Φυσική της Ακτινοδιαγνωστικής Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής Ιατρικό Τµήµα, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας
Willem Röntgen Ηπρώτη του εικόνα 1895
Η απεικονιστική αλυσίδα 8 Στάδια Απεικόνισης 1. Πηγή: λυχνία ακτίνων Χ 2. Αντικείµενο: ασθενής 3. Συλλογή: φακός 4. Σύλληψη: φιλµ, κάµερα 5. Επεξεργασία: χηµική, ηλεκτρική, ψηφιακή 6. Αποθήκευση: φιλµ, αρχείο υπολογιστή 7. Μετάδοση: καλώδιο, σήµα, υπολογιστής 8. Εµφάνιση: οθόνη, τύπωµα
ΚΛΑΣΙΚΗ και ΕΠΕΜΒΑΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑ (ΜΑΣΤΟΓΡΑΦΙΑ - ΑΓΓΕΙΟΓΡΑΦΙΑ) Aκτινολογία: η ειδικότητα της ιατρικής επιστήµης που χρησιµοποιεί ιοντίζουσες ακτινοβολίες (και µη ιοντίζουσες π.χ υπέρηχοι) µε σκοπό τη διάγνωση (αλλά και την θεραπεία, π.χ. Ακτινοθεραπεία) διαφόρων βλαβών και ασθενειών. ιαγνωστική Ακτινολογία: η εκτίµηση της κατάστασης των ανθρώπινων ιστών (τόσο της φυσιολογικής ανατοµίας όσο και παθολογικών ανωµαλιών που προκαλούνται από διάφορες ασθένειες) µε τη βοήθεια στατικών ή δυναµικών ακτινολογικών εικόνων. Στο σύνολό τους οι ακτινολογικές πράξεις βασίζονται στη παραγωγή ακτίνων Χ από την Ακτινολογική λυχνία.
Απεικόνιση µε συµβατικές ακτίνες Χ Οι ανατοµικές δοµές εξοβελίζουν φωτόνια από την δέσµη. Η πληροφορία κωδικοποιείται ως µεταβολή του αριθµού των πρωτονίων της προσπίπτουσας δέσµης. Αλληλεπίδραση διαγνωστικών ακτίνων Χ µε την ύλη ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ. Εξασθένιση = απορρόφηση και διάχυση. Προσεγγιστικά Εκθετική. N o Προσπίπτοντα Φωτόνια Υλικό Εξασθένισης ιερχόµενα Φωτόνια N = N o exp (- m t) Πάχος = t µ= Γραµµικός Συντελεστής Εξασθένισης
Απεικόνιση µε συµβατικές ακτίνες Χ Γραµµικός Συντελεστής = Μαζικός Συντελεστής x φυσική πυκνότητα Εξασθένησης Εξασθένησης m = m m x ρ m m για το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο Z 3 Ιστοί Z eff Πυκνότητα (gm/cm 3 ) Οστό 11.6 1.75 Λίπος 6.3 0.92 Μυς 7.4 1.00 Η διαφορά µεταξύ Z eff για οστά & µαλακούς ιστούς δηµιουργεί την αντίθεση εικόνας (11.6) 3 = 1561, (6.3) 3 = 250, (7.4) 3 = 405
Οι συντελεστές εξασθένισης σε µονάδες cm 2 / gm παρουσιάζονται σε: Οστά (bone), µυς (muscle), λίπος (fat) και ιώδιο (iodine.) Τα οστά έχουν υψηλότερο ατοµικό αριθµό και προκαλούν υψηλότερη απορρόφηση στις χαµηλές ενέργειες. Σε υψηλότερες ενέργειες, όπου το φαινόµενο Compton είναι κυρίαρχο, οστά, λίπος και µυς προκαλούν την ίδια απορρόφηση για πάχος µετρούµενο σε gm / cm 2.
