a 15 bazele fizice ale imagisticii medicale mg

BAZELE FIZICE ALE IMAGISTICII MEDICALE MG 2009

Pagina 1 din 16

BAZELE FIZICE ALE IMAGISTICII MEDICALE Introducere

Obţinerea unor date cât mai precise privind modificările de structură şi/sau funcţie a

organelor interne este esenţială pentru stabilirea diagnosticului, dar şi a tratamentului

adecvat. Metodele de vizualizare îşi propun obţinerea unor astfel de informaţii. Pentru

obţinerea informaţiilor, un factor fizic trebuie să interacţioneze cu organul investigat,

modificându-şi caracteristicile. Inevitabil, aceasta afectează organul investigat. Este de

dorit ca efectele asupra organismului să fie cât mai mici (metoda să fie cât mai puţin

invazivă). Pentru a se obţine acest lucru trebuie utilizaţi factori fizici cu energie cât mai mică (de exemplu este de preferat utilizarea radiaţiilor neionizante faţă de cele ionizante)

şi în doză cât mai mică, precum şi a unor detectoare cât mai sensibile.

Oricum, aceste metode nu trebuie să fie folosite excesiv dacă nu este strict

necesar. În acelaşi timp este obligatoriu ca informaţiile să se refere la regiuni cât mai mici

şi mai bine delimitate ale organismului (rezoluţia spaţială să fie cât mai bună). De

asemenea, factorii fizici trebuie să interacţioneze cât mai specific cu ţesuturile pentru ca

informaţiile să fie cât mai diferenţiate. Se poate mări specificitatea interacţiunilor prin

utilizarea substanţelor de contrast.

Dintre factorii fizici frecvent utilizaţi în imagistica medicală se pot menţiona:

câmpurile electromagnetice (X şi radioundele), radiaţiile ionizante emise de radioizotopi,

ultrasunetele. Un loc aparte îl ocupă termografia prin care sunt detectate radiaţiile infraroşii

emise de corpul uman, fără a aplica factori fizici din exteriorul acestuia.

Imaginile tomografice sunt imagini care pot fi obţinute cu oricare dintre factorii

fizici menţionaţi anterior. Caracteristica tehnicilor tomografice constă în posibilitatea de a

obţine imagini pe secţiuni (tomi – secţiune) ale corpului. Odată aleasă secţiunea de

investigat, aceasta este împărţită în elemente de volum, numite voxeli (volume elements).

De la fiecare voxel se obţine un semnal care reprezintă răspunsul la factorul fizic utilizat.

Semnalul provenit de la un voxel este detectat de către un dispozitiv specific (traductor) şi

prin intermediul unui convertor analogo-digital este introdus într-un calculator unde se

reconstruieşte imaginea pe baza semnalelor primite de la toţi voxelii. Fiecărui voxel îi

corespunde un element de imagine digitală numit pixel (picture element). Elementele de

imagine sunt ordonate într-o matrice, în general pătratică, cu n linii şi n coloane, astfel

încât numărul total de pixeli va fi n2. Fiecărui element (punct al imagimii) i se asociază

convenţional o anumită culoare sau nuanţă de gri şi un grad de luminozitate.


Pagina 2 din 16

Metode ce utilizează ultrasunete Ultrasunetele sunt unde mecanice longitudinale cu frecvenţe de peste 20 kHz. În

practică fenomenul utilizat pentru obţinerea informaţiei este reflexia sunetelor pe

suprafeţele ce separă diferitele ţesuturi, metoda numindu-se ecografie. Ultrasunetele sunt

radiaţii neionizante, deci energiile implicate sunt mici şi riscurile pentru organism practic nu

există. Dezavantajul utilizării ultrasunetelor este dat de rezoluţia relativ mică.

