Zobrazovací metody

Zobrazovací metody

Prof. MUDr. Jozef Rosina, Ph.D.

Zobrazovací metodyPrvní jednoduché lékařské přístroje zlepšovaly smyslové vnímání Zvětšovací sklo - (13.st.), Teploměr - (17.st.), Stetoskop - (19.st.), Endoskop - (19.st.)

Zásadní - přístroje zviditelňující jevy lidským smyslům skrytéEKG - (20.st.), Měření krevního tlaku (19.st.)zobrazovací metody - objev RTG paprsků (1895), Rentgenka s rotační anodou - (1914), Kontrastní látky - (1922), Teoretické základy CT - (1963), konstrukce CT - (1972), vznik spirálního CT (1987–1989)objev radioaktivity (1896), ϒ paprsky - (1900), Umělá radioaktivita - (1934), PET - (1976 – po objevu FDG, poprvé v historii syntetizoval chemik prof.

RNDr. Josef Pacák, DrSc., na př. f. UK v roce 1968, v praxi 90. léta), zařízení spojující PET a CT do jednoho přístroje - začátek 21 století1976 – první počítač Apple 1

Zobrazovací metodyIonizující záření

Alfa (2p, 2n) malý dolet, medicína (-) Beta mínuselektron, dolet mm, radioterapieBeta plus pozitron, dolet mm, PET Gama foton, dolet cm, scintigrafie, SPECT RTG záření skiaskopie, skiagrafie, CT

Neionizující zářeníNMR rezonanční chování některých atomových jaderEndoskopie díky totálnímu odrazu světla obraz tělních dutinUltrazvuk odraz na rozhraní tkání, změna frekvence

při pohybu

Interakce záření s hmotou

Je to záření, které nemá natolik vysokou energii, že není schopno ionizovat a excitovat absorbující hmotu

ionizující neionizujícíJe to záření, které má natolik vysokou energii, že je schopno ionizovat a excitovat absorbující hmotu - původně neutrální atomy a molekuly

ZÁŘENÍ

Přenos energie prostorem „na dálku“ prostřednictvím fyzikálních polí nebo mikročástic

U neutronového záření pomalé neutrony vstupují do jader a prostřednictvím jaderných reakcí mohou vyvolávat sekundárně ionizaci

alfa, beta plus, beta mínus, gama, neutrony

optické (UV, VS, IČ), mikrovlny, radiové frekvence, televizní vlny


Pravděpodobnost účinku

Dávka

Somatické onemocnění (nádory)Genetické onemocnění

STOCHASTICKÉ ÚČINKY


Pravděpodobnost účinku

Dávka

prahová dávka

Tkáň Účinek Prahová dávka [Gy]

Ovaria sterilita 2,5 – 6

Varlatadočasná sterilita 0,15

trvalá sterilita 3,5 – 6

Čočkaopacita 0,5 - 2

katarakta 5

Kůže erytém 3 - 5nekróza 5

DETERMINISTICKÉ ÚČINKY


DETERMINISTICKÉ ÚČINKYMuž, 40let, 1 koronární angiografie, 1 PTCA, další koronární angiografiepro komplikace a nakonec bypass chirurgie. To vše v jednom dni …

6 týdnů 20 týdnů 20 měsíců


ZÁŘENÍ ALFA

Henri Becquerel v r. 1896 pozoroval zčernání fotografické desky, na níž byla položena nádoba se solí uranu. Důkaz toho, že „Becquerelovy paprsky“ jsou jádra hélia podal v roce 1908 Ernest Rutherford.

ionizační schopnosti, dráha při interakci přímočará, dolet, využití v medicíně, Litviněnko 226

88Ra >>> 22286Rn + 4

2He


ZÁŘENÍ BETA

Beta + – proměna protonu v neutronVyužití – PETBeta - – proměna neutronu v protonVyužití – radioterapie

ionizační schopnosti, dolet, využití v medicíně, při interakci dráha klikatá

146C >>> 14

7N + beta-


Záření gama je elektromagnetické záření s velmi krátkou vlnovou délkou řádu 10-11 až 10-13 m. Vzniká při jaderných reakcích nebo při radioaktivní přeměně přechodem jádra z vyššího do nižšího energetického stavu, přičemž se jádro zbavuje své excitační energie.