ΛΥΧΝΙΕΣ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ Πηγή ακτίνων Χ Βραχίονας µετακίνησης λυχνίας ιαφράγµατα Ορισµού πεδίου Κλίνη Ασθενούς
Λυχνία Coolidge: Η λυχνία είναι ένας αερόκενος σωλήνας (πίεση <10-6 mmhg) µε δύο ηλεκτρόδια, την κάθοδο και την άνοδο. Από ένα νήµα βολφραµίου που υπάρχει στην κάθοδο, παρέχονται µε θέρµανση, ηλεκτρόνια τα οποία ευρισκόµενα σε µια διαφορά δυναµικού επιταχύνονται (µε την υψηλή τάση) και προσκρούουν στην άνοδο (στόχο). Η κάθοδος είναι µε τέτοιο τρόπο σχεδιασµένη ώστε να εστιάζει την δέσµη των ηλεκτρονίων που προσκρούουν στην άνοδο. Η άνοδος είναι κατασκευασµένη από δύστηκτο µέταλλο, συνήθως βολφράµιο. Η τάση µεταξύ ανόδου καθόδου είναι πάντα αρκετά υψηλή ώστε όλα τα παραγόµενα ηλεκτρόνια να προσπίπτουν στην άνοδο. Η πρόσκρουση των ηλεκτρονίων στην άνοδο παράγει φωτόνια λόγω του φαινοµένου πέδησης και τα οποία αποτελούν την διαγνωστική δέσµη. Πηγή ακτίνων Χ ~ ΚΑΘΟ ΟΣ Νήµα 150 kv - + Στόχος ΑΝΟ ΟΣ
Φάσµα ακτίνων Χ Χαρακτηριστικές ακτίνες Χ Τα χαµηλότερης ενέργειας φωτόνια απορροφώνται µε την βοήθεια ενός φίλτρου από αλουµίνιο (Al) και µε αυτόν τον τρόπο δηµιουργούν φραγµό στην ακτινοβολία η οποία επειδή είναι πολύ µαλακή απορροφάται από το δέρµα και δεν συνεισφέρει στον σχηµατισµό της εικόνας. Σχετική Ένταση Συνεχές Φάσµα ακτίνων Χ (Bremsstrahlung) Το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο δηµιουργεί αιχµές ενέργειας καθώς τα επιταχυνόµενα ηλεκτρόνια στην λυχνία, συγκρούονται µε τροχιακά ηλεκτρόνια στο υλικό της ανόδου και εκπέµπεται χαρακτηριστική ακτινοβολία Χ (συνήθως από την στιβάδα Κ) Ενέργεια ακτίνων Χ (kev)
Ακτινογραφικοί Παράγοντες Οι ακτινογραφικοί παράγοντες επηρεάζουν την ποσότητα και την ποιότητα της ακτινοβολίας και κατά συνέπεια την εικόνα. 3 βασικοί παράγοντες: ma το ρεύµα στο εσωτερικό της λυχνίας ακτίνων Χ (ηλεκτρόνια) kvp η διαφορά δυναµικού στα άκρα της λυχνίας (επιτάχυνση ηλεκτρονίων) χρόνος χρόνος έκθεσης Xαρακτηριστικά ακτινογράφησης υψηλήτάση (kv) ένταση ( ma ), χρόνος έκθεσης ( sec) Η υψηλή τάση αντιστοιχεί σε διεισδυτικά φωτόνια Η ένταση σε συνδυασµό µε τον χρόνο έκθεσης είναι ανάλογη µε την ποσότητα των εκπεµποµένων φωτονίων
Πυκνότητα, αντίθεση και ποιότητα εικόνας (αµαύρωση), Γενικοί Κανόνες Επιλογή ακτινογραφικών παραγόντων ma ελέγχει την πυκνότητα της εικόνας πυκνότητα αµαύρωσης στο φιλµ. ma πυκνότητα kvp ελέγχει αντίθεση και πυκνότητα kvp αντίθεση εικόνας & πυκνότητα χρόνος ελέγχει την πυκνότητα της εικόνας χρόνος πυκνότητα την ποιότητα λόγω της πιθανής κίνησης του ασθενούς
Πληροφορία: Σκιαγραφικά: Ακτινογράφηση: Ακτινοσκόπηση: διαφορά στην ένταση εξερχοµένων ακτινών Χ αύξηση απορρόφησης ακτινών Χ από τους ιστούς (π.χ ιώδιο αγγειογραφία) φιλµ φθορίζων πέτασµα ή οθόνη Παράθυρο εξόδου κεφαλής -> φίλτρο (αλουµινίου ή χαλκού) απορρόφηση φωτονίων µικρής ενέργειας ιάφραγµα (µεταβλητές διαστάσεις, διαµόρφωση του πεδίου) Αντιδιαχυτικό διάφραγµα (bucky) (πλέγµα αποµάκρυνσης σκεδαζόµενων φωτονίων.
