HY 571 - Ιατρική Απεικόνιση ιδάσκων: Kώστας Μαριάς
1. Εισαγωγή
Ιατρική Απεικόνιση
Κλασική ακτινολογία Ηλεκτρονική λυχνία A D B C
Πυρηνική ιατρική δέκτης σπινθηριστής
Υπερηχοτοµογραφία
Υπολογιστική τοµογραφία
ΜRI PD Τ2
Ανάλυση Ιατρικής Εικόνας
Ανάλυση Ιατρικής Εικόνας εν υπάρχει «βέλτιστη» απεικόνιση
Ανάλυση Ιατρικής Εικόνας «Ευθυγράµµιση» ιατρικών εικόνων
3 Ανάλυση Ιατρικής Εικόνας
3 Ανάλυση Ιατρικής Εικόνας
2. Ακτίνες Χ
Κλασική ακτινολογία V Πηγή υψηλής τάσης A Ηλεκτρονική Λυχνία Νήµα ηλεκτρονικής λυχνίας Ηλεκτρόνια Ακτίνες-Χ Άνοδος ιάταξη παραγωγής ακτινών Χ
Κλασική ακτινολογία Ηλεκτρονική λυχνία Τα βασικά µέρη ενός συστήµατος ακτινογραφίας και η δηµιουργία της. Το Α αντιπροσωπεύει ένα φωτόνιο που απορροφήθηκε, το Β πέρασε χωρίς αλληλεπίδραση A B C D Πλέγµα αντι-σκέδασης από τα σκεδαζόµενα φωτόνια C και D µόνο το πρώτο περνά το πλέγµα αντισκέδασης
Κλασική ακτινολογία z x y N dx dy µ (x,y,z) Απλό µοντέλο σχηµατισµού της ακτινογραφίας δείχνοντας τη διαδροµή που ακολουθούν τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα (σκεδαζόµενα) φωτόνια I(x,y) dx dy
Κλασική ακτινολογία Υπολογισµός κοντράστ οστών και µαλακού ιστού y I m (x,y) I b (x,y) x < I I I xray m µ m ( x, y, z) dz µ 0 = e > e µ ( x, y, z) dz = e m = 0.8352 I I µ b ( x, y, z) dz b µ 0 = e = e b = 0.6187 C = (0.8352-0.6187) 0.8352 x 100% 25%
Κλασική ακτινολογία Σηµαντικές παράµέτροι της ακτινολογικής απεικόνισης: Ποιότητα εικόνας Κοντράστ και διακριτική ανάλυση όση ακτινοβολίας και θόρυβος
Ποιότητα εικόνας: ΜΤF Κλασική ακτινολογία MTF 1.0 0 10 Spatial Frequency (10-3 cycles/m)
HY 673 - Ιατρική Απεικόνιση Ποιότητα εικόνας: PSF
Κλασική ακτινολογία Κοντράστ και διακριτική ανάλυση µ 1 t µ 2 x I 1 3 Το «κοντράστ» µπορεί να οριστεί ως: C= (I1 I2)/ I1 x I 2 2 C = Nε( E,0) Ee Nε( E,0) Ee ( µ ) x 1 e ) 2 µ 1 µ 1 t ( µ 1) x µ t 1 (1 + R) ( µ 2 1 e = 1+ R
Κλασική ακτινολογία C = 1 ( µ 2 µ 1) x e Κοντράστ συµπεράσµατα 1+ R Το κοντράστ εξαρτάται: 1. από τις διαστάσεις της παθολογίας, 2. τη σκέδαση 3. τη διαφορά ανάµεσα στους συντελεστές εξασθένισης των δυο ιστών. Το τελευταίο είναι ίσως το πιο σηµαντικό αφού κατά κάποιο τρόπο καθορίζει τις δυνατότητες και τα όρια της διαγνωστικής ακτινολογίας!
Κλασική ακτινολογία Οι συντελεστές εξασθένισης είναι συνάρτηση της ενέργειας 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00 1,00E+01 1,00E+02 1,00E+04 Energy ( MeV) µαλακός ιστός φλοιϊκό οστό ιστός µαστού φαιά ουσία µ/ρ (cm 2 /g) 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 C 1 e = 1+ R ( µ 2 µ 1) x Το κοντράστ 100% όσο µεγαλύτερη είναι η διαφορά των συντελεστών εξασθένισης µ2-µ1 Άρα «συµφέρει» η απεικόνιση µε χαµηλότερες ενέργειες Αυτό όµως συνεπάγεται κάποια προβλήµατα!!!
