1

Morfológiai képalkotó eljárásokCT, MRI, PET

Kupi Tünde2009. 12. 03.

• Röntgen 19. sz. vége:

Röntgen abszorbciós mechanizmusok:- Fotoelektromos hatás- Compton-szórás- Párkeltés

Kép: Röntgenabszorbancia

DE! szummációs kép

2

„Siretom” fej szkenner (1974) 128x128 felvétel aSiretom készülékkel (1975)

CT Történelem1972

Godfrey Hounsfield Allan Cormack

1979 Orvostudományi Nobel-díj

CT alapelvek

I; egy kiválasztott réteget különbözőirányokból fókuszált röntgennyalábbal besugárzunk (a detektor a sugárforrással együtt mozog)

II; az egymástól független mérésekből kapott képpontok száma lehetővé teszi a választott réteg fizikai paramétereinek megjelenítését.

III; Miután elég információt gyűjtöttünk a különböző rétegekről egy 3D-s képrekonstrukcióval lehet a kívánt területet megjeleníteni.

3

Mért érték: Intenzitás

xoeII Δ−= μ

Δx: a legkisebb rétegvastagság, amit még mérni lehet (a röntgennyaláb keresztmetszetétől függ)

II

xoln1

Δ=μ

Attenuációs együttható:

Számolt érték: denzitás, attenuációs együttható

(sugárgyengítési)

Az abszorbció mértékét adja meg állandó rétegvastagságnál.

II

xoln1

Δ=μ

4

Voxel (térfogat egység)Volume + pixel

Az intenzitás értékek mérése egy voxel-ben

μm=

μ11 μ12 μ13

i-ik sor

j-ik oszlop

μij

Képmátrix

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

333231

232221

131211

bbbbbbbbb

B

Rtg.sugár

Szummációs kép

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

333231

232221

131211

μμμμμμμμμ

μ

Denzitásmátrix

Különböző denzitásértékek

5

NCT =1000μ − μw

μw

≈

≈

-1000

3000

-900-200-100

0

40

60

csont

lép

zsírlevegő

hasnyálmirigy

mellékvese

vese

emlő

tüdő

vér

szív

máj

belek

tumor

húgyhólyag

µ: voxel attenuációs együtthatójaµw: víz attenuációs együtthatója

Hounsfield-skála

NCT/HU: Hounsfield-egység (szövetsűrűség egysége a ct-képeken)

Pásztázás I

I. generációEgy mozgó forrás

Egy mozgó detektor

II. generációEgy mozgó forrás

Keskeny legyező alakú nyalábTöbb mozgó detektor

Transzlációs-rotációs detektálás

6

Pásztázás II

III-IV. generációEgy mozgó forrás

Széles legyező alakú nyalábSok, körkörösen elhelyezett detektor

mérőüreg nyitott mérőüreg

Az első CT : Hounsfield 1969

eljárás: pencil beam (egy-egy tűsugár)elv: transzlációs-rotációsDetektor: 1 dbSugárforrás: Amerícium 95Felvétel ideje: 9 nap(képrekonstrukció: 2,5 h; Computer EMI)

7

Spirális CT

Új CT fejlesztések, irányzatok

Virtuálisendoszkópia

Angiográfia

3Drekonstrukció

MRIMagnetic Resonance Imaging

8

Magspinnel rendelkező magok:elemi mágnesek

μ i = γLMágneses momentum:

γ=giromágneses hányadosL=magspin

Mágneses tér hiányában:elemi mágnesek orientációja random

Mágneses térben:elemi mágnesek orientálódnak

B0 paralel

antiparalel

9

MMáágneses tgneses téérben a spinek a mrben a spinek a máágneses tgneses téérerrerőősssséégg--vektor vektor (H) ir(H) iráánya knya köörrüül forognak l forognak precessziprecesszióós mozgs mozgááss

ω0 = γB0

Precessziós vagy Larmor- frekvencia:

HB ⋅= 0μ

B0

M

Zeeman-felhasadás:• Mágneses térben az energiaszintek

felhasadnak:

ΔE

B0

E

B

B0 parallel

antiparallel

E

E2

E1

hν

ΔΔΕ Ε = = hhνν ~~BBMinMinéél erl erőősebb a msebb a máágneses tgneses téér, annr, annáál nehezebben tl nehezebben téérnek rnek áát a t a spinek alapspinek alapáállapotbllapotbóól gerjesztett l gerjesztett áállapotba.llapotba.