V roce 1895 Roentgen objevil RTG záření a Becquerel v r.1896 objevil radioaktivitu solí uranu. Paul Villard, je pokládán za objevitele záření gama (1900). Poznal, že záření gama je pronikavější jako RTG záření. Objevil, že záření gama bylo emitováno z radioaktivních látek a není ovlivněno elektrickými nebo magnetickými poli.

Zobrazovací metody• Diagnostika užívající pozitrony a gama záření je založena na

rozdílném metabolizmu různých tkání, poskytuje především údaje o funkčním stavu sledované tkáně

• Diagnostika užívající RTG záření – založena na různé absorpci RTG záření tkáněmi, poskytuje především morfologickou (anatomickou) informaci o sledované tkáni

• NMR je diagnostika užívající magnetické vlastnosti jader některých prvků (tkáně s vysokým obsahem vodíku)

• Endoskopie je založena na přenosu obrazu svazkem optických vláken

• Ultrasonografie je založena na odrazu mechanických vln na rozhraní dvou různých prostředí, nebo na změně frekvence vyslaného a odraženého UZ

Zobrazovací metodyNukleární medicína – záření gama a pozitrony

• Diagnostika pomocí otevřených radioaktivních zářičů, aplikovaných do organizmu – tzv. emisní metody

• Podstata - radioaktivní izotopy reagují chemicky stejně jako stabilní izotopy téhož prvku – tzv. indikátorový (stopovací) princip

• Radioaktivní izotopy se spoji s vhodnou chemickou látkou a takové sloučeniny (označené radionuklidem) lze sledovat a jejich množství měřit detektory záření gama

PET, PET/CT, GAMA KAMERA, SPECT, SPECT/CT(základ u všech detektorů – scintilační detektor)

Zobrazovací metody

krystal fotonásobič

Zobrazovací metody

Zobrazovací metody

První přístroj PET byl v ČR instalován v r. 1999

Beta plus - PET

Zobrazovací metodyHybridní systém PET/CT

V r. 2003 byla v ČR instalována první hybridní aparatura PET/CT

Spojení umožňuje akvizici funkčních (PET) a anatomických (CT) dat během jednoho vyšetření – poskytuje obrazy tkání získané současně z obou modalit.

Nejprve je pořízen topogram, který slouží k vymezení vyšetřované oblasti

Poté následuje vlastní CT vyšetření a lůžko s pacientem se přesune do polohy, v níž proběhne PET scan

V poslední fázi jsou obrazy CT a PET položeny na sebe a prezentovány na společném displeji

.


Schéma PET/CT Pořízení topogramu

RTG prochází pacientem – útlum záření závisí na hustotě tkání – anatomická data

Vznik anihilačního záření pacientem – množství záření závisí na funkčním stavu


Zhoubný nádor esovitého tračníku diagnostikovaný PET (a), CT (c) a zobrazený počítačovou fúzí obou zobrazení (b)Peroperačně potvrzený nález dokumentuje další obrázek

a b c

Zobrazovací metodyGama kamera

Zobrazovací metody Scintigrafický snímek skeletu

Zobrazovací metodySystém SPECT/CT

zahrnuje v jedné aparatuře vedle kamery SPECT rovněž vícedetektorový počítačový tomograf (CT).

Je tak možné pořídit záznam výsledku funkčního a anatomického zobrazení jedním systémem v těsném sledu za sebou.

Zobrazovací metodyRadiologie – rentgenové záření

• Diagnostika pomocí elektromagnetických vln, vznikajících v rentgence – tzv. transmisní metody

• Radiologie se dělí do subkategorií podle anatomické polohy a podle metody (intervenční radiologie)

• Podstata – RTG záření prochází pacientem, dochází k útlumu v jednotlivých tkáních a orgánech

• Teleradiologie - přenos z jednoho místa do druhého. Snímky jsou často posílány i do jiných časových pásem, kde mají radiologové zrovna den a jsou uprostřed pracovní doby. Používá se také ke konzultaci s odborníky nebo na daný případ.

