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
+
=