Παραγωγή ακτίνων-χ Ακτινολογική Λυχνία Κάθοδος Ανοδος Ακτίνες Χ
Λυχνίες ακτίνων Χ Υάλινο περίβληµα Παράθυρο από Βηρύλλιο Στόχος (Ti, Ag, Rh,) Υψηλή Τάση δέσµη ηλεκτρονίων νήµα Ανοδος από χαλκό Μόνωση σιλικόνης
Κάθοδος Ανοδος Παλαιού Τύπου Λυχνία Ακτίνων Χ
Λυχνίες ακτίνων Χ Άνοδος
Πυράκτωσηανόδου λυχνίας ακτίνων Χ λόγω της πρόσπτωσγςτων ηλεκτρονίων
Tungsten, Z w = 74, T melt = 3300 ºC Ταχύτητα περιστροφής ~ 1000 rpm κάθοδος άνοδος διάφραγµα λυχνίας
Μεγέθυνση καθόδου λυχνίας ακτίνων Χ 1 Νήµα µεγάλης εστίας 2 Νήµα µικρής εστίας 3 Πλάγια όψη καθόδου
Η αρχή λειτουργίας της διαγνωστικής ακτινολογίας περιλαµβάνει: την διαπέραση µιας επικεντρωµένης δέσµης ακτίνων Χ µέσα από το υπό εξέταση όργανο και την δηµιουργία µιάς εικόνας επάνω στο φιλµ ή σε µια οθόνη
ΑΚΤΙΝΕΣ Χ έσµη ακτίνων Απορρόφηση Σκέδαση ιέλευση (1 %)
Λυχνία Ακτίνων-Χ ΑΝΤΙ ΙΑΧΥΤΙΚΟ ΙΑΦΡΑΓΜΑ (σχάρα) διαχεόµενη ακτινοβολία απ ευθείας ακτινοβολία Παράλληλες Μεταλλικές Λωρίδες
Αντιδιαχυτικό Grid Σηµαντικό ποσοστό αντιδράσεων Compton για τις ενέργειες της µαστογραφίας: E p (37-50% του συνόλου των φωτονίων). Το grid εστιάζεται στην πηγή ακτινοβόλησης. Μείωση των σκεδαζοµένων φωτονίων που φθάνουν µέχρι το φιλµ ~ 5 φορές Αναγκαιότητα για µεγαλύτερο χρόνο έκθεσης µαστός µολύβδινη σχάρα ανιχνευτής
Φιλµ Προστατευτικό στρώµα ζελατίνης Βάση ( ιαφανής πολυεστέρας) (200 micrometers) Γαλάκτωµα µε φωτοευαίσθητο υλικό (AgBr σε ζελατίνη) (20 micrometers) Λανθάνουσα εικόνα -> Επεξεργασία -> Εµφάνιση Αξιολόγηση -> ιαφανοσκόπιο
Οπτική πυκνότητα ή αµαύρωση OD = log Bo B Bo --> Ένταση προσπίπτουσας δέσµης φωτός, Β --> ιερχόµενη ένταση φωτός Καµπύλη Αµαύρωσης φιλµ ( Χαρακτηριστική καµπύλη ) Film γ Αντίθεση (Contrast) = OD2-OD1 Ευαισθησία του φιλµ: Ανάλογη της κλίσης της χαρακτηριστικής καµπύλης γ = OD 2 log E 2 OD1 log E1 υπολογίζεται στην ευθεία της καµπύλης
Contrast Καµπύλη Αµαύρωσης φιλµ ( Χαρακτηριστική καµπύλη )
Αντίθεση Θέµατος Αντίθεση Εικόνας Αντίθεση Αντικειµένου
όση και Ποιότητα Εικόνας
όση και Ποιότητα Εικόνας 3 10 3 ROSE W0MAN 1.2 10 4 9.3 10 4 7.6 10 5 3.6 10 5 2.8 10 7
Εικόνα Ναρκίσσου σε 5 και 20kV 5 20 Gilardoni et al. Radiology-Electromedicine
Τα απεικονιστικά συστήµατα χαρακτηρίζονται: 1. ιακριτική Ικανότητα Αντίθεσης Η δυνατότητα να εντοπίζονται µικρές αλλαγές στην εξασθένηση, π.χ. Χαµηλή αντίθεση, αµυδρά αντικείµενα. Αυξάνεται µε την αύξηση της έντασης του σήµατος και την µείωση του θορύβου. 2. Χωρική ιακριτική Ικανότητα Η δυνατότητα απεικόνισης µικρών αντικειµένων, λεπτοµερειών. Αυξάνεται όσο η διασπορά του σηµείου εντύπωσης στο απεικονιστικό µέσο γίνεται µικρότερη. 3. Χρονική ιακριτική Ικανότητα Η δυνατότητα διακοπής της κίνησης και του ελέγχου της κίνησης. Αυξάνεται µε την µείωση του χρόνου έκθεσης και την αύξηση του ρυθµού καταγραφής λήψεων.