În cazul folosirii pentru investigaţii a fenomenelor ondulatorii (reflexie, refracţie,

absorbţie etc.) limitarea rezoluţiei este dată de fenomenul de difracţie. Difracţia constă în

ocolirea aparentă a obstacolelor atunci când dimensiunea acestora este comparabilă cu

lungimea de undă a radiaţiei. Atunci când apare difracţia obiectul nici nu reflectă nici nu

absoarbe radiaţia devenind „invizibil” pentru aceasta. În cazul ultrasunetelor cu frecvenţa

ν= 2 MHz ce se propagă în ţesuturi moi (viteza fiind v ≈ 1.500 sm ) lungimea de undă

(ν

λ v= ) este de circa 0,75 mm. O astfel de rezoluţie pare suficientă, dar aceasta este

rezoluţia maximă teoretic posibilă, în practică intervenind şi alte cauze ale limitării ei.

Soluţia poate părea creşterea frecvenţei ultrasunetelor utilizate dar aceasta implică atât

dificultăţi tehnice cât şi creşterea energiei ultrasunetelor cu mărirea efectelor asupra

organismului.

Ecografia Reprezintă o clasă de metode de investigaţie din care fac parte ecografiile de tip

2D, 3D, 4D (3D în timp real) şi Doppler. Toate aceste metode se bazează pe reflexia

ultrasunetelor pe suprafeţele de separaţie dintre diferitele regiuni din corpul uman. Un

generator (de obicei piezoelectric) de ultrasunete emite un puls foarte scurt şi

unidirecţional de ultrasunete (cu frecvenţă fixă, de obicei între 2 şi 20 MHz). Pentru a

micşora reflexia ultrasunetelor pe suprafaţa pielii, fenomen care ar duce la pierderea în

cea mai mare parte a energiei undei pătrunse în corp, se aplică pe corp o substanţă

(parafină, de exemplu) care asigură, practic, pătrunderea ultrasunetelor în corp fără reflexii

(adaptarea de impedanţă) Undele sunt reflectate de diferitele suprafeţe interne (ecou) şi

recepţionate de un detector (în general cristalul care emite ultrasunetele este şi detector).


Pagina 3 din 16

Schema de principiu a ecografului

Se măsoară timpii scurşi între emiterea pulsului de ultrasunete şi recepţionarea

ecourilor, iar un calculator, cunoscând viteza de propagare a ultrasunetelor (în ţesuturile

moi de circa 1.500 sm ), va calcula distanţele până la punctele în care au avut loc reflexiile.

Apoi se emite un puls pe o altă direcţie la un mic unghi faţă de prima. În final se baleiază

un arc de cerc, iar calculatorul, pe baza distanţelor calculate, generează o imagine.

Dacă se folosesc simultan mai multe sonde de ultrasunete plasate convenabil,

imaginile plane (2D) pot fi asamblate de calculator şi transformate în imagini

tridimensionale, iar dacă dispunem de un calculator puternic şi de programele adecvate,

imaginile tridimensionale pot fi obţinute practic instantaneu (ecografie 4D sau 3D real-

time). Evident în ecografia 4D se obţin mult mai multe informaţii decât în cea 2D.

Ecografia Doppler Utilizează modificarea frecvenţei undelor la reflexia pe obiecte aflate în mişcare

pentru a determina viteza de deplasare a acestora ştiindu-se că frecvenţa undei reflectate

pe ele depinde de viteza lor.


Pagina 4 din 16

Dacă reflexia are loc pe hematii se poate determina viteza de curgere a sângelui

în inimă sau vase sanguine, regimul de curgere (laminar sau turbulent), volumul care

curge în unitatea de timp etc. Înregistrările pot fi făcute utilizând pulsuri de ultrasunete

(PWD- Pulsed Wave Doppler) caz în care emiţătorul şi detectorul pot fi acelaşi cristal sau

în regim de emisie şi recepţie continuă (CWD- Continuu Wave Doppler) caz în care

emiţătorul şi detectorul vor fi cristale diferite. CWD este utilizată mai ales pentru

investigarea cordului (regiunea investigată este bine delimitată dar determinarea vitezelor

nu este foarte precisă) iar PWD este utilizată atât în investigarea inimii cât şi a vaselor

sanguine (regiunea investigată este mai puţin bine delimitată în schimb vitezele sunt

determinate cu acurateţe).