Κλασική ακτινολογία Προβλήµατα απεικόνισης σε χαµηλές ενέργειες: Η απορρόφησή της από τους ιστούς αυξάνεται (αφού µ ) µε αποτέλεσµα της αύξησης της δόσης στον ασθενή. Η µέση ενέργεια της δέσµης ακτινών Χ αυξάνεται καθώς αυτή διαπερνά τους ιστούς (αφού η απορρόφηση των φωτονίων χαµηλής ενέργειας είναι ευκολότερη), µε αποτέλεσµα τη µείωση του κοντράστ. Αύξηση του χρόνου απεικόνισης (π.χ. εµφάνισης του φιλµ) αυξάνει το κοντράστ µιας και µειώνεται το φαινόµενο της κβαντικής διακύµανσης. Όµως και πάλι, αυξάνεται η δόση στον ασθενή. Υπάρχει συµβιβασµός ανάµεσα στο κοντράστ και στη δόση στον ασθενή
Κλασική ακτινολογία όση ακτινοβολίας στον ασθενή µ 1 t µ 2 x x I 2 I 1 2 3 Η δόση ακτινοβολίας που απαιτείται για να επιτύχουµε κοντράστ C σε µια παθολογία επιφάνειας Α η οποία καλύπτεται από θόρυβο βάθους, προερχόµενο αποκλειστικά από κβαντική διακύµανση
Κλασική ακτινολογία όση ακτινοβολίας στον ασθενή C= (I1 I2)/ I1 σήµα = I A = I 1 C A = C ΑΝεΕ µ e 1t (1 + R) θόρυβος = E(I 1 A/E) ½ =E[NεA µ e 1t (1+R)] ½ ( ) 1 e C = 1+ R ( µ 2 µ 1) x SNR= C [NεA µ (1+R)] ½ ( µ 1 ) x = 1 e 2 µ µ t [NεA / (1+R)] ½ e 1t e 1 SNR 2 = ( 1 2 µ x) NεAe 1+ R µ t µ = µ2-µ1 η ελάχιστη δόση στον ασθενή πρέπει να αντιστοιχεί στην ελάχιστη τιµή k(συνήθως k=5) του SNR για το οποίο η παθολογία µπορεί να γίνει αντιληπτή από τον άνθρωπο
Κλασική ακτινολογία όση ακτινοβολίας στον ασθενή Εξισώνοντας k =SNR και λύνοντας ως προς τον αριθµό των φωτονίων Ν (στον ασθενή ανά µονάδα επιφάνειας)έχουµε: µ N= k2 (1 + R) e 1t /[ε ( µ x)2 x2] Οπότε η δόση στον ασθενή υπολογίζεται ως το γινόµενο της ακτινοβολίας (ενέργεια επί αριθµό φωτονίων) µε το συντελεστή απορρόφησης-µάζας µεη/ρ (ρ η πυκνότητα): δόση= (µεη/ρ) E Ν Ε = 50 kev, ε = 0.3, x= 1 mm, k = 5, µ 1 = 22.6 m -1, (µ En/p ) = 0.004m 2 kg -1, µx = 0.03, (1 + R) = 3 and t = 0.2m Ν = 2.6 x 10 13 photons/m 2 Και επιφανειακή δόση 0.8 mgy.
Κλασική ακτινολογία όση ακτινοβολίας στον ασθενή-συµπεράσµατα Η δόση αυξάνεται δραµατικά µε το µέγεθος του αντικειµένου που απεικονίζεται, εποµένως αν υπάρχουν περιορισµοί στη δόση και κοντράστ θα υπάρχει περιορισµός στις διαστάσεις µικρών παθολογιών που µπορούν να γίνουν αντιληπτές!!! Το µοντέλο του σχήµατος 7 είναι απλοποιηµένο και ότι στην πράξη ο δέκτης δεν είναι ιδανικός, οπότε η διαδικασία απεικόνισης περιλαµβάνει επιπρόσθετο θόρυβο Τυπικές δόσεις για ακτινολογικές εξετάσεις είναι 1.2 mgy για µαστογραφία και 0.3 mgy για ακτινογραφία θώρακα.