Ακτινογραφία οργάνου µε χρήση µικρής εστίας Οργανο ελέγχου χωρικής διακριτικής ικανότητος Ακτινογραφία οργάνου µε χρήση µεγάλης εστίας
Παράδειγµα υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας (High Spatial Resolution) µε υψηλής αντίθεσης εικόνα (High Contrast Resolution image) (BROEGEL)
Παράδειγµα υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας (High Spatial Resolution) µε χαµηλής αντίθεσης εικόνα (Low Contrast Resolution image) (VAN GOGH)
Παράδειγµα χαµηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας (Low Spatial Resolution) µε χαµηλής αντίθεσης εικόνα (Low Contrast Resolution image) (MONET)
Πρέπει να υπάρχει οπτικό/φωτεινό πεδίο εντόπισης της περιοχής ενδιαφέροντος. Η σύµπτωση του πεδίου ακτινοβόλησης και του φωτεινού πεδίου πρέπει να είναι καλύτερη από +/- 2% της απόστασης εστίας-συστήµατος αποτύπωσης εικόνας. Το πεδίο ακτινοβολίας πρέπει να περιορίζεται µόνο στην περιοχή του ενδιαφέροντος ή το πολύ στις διαστάσεις του συστήµατος αποτύπωσης εικόνας, µειωµένο περιµετρικώς κατά 1 cm. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΑΚΤΙΝΟΓΡΑΦΗΣΗΣ
Όρθιο bucky µε 3 θαλάµους ιονισµού Η έκθεση πρέπει να ελέγχεται µόνο από τη θέση του χειριστηρίου, εκτός από τις ειδικές διαγνωστικές τεχνικές, κατά τις οποίες το προσωπικό πρέπει να φοράει προστατευτικές ποδιές και γάντια. Πρέπει να γίνεται προσεκτικός έλεγχος των παραµέτρων λειτουργίας της λυχνίας και σωστή επεξεργασία των φιλµ, για την αποφυγή των άσκοπων επαναλήψεων. Συνιστάται η ύπαρξη µηχανηµάτων αντιγραφής ακτινογραφιών, ώστε να είναι δυνατή η χορήγηση αντιγράφων στους εξεταζόµενους, όταν τούτο είναι αναγκαίο.
Συµβατική Ακτινογραφία Χεριού Ακτινογραφία Θώρακα Αρθριτικό Υγιές
Ακτινογραφίες
Ακτινοσκόπηση TV CAMERA ή CCD ARRAY (για ψηφιακή απεικόνιση) Ενισχυτής Εικόνας Λυχνία Ακτίνων Χ Επιτρέπει δυναµική απεικόνιση των αγγείων (αγγειογραφία) και «επεµβατικές» διαδικασίες CONTROL
υναµικές εικόνες οι οποίες καταγράφουν τις κινήσεις των οργάνων (όπως ο γαστρεντερικός σωλήνας ή η ροή ενός υλικού αντίθεσης µέσα από τις φλέβες) µπορούν να γίνουν µε την χρήση της Ακτινοσκοπικής τεχνικής.
Ακτινοσκόπηση Η δέσµη κατευθύνεται σε φθορίζον πέτασµα ή σε ενισχυτή εικόνας. Ο ενισχυτής εικόνας πολλαπλασιάζει τα φωτόνια που πέφτουν πάνω στην είσοδο του. Η εικόνα µπορεί να προβληθεί σε οθόνη ή να καταγραφεί και σε video.
Πολλά βιολογικά συστήµατα ή όργανα δεν είναι ορατά µε τις καθιερωµένες ακτινογραφικές τεχνικές. Μπορούν να γίνουν όµως ορατά µε την κατάποση, χορήγηση ή εισπνοή διαφόρων υλικών αντίθεσης (contrast media). π.χ βαριούχο γεύµα ή υποκλυσµός, µυελογραφία, αγγειογραφία.
ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΑΚΤΙΝΟΣΚΟΠΗΣΗΣ Απαγορεύονται οι ακτινοσκοπικές εξετάσεις χωρίς τη χρήση συστήµατος ενισχυτή εικόνας. Η λυχνία των ακτινών Χ, το σύστηµα διαφραγµάτων και ο ενισχυτής εικόνας πρέπει να είναι συνδεδεµένα µόνιµα κατά τέτοιο τρόπο ώστε κατά την ακτινοσκόπηση, η χρήσιµη δέσµη να περιορίζεται εντός των ορίων του ενισχυτή εικόνας για οποιαδήποτε απόσταση εστίας ενισχυτή εικόνας.
ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΑΚΤΙΝΟΣΚΟΠΗΣΗΣ Πρέπει να υπάρχει ποδοδιακόπτης ή χειροδιακόπτης λειτουργίας της ακτινοσκόπησης που ενεργοποιείται µόνο όταν πιέζεται (τύπου dead-man). Η ελάχιστη απόσταση εστίας-δέρµατος πρέπει εκ κατασκευής της συσκευής να είναι 40 cm. Πρέπει να υπάρχει πέτασµα που αποτελείται από εφιππεύοντα τεµάχια µολυβδούχου ελαστικού για διευκόλυνση της ψηλάφησης. Το πέτασµα αυτό πρέπει να προσφέρει θωράκιση ισοδύναµου πάχους 0.5 mm µολύβδου και οι διαστάσεις του να µην είναι µικρότερες από 45 x 45 cm. Επιβάλλεται η χρήση ατοµικού προστατευτικού εξοπλισµού όπου απαιτείται (ποδιά, γάντια, γυαλιά κλπ)
C-arm µε ενισχυτή εικόνας
Μαστογραφία
ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΑΣΤΟΓΡΑΦΙΑΣ Στις µαστογραφίες πρέπει να χρησιµοποιείται ειδικό µηχάνηµα µε λυχνία ειδικού διαγνωστικού τύπου κατάλληλου για µαστογραφίες η οποία να διαθέτει άνοδο και φίλτρο από Μολυβδένιο. Οι τάσεις λειτουργίας πρέπει να καλύπτουν τουλάχιστον την περιοχή από 24 έως 35 kvp. Το πεδίο ακτινοβολίας προς την πλευρά του θωρακικού τοιχώµατος πρέπει να περιορίζεται στο σύστηµα αποτύπωσης εικόνας (κασέτα) και να µην το υπερβαίνει περισσότερο από 5 χιλιοστά.
ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΑΣΤΟΓΡΑΦΙΑΣ Η ελάχιστη απόσταση εστίας - συστήµατος αποτύπωσης εικόνας πρέπει εκ κατασκευής να είναι τουλάχιστον 60 cm. Πρέπει να υπάρχει κατάλληλο, κινούµενο πίεστρο για την συµπίεση του µαστού. Πρέπει να υπάρχει κατάλληλο αντιδιαχυτικό διάφραγµα τύπου χαµηλής δόσης. To σύστηµα αποτύπωσης εικόνας (film-ενισχυτική πινακίδα) πρέπει να είναι υψηλής ευαισθησίας, χαµηλής δόσης, εκτός περιπτώσεων που είναι ιατρικά απολύτως αιτιολογηµένες. Οι κασέτες πρέπει να είναι τύπου χαµηλής δόσης
Επεµβατική Ακτινολογία Είναι µία µη χειρουργική θεραπεία ενός µεγάλου αριθµού ασθενειών που χρησιµοποιεί την ακτινοσκόπηση ώστε να οδηγούνται ειδικοί καθετήρες, ή µπαλονάκια δια µέσου των φλεβών και άλλων οργάνων. Αγγειοπλαστική (balloon angioplasty), για την διάνοιξη αρτηριών. Καθετηριασµός των σαλπίγγων Θροµβολύσεις (thrombolysis), που διαλύει αιµατικούς θρόµβους Αγγειογράφος
Digital Subtraction Angiography DSA (Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία) Τα αιµοφόρα αγγεία συχνά απορροφούν τόση ακτινοβολία όσο και οι γειτονικοί ιστοί. Γι αυτόν τον λόγο δεν ξεχωρίζουν εύκολα από αυτούς Εγχύονται σκιαγραφικά µέσα στα αιµοφόρα αγγεία (ιωδιούχα) Ο οφθαλµός δεν είναι ικανός να διακρίνει διαφορές στην αντίθεση µικρότερες από 3%
Digital Subtraction Angiography DSA (Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία) ιαδικασία του DSA Μία αρχική εικόνα ακτίνων Χ λαµβάνεται µε την βοήθεια του ενισχυτή εικόνας Το σήµα το προερχόµενο από την κάµερα της τηλεόρασης ψηφιοποιείται και αποθηκεύεται στον υπολογιστή. Το σκιαγραφικό υλικό εγχύεται στις αρτηρίες Η αρχική εικόνα πριν την έγχυση σκιαγραφικού υλικού (mask) αφαιρείται από τις µετέπειτα εικόνες (παρουσία σκιαγραφικού). Οι τελικές εικόνες περιέχουν πλέον, µόνο πληροφορία σχετικά µε την θέση του σκιαγραφικού υλικού. Καθ όσον το σκιαγραφικό υλικό γεµίζει τα αγγεία, οι παραγόµενες εικόνες εµφανίζουν µόνο τα αγγεία. Τα οστά τα οποία προκαλούν παραµορφώσεις της εικόνας έχουν εξαφανισθεί µε την ψηφιακή αφαίρεση. Η διαφορές σε ένταση (Ι) µπορούν να αυξηθούν σε τέτοιο βαθµό που ο οφθαλµός να είναι σε θέση να διακρίνει τα αιµοφόρα αγγεία στην εικόνα. Η ποιότητα της εικόνας µειώνεται αν ο ασθενής µετακινείται.