Principiul ecografiei Doppler

Metode care folosesc radiaţii electromagnetice

Aceste metode se bazează pe absorbţia emisia şi, eventual, re-emisia diferenţiată

de către diferitele ţesuturi a anumitor tipuri de radiaţii electromagnetice. În practică

radiaţiile utilizate sunt radiaţiile infraroşii în termografie, X (Roentgen) în radiografie,

radioscopie şi tomografia (tehnică de obţinere a imaginilor de secţiuni) computerizată (CT),

şi radioundele în tehnicile RMN (în acest din urmă caz corpul trebuie plasat într-un câmp

magnetic variabil de intensitate mare). Radiaţiile X sunt radiaţii ionizante, deci la doze mari

ele ar putea fi periculoase pentru organism. În aparatele moderne se folosesc însă

detectori de mare sensibilitate, iar fasciculele de radiaţii sunt bine colimate (direcţionate)

ceea ce reduce spre zero riscurile atât pentru pacient cât şi pentru personalul de deservire

(care nici nu stă în camera în care are loc investigaţia). Oricum, dat fiind faptul că efectele


Pagina 5 din 16

radiaţiilor ionizante sunt cumulative în timp, astfel de investigaţii nu trebuie repetate la

intervale mici de timp dacă nu este strict necesar.

Radioundele sunt radiaţii neionizante, deci practic ele nu sunt periculoase, dar

rămân insuficient cunoscute efectele câmpurilor magnetice intense şi variabile. Acestea nu

pot avea totuşi efecte specifice mari asupra unor structuri deoarece câmpul magnetic nu

poate transfera direct energie particulelor.

Termografia

Reprezintă o tehnică de înregistrare a radiaţiilor infraroşii emise de suprafaţa

corpului uman (practic o fotografie în infraroşu). Emisia de radiaţii infraroşii este

dependentă de temperatură astfel încât înregistrarea emisiei în infraroşu permite

determinarea cu mare precizie a temperaturii (se pot determina diferenţe mai mici de

0,1 ˚C, şi de aceea este necesar ca, înainte de termografie, pacientul dezbrăcat să stea

nemişcat 20 de minute la o temperatură de circa 21ºC şi în absenţa curenţilor de aer,

pentru ca datele obţinute să aibă semnificaţie diagnostică). La rândul ei, temperatura este

determinată de activitatea locală (metabolică, circulatorie etc.). Determinarea diferenţelor

de temperatură între diferite regiuni ca şi a modificărilor de temperatură, în timp, în acelaşi

loc permite semnalarea modificărilor de structură şi/sau funcţie a diverselor organe chiar şi

înainte de declanşarea bolii. Aceasta permite diagnosticarea unei multitudini de boli

(cancere, infecţii, afecţiuni tiroidiene etc.). De remarcat că metoda este total neinvazivă iar

costurile sunt mici.

Sindromul Raynaud – atacuri vasospastice care determina vasoconstricţia capilarelor

de la extremităţi


Pagina 6 din 16

Radiografia şi radioscopia. Radiaţiile X Radiaţiile X pot fi privite din două puncte de vedere: ondulatoriu şi corpuscular. Din

punct de vedere ondulatoriu, ele sunt unde electromagnetice cu lungimea de undă

cuprinsă aproximativ în intervalul 0,1 – 100 Å (1Å = 10-10 m). Din punct de vedere

corpuscular, ele sunt fotoni cu energii de circa 0,1 – 100 keV (1 eV = 1,6·10-19 J). Cele

două moduri de a privi radiaţiile X, deşi aparent contradictorii, sunt de fapt complementare

aşa cum rezultă din teoria dualismului undă – corpuscul. Dat fiind faptul că energia

radiaţiilor X este superioară energiei de ionizare (de circa 10 eV), ele fac parte din

categoria radiaţiilor ionizante ca şi radiaţiile nucleare, putând avea aceleaşi efecte ca şi

acestea.