10

Gerjesztés

Az parallel állapotból antiparallelállapotba való átfordításhoz energiát kell közölnünk.Ezt elektromágneses sugárzással érjük el, melynek frekvenciája megegyezik a Larmor- frekvenciával.Így jön létre rezonancia az összmágneses vektor mozgása és a gerjesztés között.Rezonanciafeltétel:

B0

M

M: Eredő mágnesség

parallel

antiparallel

νhE =Δ

E

E2

E1

T1 vagy longitudinálisspin-rács relaxáció

x

y

z

M

MMZ

t

Mz

Mz létrejötte

elemi mágnes (proton) éskörnyezete közötti kölcsönhatásra utal

11

Mxy

t

x

y

z

M M= xy21 nn =

E

E2

E1

T2 vagy transzverzális vagy spin-spin relaxáció

Mxy lecsengése

Tipikus relaxációs idők:T1 ~ 1 sT2 < 100 ms

elemi mágnesek(protonok) közötti kölcsönhatásra utal

1970: rákos szövetben megnyúlt relaxációs idők1972: in vivo 3D NMR elvi kidolgozása1977: első emberi MRI felvétel

Az MRI feltalálója:Raymond V. Damadian

(1936-)

Paul C. Lauterbur(1929-)

1971: térbeli felbontású NMR kidolgozása (Nobel-díj)

12

MRI technika

MRI felvétel: a test térfogategységei (voxelei) pixelben ábrázolva.A pixelt meghatározó fizikai paraméterek lehetnek a protonsűrűség, és a relaxációs idők.

x

z

y

ωφ

H

13

Grádiens mágneses tér(x,y,z térben változó)

hν

hν

Minden koordinátához más-más lesz a rezonanciafrekvencia:Más-más frekvenciájúEM sugárzással lehet gerjeszteni.

Egy megfelelEgy megfelelőő mmáágneses gneses ttéérgrrgráádiensseldienssel az az x,y,z tengelyekx,y,z tengelyek mentmentéén n meg lehet hatmeg lehet hatáározni a protonsrozni a protonsűűrrűűssééget az egyes get az egyes voxelekbenvoxelekben. A . A pixelhez tartozpixelhez tartozóó fizikai paramfizikai paramééter a ter a proton, ill. spinproton, ill. spin--ssűűrrűűsséég.g.

Rezonancia csak ebben a síkban

z

H

H

E

Egy térgrádienst hozunk létre a z-tengely és az x-tengely mentén: kiválasztunk egy réteget

x

y

z

M M= z

E

E2

E1

x

y

z

M M= xy21 nn =

E

E2

E1

Elektromágneses energiaimpulzussal az Mzill. az Mxy-t 900-al „kibillentjük” és detektáljuk az alapállapotba valóvisszatérést

A pixeleknek megfelelA pixeleknek megfelelőőfizikai paramfizikai paramééterek a terek a relaxrelaxáácicióós ids időők.k.

14

Computeres utómunka

Prímér kép

Átdolgozott kép

Kontrasztképzés

• A molekulák kémiai eltolódása révén (pl. O2 a vízben, illetve a zsírszövetben)• Paramágneses fémionok felhasználásával a környezettől eltérőrelaxációs idejű szöveteket lehet vizsgálni• Különböző impulzus-szekvenciák használatával a szövetek közti különbséget lehet fokozni.

KontrasztokKontrasztok

TT11--ssúúlyozottlyozott TT22--ssúúlyozottlyozott Proton ill. spinProton ill. spin--ssúúlyozottlyozott

Lágyszöveti daganatok Anatómiai részletek kihangsúlyozhatók

15

Magnetic Resonance Angiography (MRA)

Functional MRI (fMRI)BOLD MRI

Arterial Spin Labeling (ASL)

Oxi- és dezoxi-Hemoglobin közti magmágneseskülönbségeken alapszik

Positron emissziós tomográfia

γ foton (0.51 MeV)

γ foton (0.51 MeV)

elektron (e-)pozitron (β+)

18F (pozitron emitter)

Detektor

Detektor

NB:annihilációs sugárzásimpulzusmegmaradás

16

PET:Tomográfiás képalkotás

Képi szeletek

Típusos voxel (3D képi elem):8 mm x 8 mm x 14 mm

Agyi cukoranyagcsere vizsgálata PET-tel

17

Különbözô 3D képi információk fedésbe hozásaKözös fiduciális (referencia) pontok alapján

MRI PET

+

=