Fizicki Princip Rendg. Slike

FIZIČKI PRINCIPI STANDARDNE RENDGENSKE SLIKE I

KOMPJUTERIZOVANE TOMOGRAFIJE

Doc. Dr Nebojša T. Milošević

Katedra Biofizike u medicini 2

Rendgenska slika

• Nastaje apsorbovanjem snopa X zračenja po površini detektora.

Katedra Biofizike u medicini 3

Slika 1. Stvaranje rendgenske slike: rendgenska cev (1), kolimator, objekt (2) i detektor (3).

• Snop X zračenja prolazi kroz objekt nehomogene strukture.

• Pri prolasku kroz objekt dolazi do interakcije zračenja i atoma objekta koje se manifestuje kroz:

a) elastično i neelastično rasejanje,

b) apsorpciju zračenja.

• Efekti navedenih procesa se na makroskopskom nivou ogledaju se u promeni intenziteta snopa zračenja (preciznije, njegovom smanjivanju).

Katedra Biofizike u medicini 4

• I ‐ intenzitet snopa zračenja koji je prošao kroz objekt,

• I0 ‐ intenzitet zračenja koji “pada” na objekt,

• μ ‐ linearni koeficijent slabljenja zračenja,

• x ‐ debljina objekta.• Pošto je apsorpcija zračenja dominantan proces u slabljenju intenziteta snopa, pod veličinom μpodrazumeva se linearni koeficijent apsorpcije zračenja.

Katedra Biofizike u medicini 5

xeII μ−⋅= 0

• Propušteni intenzitet zračenja kompletno se apsorbuje po površini detektora.

• Intenzitet zračenja, koje je prošlo kroz objekt, nije isti u svakom delu snopa. Razlika u intenzitetu delova snopa nastaje zbog:

1) prolaska kroz slojeve različitih koeficijenata apsorpcije i iste debljine,

2) prolaska kroz slojeve istih koeficijenata apsorpcije a različite debljine.

Katedra Biofizike u medicini 6

• Rendgenski film.

• Intenzitet snopa zračenja, nakon prolaska kroz objekt, reaguje sa emulzijom filma. Kraj hemijske reakcije je izdvajanje atoma metalnog srebra, koje se vizuelno opaža kao zacrnjenje filma.

• Gustina zacrnjenja je proporcionalna intenzitetu snopa zračenja koje reaguje sa emulzijom.

• Svetle oblasti na filmu posledica su malog intenziteta propuštenog zračenja, koje je opet posledica velikog koeficijenta apsorpcije sloja u objektu.

• Tamne oblasti na filmu ...

Katedra Biofizike u medicini 7

Slika 2. Radiografija.

Katedra Biofizike u medicini 8

• Fluorescentni ekran.

• Intenzitet zračenja pobuđuje atome fluorescentnog materijala. U deekscitaciji atoma emituje se vidljiva svetlost.

• Intenzitet emitovane svetlosti proporcionalan je intenzitetu zračenja koje pobuđuje atome.

• Oblasti velikog koeficijenta apsorpcije u objektu smanjuju intenzitet zračenja u većoj meri. Na ekranu se ovo opaža kao svetlost slabijeg intenziteta.

• Svetlost jačeg intenziteta na ekranu...

Katedra Biofizike u medicini 9

Slika 3. Fluoroskopija.

Katedra Biofizike u medicini 10

Kompjuterizovana tomografija

• Rendgenografija i fluoroskopija ne mogu uspešno da savladaju dva slučaja:

1) superpoziciju tkiva različitih koeficijenata apsorpcije,

2) međusobni položaj tkiva istog koeficijenta apsorpcije.

Katedra Biofizike u medicini 11

Katedra Biofizike u medicini

• Rendgenska cev kreće se u jednom smeru, a kaseta sa rendgenskim filmom u drugom smeru. Ova tehnika snimanja naziva se tomografija.

Slika 4. Princip snimanja tomografijom.

12

Katedra Biofizike u medicini

• Rendgenska cev i sistem detektora istovremeno rotiraju oko objekta. Slika snimljenog sloja nastaje kompjuterskom analizom zračenja koje je prošlo kroz objekt.

• Ova tehnika snimanja naziva se kompjuterizovana tomografija (CT) ili kompjuterizovana aksijalna tomografija (CAT).

• Prvi je primenio britanski istraživač Džefri Haunsfild za oslikavanje mozga.

• Danas se CT upotrebljava kao dopunska tehnika u dijagnostici poremećaja svih delova tela.

13

Slika 5. Izgled uređaja za CT.

Katedra Biofizike u medicini 14

Katedra Biofizike u medicini

Slika 6. Shema snimanja kompjuterizovanom tomografijom: 1 – ispitivani objekt, 2 – rendgenska cev i 3 – detektori.

15

Katedra Biofizike u medicini

Kada rendgenska cev obiđe pun krug oko objekta, jedinica za analizu podataka generiše sistem jednačina, oblika

ii xi eII μ−⋅= 0 → ii

i xII

⋅−= μ)ln(0

(i = 1, 2, ..., n)

Rešenja ovog sistema jednačina su koeficijenti apsorpcije materijala ispitivanog sloja, njihova debljina i položaj unutar sloja.Analizom ova tri skupa podataka stvara se numerička slika sloja. Ona se zatim prevodi u Haunsvildovu (sivu) skalu i prikazuje na ekranu uređaja.

16

Slika 7. Formiranje slike poprečnog sloja. (Voksel – deo zapremine sloja jednakog koeficijenta apsorpcije. Piksel – element slike koji odgovara jednom vokselu.

Katedra Biofizike u medicini 17

• Spiralna CT – osim rotacije rendgenske cevi (i detektora) i sto za pacijenta se kreće duž centralne ose rotacije cevi. Umesto stacionarnih preseka slojeva dobijaju se odgovarajući spiralni preseci.

Katedra Biofizike u medicini 18

Slika 8. Princip snimanja spiralnim CT‐om.

Slika 9. Prikaz snimljenog objekta upotrebom spiralnog CT‐a uz primenu odgovarajućeg algoritma 3D rekonstrukcije.

Katedra Biofizike u medicini 19