Radiaţiile X pot fi produse în două moduri:

1. prin frânarea bruscă a electronilor puternic acceleraţi (deci având energii cinetice mari)

caz în care se numesc radiaţii X de frânare şi au un spectru continuu (conţin toate

lungimile de undă dintr-un anumit domeniu)

2. prin dezexcitarea electronilor pe un nivel interior al unui atom greu caz în care radiaţiile

se numesc radiaţii X caracteristice şi au un spectru discret (sunt prezente doar radiaţii

cu anumite lungimi de undă bine precizate)

În practică se folosesc mai ales radiaţiile X de frânare. Obţinerea lor presupune

două etape, prima constând în obţinerea unui fascicul de electroni de energie mare, iar a

doua, frânarea bruscă a acestora pe ţinte metalice cu generarea de radiaţii X. În radiologie

ambele procese se petrec într-un tub Coolidge, obţinându-se radiaţii X de energie nu

foarte mare. Atunci când este nevoie de radiaţii X de energie mare (de exemplu în tratarea

cancerelor profunde), electronii de energii mari sunt produşi în acceleratoare liniare de

particule (betatroane).

Tubul Coolidge este un tub de sticlă vidat (vidul trebuie să fie destul de înaintat) şi

conţine un catod dintr-un material greu fuzibil (poate fi wolfram), încălzit prin trecerea unui

curent electric şi un anod (tot dintr-un material greu fuzibil (wolfram, molibden, reniu). Prin

încălzire catodul emite electroni (efect termoelectronic) iar electronii sunt puternic

acceleraţi de câmpul electric dintre catod şi anod (tensiunea poate depăşi 100 kV).

Tubul generator de radiaţii X trebuie plasat într-o incintă de plumb pentru a preveni

iradierea persoanelor care deservesc instalaţia. În această incintă este perforat un orificiu

îngust care permite ieşirea unui fascicul îngust şi bine colimat de radiaţii X.

În betatroane accelerarea electronilor se face tot de către câmpul electric, dar

lungimea mai mare permite obţinerea de energii mai mari.


Pagina 7 din 16

Schema tubului Coolidge

Radiografia şi radioscopia permit obţinerea de imagini pe film fotografic sau pe un

ecran ce conţine o substanţă luminescentă (emite lumină sub acţiunea radiaţiilor X

contrastul putând fi mărit prin intermediul unui intensificator de imagine bazat pe efect

fotoelectric).

Dezavantajul metodei constă în faptul că imaginea tuturor ţesuturilor întâlnite de o

rază X vor fi suprapuse pe imagine ceea ce duce la micşorarea rezoluţiei. De asemenea,

ţesuturile cu densităţi apropiate nu sunt bine diferenţiate pe imagine. În acest caz, se

folosesc substanţe de contrast care se administrează pe cale orală sau prin injectare

pacientului, înainte de investigare. Acestea sunt substanţe ce conţin iod sau bariu

(elemente cu greutate atomică mare) şi au proprietatea de a mări absorbţia radiaţiilor X,

contrastul imaginii devenind mai bun. Astfel pot fi vizualizate, de exemplu, cavităţile

abdominale.


Pagina 8 din 16

Schema obţinerii unei radiografii (radioscopii)

Tomografia computerizată (CT) Permite obţinerea imaginii oricărei secţiuni prin corpul uman, imaginea finală,

rezultată în urma prelucrării digitale, având o foarte mare precizie. Dacă se fac imagini ale

secţiunilor succesive acestea pot fi asamblate în imagini tridimensionale ale organelor

interne.

Emiţătorul de radiaţii X emite un flux îngust de radiaţii X pe o direcţie din

secţiunea a cărei imagine vrem să o obţinem. Radiaţiile emergente sunt detectate

(detectoarele sunt , de obicei, cu scintilaţie), iar computerul calculează absorbţia pe

direcţia investigată. Apoi emiţătorul îşi schimbă poziţia înregistrându-se absorbţia pe altă

direcţie. La o rotire completă a sursei în jurul corpului pacientului se realizează câteva sute

de mii de înregistrări care permit obţinerea câtorva sute de imagini, fiecare imagine fiind

reprezentată în calculator de către o matrice cu un număr de pixeli ce depinde de gradul

de rezoluţie dorit. Fiecare înregistrare conţine informaţii privind coeficientul de atenuare pe

câte o direcţie spaţială în cadrul secţiunii, deci atenuarea totală depinde de atenuările produse de toţi voxelii din ţesut aflat pe direcţia razei. Reprezentarea digitală a

fiecărei imagini este stocată în memoria calculatorului, unde, prin prelucrarea imaginilor

individuale se construieşte imaginea finală. Pentru a putea individualiza contribuţia unui

voxel se folosesc algoritmi care stabilesc intersecţia razelor ce străbat elementul de volum


