, jossa voimakkaimmat kaiut näkyvät vaaleina. Liikemenetelmä on

yleisin, jonka periaate on sama kuin kirkkausmenetelmässä, mutta elinten liikkeet

näkyvät reaaliajassa. Doppler –menetelmässä mitataan sen sijaan loittonevien ja

lähestyvien kappaleiden aiheuttamia taajuuseroja.

Ultraäänikuvaus vaatii hyvän kontaktin ihoon, jota auttamaan käytetään

aaltoja kudoksiin välittävää geeliä. Jos tutkittava kohde on syvemmällä, vältetään

kuvaa häiritseviä kaasu,- sekä luukohtia. Esimerkiksi sydämen ultraäänitutkimus

suoritetaan kainalon alapuolelta – ei kohtisuoraan rintakehästä. Muita yleisiä

ultraäänitutkimuksia ovat vatsan sekä kohdun UÄ-tutkimukset, joissa pyritään

havaitsemaan sappikiviä sekä raskauden astetta.

MAGNEETTIKUVAUS (MRI)

MRI, eli magnetic resonance imaging, kykenee tuottamaan erittäin tarkkoja kuvia

ilman ionisoivaa säteilyä. Magneettikuvauksen signaali syntyy atomin ytimessä, jolla

on magneettisia ominaisuuksia – kuten kompassineulalla. Elimistössä runsaasti

esiintyvällä vety-ytimellä

on siis magneettinen

momentti, jolla on suunta

ja suuruus. Ennen

ulkoisen kentän

kytkemistä magneettiset

vektorit osoittavat

satunnaisiin suuntiin, mutta kun ne astuvat kuvauslaitteen voimakkaaseen

magneettikenttään, ne järjestäytyvät joko sen suuntaisesti tai päinvastoin. Ytimet

ovat jatkuvassa pyörimisliikkeessä, ja niiden ollessa magneettikentän suuntaisia

ollaan saavutettu tasapainotila.

Signaalin synnyttämiseksi saatua tasapainotilaa on järkytettävä. Potilasta

ympäröi kela, joka toimii sekä radiotaajuisen energian lähettimenä että

vastaanottimena – kuten antenni. Kelan johtaessa energiaa kudokseen magneettiset

vektorit poikkeutuvat asemastaan 90 astetta, jonka jälkeen pulssi katkaistaan ja

systeemi luovuttaa ylimääräisen absorboimansa energian kelalle, joka aloittaa

kuvanmuodostuksen. Riippuen siitä, tehdäänkö painotus vaaka- tai pystysuunnassa,

kuva on joko musta- tai valkopainotteinen. Ilma ja kova luu ovat kuvissa mustina,

sillä ne eivät anna signaalia magneettikuvauksessa.

MRI-kuvauksessa potilaalla ei saa olla

tahdistimia tai mitään metallinkappaleita, jotka

voisivat mahdollisesti vuorovaikuttaa

magneettikentän kanssa. Magneettikuvaus on lisäksi

saatavuudeltaan vain harvojen herkkua – sen

saatavuus on rajoitettua ja yleensä tarvitaan

erikoislääkärin lähete. MRI on kuitenkin parhaita

käytössä olevia diagnoosimenetelmiä ja se ei altista

potilaita säteilylle. Magneettikuvaus on erityisen

herkkä havaitsemaan muutoksia luissa sekä nivelissä,

ja onkin sen takia reumapotilaiden suosiossa.

LÄHTEET

Kirjallisuus:

GALENOS - ihmiselimistö kohtaa ympäristön (2006) WSOY Pro

Epione valmennus, fysiikka 2013 (2012) Epinova kustannus

Internet:

http://www.medicinenet.com/mri_scan/article.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging

http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/xrays.html

http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray

http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_tomography

http://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasound

http://www.medicalnewstoday.com/articles/245491.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ray

Kuvat:

https://www.google.fi/search?q=r%C3%B6nthen+spectrum&source=lnm

s&tbm=isch&sa=X&ei=zraDUq

http://krinstudio.com/wp-content/uploads/2012/03/xRay.jpg

http://www.duodecimlehti.fi/web/guest/arkisto?p_p_id=Article

https://www.google.fi/search?q=PET&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=urGLUpOK

NYSZ4gTs64DAAg&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1920&bih=930#q=Positron+emission+

tomography&tbm=isch&facrc

https://www.google.fi/search?q=ultra%C3%A4%C3%A4ni&tbm=isch&tbo=u&source

=univ&sa

https://www.google.fi/search?q=ultra%C3%A4%C3%A4ni&tbm=isch&tbo=u&source

=univ&sa=X&ei=3wONUrzJKoel4ASr6YGgBQ&ved=0CFgQsAQ&biw=1920&bih=930#

q=magnetic+momentum&tbm=isch&facrc=_&imgdii=_&imgrc=UwXeHkNfQmWNIM

%3A%3BYTaVO3A

http://www.google.fi/imgres?imgurl=&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.healthline.c

om

https://www.google.fi/search?q=x+rays+art&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=th2

NUp-mL-

GD4gTnv4GYDA&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1920&bih=930#facrc=_&imgdii=_&imgr

c=6xT7hB4lNAY7sM%3A%3BGYIDlZzdCnaNvM%3Bhttp%253A%252F%252Fdata2.wh

icdn.com

https://www.google.fi/search?q=x+rays+art&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=th2

NUp-mL-

GD4gTnv4GYDA&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1920&bih=930#facrc=_&imgdii=_&imgr

c=YhWUAtsF8dDdwM%3A%3BsZ8Wux2wyIxzGM%3Bhttp%253A%252F%252Fmartin

gallerycharleston.com%252Fimages%252Fddb_133_chili_1_d.jpg%3Bhttp%253A%2

52F%252Fmartingallerycharleston.com%252Fsmorgasbord.html%3B317%3B380

https://www.google.fi/search?q=x+ray+machine&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei

=76WNUq6cBqOL4ASnpoFI&sqi=2&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1920&bih=930#facrc

=_&imgdii=_&imgrc=rKREzZ3ycTcFrM%3A%3BOgutbXjVVuu4WM%3Bhttp%253A%2

52F%252Fimage.made-in-china.com%252F2f0j00BMlEuASbrZoU%252FMedical-

High-Frequency-X-Ray-

Equipment.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fmtlkgroup.en.made-in-

china.com%252Fproduct%252FvqpJSQbrXKVk%252FChina-Medical-High-Frequency-

X-Ray-Equipment.html%3B1073%3B794