Digital Subtraction Angiography DSA (Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία)
Αγγειογραφία
Αγγειογράφος Ενισχυτής εικόνας Monitors Λυχνία Προστατευτικά πετάσµατα
ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΕΜΒΑΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΣ Στην επεµβατική ακτινολογία πρέπει να χρησιµοποιούνται κατάλληλα ειδικά σχεδιασµένα ακτινολογικά συστήµατα. Εκτός από τις απαιτήσεις των ακτινογραφικών και ακτινοσκοπικών συστηµάτων τα συστήµατα επεµβατικής ακτινολογίας θα πρέπει να ικανοποιούν τις παρακάτω απαιτήσεις: Η λυχνία παραγωγής ακτινών Χ πρέπει να είναι κάτω από το τραπέζι του εξεταζοµένου και ο ενισχυτής εικόνας από πάνω. Η λυχνία και ο ενισχυτής εικόνας θα συνδέονται µε βραχίονα που θα επιτρέπει κινήσεις και περιστροφές σε όλες τις διευθύνσεις. Πρέπει να υπάρχει µόνιµα ενσωµατωµένο σύστηµα µέτρησης του ρυθµού δόσης και της ολοκληρωµένης δόσης κατά την ακτινολογική επεµβατική διαδικασία. Η συνολική δόση από την ακτινοσκόπηση, κινηµατογράφηση (cine) ή/και ακτινογράφηση (spot) πρέπει να αναγράφεται στο σύστηµα µετά το πέρας της εξέτασης και να καταγράφεται στο αρχείο του εξεταζοµένου.
Πρέπει να υπάρχει χρονόµετρο για τη µέτρηση του χρόνου λειτουργίας της λυχνίας, ο δε συνολικός χρόνος ακτινοσκόπησης ή/και κινηµατογράφησης πρέπει να καταγράφεται στο αρχείο του εξεταζοµένου. Πρέπει να υπάρχει σύστηµα αυτόµατης ρύθµισης της παροχής της λυχνίας (Automatic Exposure Control) ώστε να επιτυγχάνεται βέλτιστη απεικόνιση και σταθερός ρυθµός δόσης στην είσοδο του ενισχυτή εικόνας ανεξάρτητα από τα φυσικά χαρακτηριστικά του εξεταζοµένου και τις λειτουργικές και γεωµετρικές παραµέτρους του ακτινολογικού συστήµατος. Πρέπει να υπάρχουν προστατευτικά πετάσµατα οροφής από µολυβδύαλο ή/και τροχήλατα πετάσµατα µε παράθυρο παρατήρησης από µολυβδύαλο για την προστασία του προσωπικού. Το κρεβάτι πρέπει να διαθέτει όπου απαιτείται - συστήµατα ακινητοποίησης εξεταζοµένων.
Αρχή Λειτουργίας Αξονικού Τοµογράφου
Αξονική Τοµογραφία
Αξονική Τοµογραφία
Υπολογιστική Τοµογραφία 1974: 80 x 80 pixels τοµές πάχους 13 mm 2000: 1024 x 1024 pixels ελικοειδής σάρωση From: W.A. Kalender, CT, 2000, MCD Verlag
Αρχή Λειτουργίας Αξονικού Τοµογράφου 3ης γενεάς. Μία λυχνία ακτίνων Χ µε διάφραγµα λεπτής δέσµης και σειρά ανιχνευτών είναι τοποθετηµένοι αντιδιαµετρικά σε ένα κινούµενο τροχό (gantry).
CAT Detectors Υπολογιστική Τοµογραφία Computed Tomography (CT) CAT Scanner Η περιστροφή δίδει πολλαπλές προβολές Λυχνία Ακτίνων Χ Λεπτή δέσµη («βεντάλια») Ακτίνων Χ Συστοιχία ανιχνευτών (κεραµικά εµποτισµένα µε σπάνιες γαίες και φωτοδιόδους) Ασθενής (σταθερός)
Λυχνία ακτίνων Χ Σειρά ανιχνευτών
Ελικειδής Αξονικός Τοµογράφος Helical CT Λυχνία Ακτίνων Χ Συνεχής περιστροφή λυχνίας ενώ ο ασθενής κινείται διαµέσου της οπής του CT Κίνηση Τραπεζιού Ανιχνευτές Πολύ ταχύτερη σάρωση από ότι ο απλός τοµογράφος
Οστά Κάθε συστατικό (οστά, λίπος, κ.λ.π.) εµφανίζει διαφορετικό συντελεστή απορρόφησης των ακτίνων Χ και κατ επέκταση διαφορετικό αριθµό CT (HU) νερό λίπος Μαλακοί ιστοί αέρας Αριθµοί CT για διάφορα είδη ιστών
ΛΥΧΝΙΑ Υπολογιστική Τοµογραφία Computed Tomography (CT) ανατοµική δοµή µε σχετικό συντελεστή εξασθένισης ΛΥΧΝΙΑ 30 30 10 10 10 30 20 10 30 30 40 20 Σχετική Εκθεση στον ανιχνευτή.