Pagina 9 din 16

respectiv. Pentru prelucrarea digitală a imaginii, fiecărui voxel i se asociază un număr

tomografic, iar luminozitatea punctului (pixelului) corespunzător din imagine va fi

proporţional cu acel număr (numărul tomografic se calculează pe baza coeficienţilor de

atenuare). Numărul tomografic al apei este, prin definiţie, egal cu 0; ţesuturile care au un

coeficient de atenuare mai mic decât al apei au un număr tomografic negativ, iar cele cu

un coeficient de atenuare mai mare decât al apei au un număr tomografic pozitiv. Calitatea imaginii tomografice depinde de o serie de factori care ţin atât de parametrii tehnici ai înregistrării cât şi de modul de prelucrare digitală. Prin

înregistrările realizate în planul unei secţiuni se obţine o imagine bidimensională. Pentru

realizarea unei imagini tridimensionale, pacientul poate fi translatat, astfel încât, în final să

fie asamblate datele obţinute pentru fiecare secţiune. Actualmente se folosesc, de

asemenea, instalaţii în care înregistrarea se face în spirală, fie prin deplasarea pacientului

în mod continuu, simultan cu iradierea, fie sursa de radiaţii X şi reţeaua de detectoare se

rotesc solidar în jurul corpului pacientului pe o traiectorie elicoidală. În acest caz se

folosesc algoritmi de prelucrare de alt tip decât în cazul înregistrării pe secţiuni distincte.

Pentru mărirea contrastului pe ţesuturi mai puţin dense se folosesc substanţe de

contrast ce conţin iod (care absoarbe radiaţiile X) administrate intravenos sau pe cale

orală.

Schema de principiu a tomografului computerizat


Pagina 10 din 16

Tomografia RMN (rezonanţă magnetică nucleară în engleză NMR sau MRI)

Se bazează pe proprietatea unor nuclee (numite paramagnetice) de a absorbi

radiounde atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic adecvat. Printre nucleele care

au această proprietate se numără protonul (nucleul de hidrogen H1), P31, Na21, Fl19.

Aceste nuclee se comportă ca nişte mici magneţi care, plasaţi într-un câmp magnetic

extern puternic, se vor orienta faţă de acesta paralel (starea excitată) sau antiparalel

(starea fundamentală), executând o mişcare de precesie în jurul unei axe orientate pe

direcţia câmpului magnetic.

Mişcarea de precesie în jurul unei axe orientate pe direcţia câmpului magnetic

Frecvenţa mişcării de precesie depinde de inducţia magnetică a câmpului şi se

află în domeniul de radiofrecvenţe, adică este de ordinul MHz. Pentru un câmp de 0.25

Tesla (2500 Gauss), la temperatura de 250C, este suficientă o diferenţă de 1 la 1 milion

între cele două populaţii (orientare paralelă şi antiparalelă) pentru a da naştere unei

magnetizări nete. Această magnetizare corespunde energiei nivelului fundamental

(orientarea paralelă) al protonului în câmp magnetic.

Pentru a trece într-o stare excitată (orientare antiparalelă), protonul trebuie să

primească din exterior o energie proporţională cu frecvenţa mişcării de precesie. Această

frecvenţă se numeşte frecvenţă de rezonanţă. Dacă asupra nucleelor aflate în câmp

magnetic se trimite un puls de radiaţie electromagnetică din domeniul de radiofrecvenţă

(radiounde), având frecvenţa egală cu cea a mişcării de precesie, nucleele respective

absorb energia prin rezonanţă şi trec pe un nivel excitat (nivel permis din punct de vedere

cuantic). În acest fel se modifică orientarea momentelor magnetice nucleare în raport cu

câmpul magnetic static.