• K použití je zapotřebí vysílací stanice, vysokorychlostní internetové připojení a vysoce kvalitní přijímací stanice. Snímky z CT mohou být poslány přímo, protože jsou v digitálním formátu. Počítač na přijímací stanici musí mít vysoce kvalitní obrazovku, která musí projít testem a která musí být připravená ke klinickým účelům.

Zobrazovací metodyRTG záření

Zobrazovací metody

Skiagrafie je technika zobrazení lidských tkání, využívající rozdílnou hodnotu pohlcení procházejícího svazku rentgenového záření v různých tkáních

Skiaskopie a angiografie umožňuje vyšetřování dynamických dějů a aplikaci kontrastních látek

Zobrazovací metody

Zobrazovací metodyCT – výpočetní tomografie

Princip: Výpočetní tomograf je v podstatě přístroj pro měření útlumu RTG záření v jednotlivých voxelech (objemových analogiích pixelů) v tenkých plátcích tkání

Metoda měření: Svazek rentgenového záření prochází tělem a je měřen obloukem detektorů. Toto se opakuje pod různými úhly tak dlouho, dokud se nezíská dostatek informace pro výpočet koeficientů útlumu ve voxelech odpovídajícího řezu tělem pacienta. Vypočte se „mapa“ útlumu v příčném řezu - tomogram.

Zobrazovací metody

Z hlediska konstrukce systému zdroj záření-systém detektorů je možné rozdělit přístroje do několika generací.První generace - využívá rotačně translační pohyb, RTG záření bylo kolimováno do tenkého svazku a po průchodu pacientem snímáno jedním detektorem umístěným naproti rentgence. Po otočení o malý úhel se rentgenka i detektor lineárně posunuly. Dlouhá expoziční dobaDruhá generace - také rotačně translační pohyb, zmenšil se úhel mezi jednotlivými snímky, svazek záření byl kolimován do vějíře a po průchodu pacientem detekován větším počtem detektorů, umístěných v jedné řadě naproti rentgence, klesly expoziční časy

CT – výpočetní tomografie


Třetí generace - využívá izocentrický rotační pohyb systému rentgenka-sektor detektorů. Snímkování je prováděno po 1° až 0,5°. Detektory jsou umístěny na kruhové výseči rotující spolu s rentgenkou kolem pacienta v plném kruhu

Čtvrtá generace - využívá rotačně stacionární systém. Detektory jsou umístěny po celém obvodu gantry. Kolem pacienta rotuje pouze rentgenka, velmi krátká akvizice dat

Zobrazovací metody


• Helikální CT je pokračováním CT přístrojů 3. gen., připojení snímačů se neprovádí pomocí kabelů, ale pomocí po sobě klouzajících kroužků Zavedení kontinuální rotace umožnilo plynulý posun stolu s pacientem, došlo k urychlení získání snímků, je mírně nepřesné, protože data se sbírají šikmo

Dále existují odvozené generace, které vycházejí z předchozích: MDCT (multi-row detector CT, multi-slice CT) - multidetektorové CT EBCT (electron beam CT) - CT s elektronovým svazkemDSCT (dual source CT) - CT se dvěma rentgenkamiDECT (dual energy CT) - skenování dvojí energií

Zobrazovací metody

Zobrazovací metody

Průměrná roční dávka z přírodního pozadí je v ČR 3 - 3,5 mSv

Průměrná roční dávka z medicínských indikací je v ČR 1 mSv

Zobrazovací metodyEpidemický nárůst zobrazovacích metod v USA

V červnu 2012 byla publikována studie, ve které je popisován významný nárůst používání zobrazovacích metod typu CT, PET, NMR a USG

Srovnání let 1996 a 2010 v počtech vyšetřeníCT: zvýšil se 3x (z 52 na 149/1000 dospělých/rok) PET: zvýšil se 12x (z 0,24 na 3/1000 dospělých/rok)NMR: zvýšil se 4x (ze 17 na 65/1000 dospělých/rok) USG: zvýšil se 2x (ze 134 na 230/1000 dospělých/rok)

V absolutních číslech se počet CT vyšetření v USA zvýšil z 3 miliónů ročně v roce 1980 na 80 miliónů v roce 2010

Zobrazovací metodyNMR

Zobrazovací metody

NMR

Zobrazovací metody

Endoskopie

Zobrazovací metody

Zobrazovací metody

Documents

Zobrazovací metody