Λυχνία Υπόθεση: Ο ασθενής αποτελείται από 4 pixels µόνο. Αν οι ακτίνες σάρωσης είναι 4 (2 κάθετες και 2 οριζόντιες) τότε µετρούµε ότι οι εξερχόµενες εντάσεις είναι π.χ. (αυθαίρετες τιµές) 15, 9, 13, 11. Λυχνία???? 15 9 Ανιχνευτές Ερώτηση: Είναι αρκετές αυτές οι 4 τιµές να προσδιορίσουν έναν και µοναδικό ασθενή ή χρειάζονται και άλλες µετρήσεις (σαρώσεις); 13 11 Ανιχνευτές
Λυχνία Λυχνία 10 5 3 6 = 15 = 9 Ανιχνευτές 11 4 2 7 = 15 = 9 Ανιχνευτές 13 11 Ανιχνευτές 16 18 13 11 Ανιχνευτές
Λυχνία I a = I 0 e -(µ 1 +µ 3 )x Λυχνία Ι0 Ι0 Ι0 Ι0 µ1 µ2 µ3 µ4 Ιc Ιd Ανιχνευτές I b = I 0 e -(µ 2 +µ 4 )x I c = I 0 e -(µ 1 +µ 2 )x I d = I 0 e -(µ 3 +µ 4 )x Ιa Ιb Ανιχνευτές X: µήκος πλευράς pixel I 0 : προσπίπτουσαέντασηακτινοβολίας Ι a : Εξερχόµενηέντασηακτινοβολίας µ: συντελεστής εξασθένησης
Ι0 Λυχνία Ι0 lni a = lni 0 -(µ 1 +µ 3 )x Λυχνία Ι0 Ι0 µ1 µ2 Ιc µ3 µ4 Ιd Ανιχνευτές lni b = lni 0 -(µ 2 +µ 4 )x Ιa Ιb lni c = lni 0 -(µ 1 +µ 2 )x Ανιχνευτές lni d = lni 0 -(µ 3 +µ 4 )x
Ι0 Λυχνία Ι0 µ 1 +µ 3 = [lni 0 lni a ]/x Λυχνία Ι0 Ι0 µ1 µ2 Ιc µ3 µ4 Ιd Ανιχνευτές µ 2 +µ 4 = [lni 0 lni b ]/x Ιa Ιb µ 1 +µ 2 = [lni 0 lni c ]/x Ανιχνευτές µ 3 +µ 4 = [lni 0 lni d ]/x
Παραθυροποίηση εικόνων αξονικής τοµογραφίας θώρακος Για µια συγκεκριµένη ίατρική ερώτηση, επιλέγεται µια περιοχή της κλίµακος Hounsfield, επιλέγοντας το εύρος της W και το κέντρο της C. Τυπικές τιµές «παραθύρων (a) C = 500, W = 2000 (παράθυρο οστών), (b) C = -500, W = 1500 (παράθυρο πνεύµονα) και (c) C = 0, W = 300 (παράθυρο µαλακών ιστών).
Μεταλλικά «artifacts» τα οποία οφείλονται σε σφραγίσµατα δοντιών
Οβελιαίες τοµές µέσω ανακατασκευής εικόνων θώρακα
Χρησιµοποιώντας συµβατικό CT, µια µικρή βλάβη (παριστάνεται µε µαύρες βούλες) µπορεί να ευρίσκεται ακριβώς µεταξύ 2 τοµών. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα χαµηλή αντίθεση της βλάβης. Χρησιµοποιώντας ελικοειδές CT, υπάρχει δυνατότητα να κατασκευαστεί µια τοµή η οποία να είναι πάνω στην βλάβη και έτσι να αποφευχθεί το φαινόµενο.