Pagina 11 din 16

Absorbţia pulsului de radiaţie electromagnetic având frecvenţă de rezonanţă egală cu cea a mişcării de

precesie a nucleului în jurul câmpului magnetic exterior

La întreruperea pulsului de radiofrecvenţă, nucleele excitate se dezexcită şi emit

un semnal cu aceeaşi frecvenţă ca şi cea absorbită (ecou), revenind la poziţia de aliniere

în câmp. Nucleele nu se dezexcită simultan, ci treptat, conform unei variaţii exponenţiale

în timp (relaxare exponenţială). Relaxarea este caracterizată prin timpii de relaxare

longitudinală (timpul după care magnetizarea pe direcţia paralelă cu câmpul revine la 0,63

din valoarea iniţială) şi transversală (timpul după care magnetizarea pe direcţia

perpendiculară pe câmp scade la 0,37 din valoarea de după excitare), timpi care diferă de

la un tip de nucleu la altul şi chiar la acelaşi tip în funcţie de substanţa chimică căreia îi

aparţine. Nu numai timpii de relaxare, ci şi frecvenţele de rezonanţă pentru diferite nuclee

sau izotopi ale acestora diferă. De exemplu, pentru un câmp de 0,1 T (1000 Gauss)

frecvenţa de rezonanţă a protonilor este 4,2 MHz, iar a fosforului 1,7 MHz. Această

specificitate permite explorarea selectivă a diferitelor specii de nuclee, prin utilizarea unor

frecvenţe adecvate ale pulsurilor de radiofrecvenţă. În materialele biologice există o serie

de nuclee cu proprietăţi magnetice (1H, 13C, 23Na, 31P, 39K). Cel mai abundent, însă, este

protonul (nucleul de hidrogen) datorită conţinutului mare în apă al organismului. De aceea,

metoda RMN este una dintre metodele neinvazive de elecţie pentru studiul apei în

sistemele biologice. De asemenea, metoda RMN este intens folosită pentru studiul

modificării în timp a concentraţiei unor molecule ce conţin fosfor (ATP, fosfatul anorganic

din muşchi).

În practică, un puls foarte scurt de radiounde aduce nucleele în starea excitată iar

detectoarele înregistrează radioundele (de aceeaşi frecvenţă cu cele care au produs

excitaţia) re-emise de nuclee la dezexcitare. Absorbţia radioundelor (de frecvenţă fixă) nu

poate avea loc decât la o valoare bine precizată a câmpului magnetic. Punctul în care are


Pagina 12 din 16

loc absorbţia poate fi ales prin crearea unui gradient de câmp magnetic cu ajutorul unor

bobine în interiorul cărora sunt plasate şi dispozitivele care generează radioundele.

Tomografia RMN permite obţinerii imaginilor distribuţiei oricăruia din aceste nuclee precum

şi monitorizarea proceselor la care acestea iau parte.

Schema tomografului RMN este aceeaşi cu a tomografului de raze X, doar că

pacientul trebuie plasat în interiorul unui electromagnet ce creează un câmp magnetic

foarte intens (0,05 – 3 T aproximativ de 20.000 de ori câmpul magnetic terestru). Foarte

importante sunt însă şi metodele (din păcate, puţin utilizate în România) care permit

urmărirea proceselor metabolice în care sunt implicate diverse nuclee paramagnetice.

Urmărirea proceselor metabolice poate fi suprapusă peste imaginea anatomică.

Schema de principiu a unui tomograf RMN

În general, contrastul imaginilor este foarte bun şi fără utilizarea substanţelor de

contrast dar în cazuri speciale pot fi folosite şi astfel de substanţe (de exemplu substanţe

pe bază de Gadolin care reduc timpul de re-emisie a radioundelor de către protoni făcând

ca imaginea să fie mai luminoasă).


Pagina 13 din 16

Metode bazate pe radioizotopi Aceste metode presupun introducerea în organism a nucleelor radioactive

(emiţătoare de radiaţii nucleare). Evident aceasta presupune riscuri pentru organism şi de

aceea se impun unele restricţii în utilizarea lor (de exemplu în cazul femeilor gravide, a

copiilor etc.). Izotopii radioactivi nu sunt introduşi ca atare în organism, ci sunt inseraţi în

substanţe (substanţe marcate) implicate în funcţionarea unor organe.