Χρήση CT στην Ακτινοθεραπεία Ηακτινοθεραπεία έχει ιδιαίτερες απαιτήσεις για την λήψη Αξονικής Τοµογραφίας: Ο ασθενής ευρίσκεται σε θέση θεραπείας Λαµβάνονται πλήρεις τοµές για τον υπολογισµό της δόσης Λαµβάνονται τοµές σε σηµεία αναφοράς
Αξονική Τοµογραφία
Αξονική Τοµογραφία
Αξονική Τοµογραφία
Αξονική Τοµογραφία
Αξονική Τοµογραφία
Εικόνα Κοιλίας CT Εγκάρσια τοµή (εικόνα από τα πόδια προς το κεφάλι) Ηπατικές Μεταστάσεις
Τυπικές ακτινογραφικές εικόνες αξονική τοµογραφία (CT) Ακτινογραφία θώρακος µαστογραφία
Τυπικές δόσεις κατά τις Ακτινοδιαγνωστικές εξετάσεις Βαριούχα γεύµατα Ουρογραφία Αξονική κρανίου Αγγειογραφία εγκεφάλου Οσφυϊκή Μοίρα Σ.Σ. Κοιλία Χολοκυστογραφία Θωρακική Μοίρα Σ.Σ. Ακτινοσκόπηση Θώρακος Λεκάνη / Ισχίο Μαστογραφία Πυελοµετρία - CT Αυχενική Μοίρα Σ.Σ. Κρανίο Άκρα / Αρθρώσεις Ακτινογραφία θώρακος Οδοντιατρικά Αγγειογραφία καρδιάς Βαριούχος Υποκλυσµός CT σώµα Ενεργή δόση (msv) 0 2 4 6 8 10 12
Απεικόνιση Ακτίνες Χ Η εικόνα αντιπροσωπεύει µια χαρτογράφηση των συντελεστών εξασθένησης των ακτίνων Χ από τον ιστό. Υπέρηχοι Η εικόνα αντιπροσωπεύει µια χαρτογράφηση των αλλαγών στην ακουστική εµπέδηση των ιστών. Ραδιοισότοπα Η εικόνα αντιπροσωπεύει την εσωτερική την εσωτερική λειτουργική κατανοµή ενός εισερχόµενου ραδιοφαρµάκου. Μαγνητική Τοµογραφία Η εικόνα αντιπροσωπεύει µια χαρτογράφηση της πυκνότητος πρωτονίων σταθµισµένη µε τους πυρηνικούς χρόνους χαλάρωσης σε σχέση µε τα διάφορα µοριακά περιβάλλοντα.
Ασφάλεια Μέθοδος Τύπος ακτινοβολίας Σχόλια Απεικόνιση ακτίνων Χ Ραδιοϊσοτοπική Σάρωση } Ιοντίζουσα Ακτινοβολία Μεγάλη προϊστορία βλαβών Στοχαστικές βλάβες Αυστηρή Νοµοθεσία (ΕΕΑΕ). Υπέρηχοι MRI } Μη Ιοντίζουσα Ακτινοβολία Λιγότερο βλαβερά αποτελέσµατα. Καλύτερη για το έµβρυο
Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα Τεχνική Απεικόνισης Ακτίνες Χ Υπέρηχοι Πυρηνική Ιατρική MRI Πλεονεκτήµατα ιάκριση διεπιφάνειας µαλακών ιστών - οστών. Υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα. Ταχύ και φτηνό. Ανεκτή αντίθεση µεταξύ µαλακών ιστών. Ταχύ και φτηνό. Περισσότερο λειτουργικότητα παρά ανατοµία. Μπορεί να δώσει τρισδιάστατη πληροφορία. PET πολύ ευαίσθητο µεταβολικό εργαλείο. Πολύ καλή αντίθεση µεταξύ µαλακών ιστών. υνατότητες λειτουργικής απεικόνισης και φασµατοσκοπίας. 3 (ή 4) δισδιάστατο. Μειονεκτήµατα Χαµηλή αντίθεση µεταξύ µαλακών ιστών. ισδιάστατο εκτός CT. Κυρίως ανατοµικές πληροφορίες. Λογική χωρική διακριτική ικανότητα. ισδιάστατο. Περισσότερο λειτουργικότητα παρά ανατοµία. Poor spatial resolution. η PET είναι πολύ ακριβή. Μεγάλοι Χρόνοι Σάρωσης Λογική χωρική διακριτική ικανότητα. Μεγάλοι Χρόνοι Σάρωσης.
Σχετιζόµενη Φυσική Τεχνική Απεικόνισης Ακτίνες Χ Υπέρηχοι Πυρηνική Ιατρική Φυσική Κβαντική και Ατοµική Φυσική. Πυρηνική, Μοριακή και Φυσική Στερεών, Εφαρµογές Ηµιαγωγών. Radiation Physics. Κύµατα και Σχετικά φαινόµενα. Ιατρική Φυσική. Πυρηνική οµή Εφαρµογές Ηµιαγωγών. Ιατρική Φυσική. Φυσική των Υλικών. Ιατρική Φυσική Μηχανική Σωµατιδιακή Φυσική. Ακτινοφυσική MRI Κβαντική και Ατοµική Φυσική. Ηλεκτροµαγνητισµός, Ηλεκτρισµός & Μαγνητισµός. Στατιστική Φυσική και Φυσική χαµηλών Θερµοκρασιών Θερµοδυναµική.