Scintigrafia (SPET- single photon emission tomography)

Presupune introducerea în organism a substanţelor, specifice funcţionării

organului de investigat, marcate cu izotopi radioactivi emiţători de radiaţii γ, de energie

mică. Introducerea substanţei marcate (numit trasor radioactiv, acesta trebuie să prezinte

specificitate pentru un anumit tip de ţesut şi să aibă un timp de înjumătăţire efectivă cât

mai mic, astfel încât să se evite iradierea îndelungată a organismului) sub forma unor

compuşi usor disociabili poate fi făcută prin injectare, inhalare sau pe cale orală. După un

timp, necesar substanţei marcate pentru a ajunge în organul de investigat, cu ajutorul unui

detector de radiaţii (de obicei cu scintilaţii) ce se mişcă lent într-un plan perpendicular pe

axa centrală a corpului se înregistrează radiaţiile emise de izotopii radioactivi. Mărimea

înregistrată este activitatea radioactivă care este direct proporţională cu concentraţia

izotopului în ţesut. Pentru a obţine o imagine bidimensională a distribuţiei izotopului în

zona investigată, aceasta va fi scanată punct cu punct de către un detector de radiaţii. Cu

ajutorul unui calculator datele înregistrate privind emisia de radiaţii γ sunt transformate într-

o imagine pe monitor.

Schema de principiu a unui scintigraf


Pagina 14 din 16

Într-o instalaţie scintigrafică modernă detectorul de radiaţii este camera gamma

(sau cameră de scintilaţie). Elementele principale ale camerei gamma sunt: colimatorul,

cristalele de scintilaţie, reţeaua de fotomultiplicatoare, analizorul de impulsuri şi monitorul.

Colimatorul are rolul de a proiecta pe cristalele scintilatoare radiaţiile provenite de la zona

investigată astfel încât să se asigure claritatea imaginii şi o cât mai bună rezoluţie.

Colimatorul este o placă groasă confecţionată dintr-un material care absoarbe puternic

radiaţiile γ, tungsten sau plumb, străbătută de o reţea de canale cilindrice înguste (sute

sau chiar mii), foarte apropiate unele de celelalte. Canalele sunt separate prin septuri a

căror grosime depinde de energia radiaţei γ folosite (de la zecimi de mm pentru radiaţii de

MeV până la câţiva mm pentru MeV). Orientarea canalelor poate fi paralelă, divergentă

sau convergentă şi determină dimensiunile imaginii. Colimatorul permite trecerea numai a

radiaţiilor γ care sosesc pe direcţia canalelor, fotonii γ care intră oblic fiind absorbiţi de

către septurile de plumb sau tungsten. Pentru a preîntâmpina riscul ca unii fotoni să

traverseze septurile, cu cât energia pe care o au este mai mare, cu atât grosimea

septurilor trebuie să fie mai mare. Există şi colimatoare cu un singur orificiu (pin-hole), prin

care se obţine o imagine răsturnată a sursei. De obicei, o instalaţie scintigrafică este

prevăzută cu mai multe colimatoare permiţând astfel alegerea celui mai adecvat unei

investigaţii date.

Cristalele scintilatoare primesc radiaţiile care au trecut prin colimator şi au rolul de a

transforma energia fotonilor γ în energie luminoasă. În ele se produc scintilaţii al căror

număr este proporţional cu numărul fotonilor absorbiţi şi a căror strălucire este

proporţională cu energia fotonilor absorbiţi. Reţeaua de fotomultiplicatoare dispuse într-o

structură hexagonală, plasată în spatele cristalelor scintilatoare, are rolul de a transforma

semnalul luminos în semnal electric prin efect fotoelectric. Semnalele fotoelectrice au

amplitudinea proporţională cu strălucirea scintilaţiilor. Fotomultiplicatoarele emit, de

asemenea, o pereche de semnale electrice (respectiv pentru poziţiile pe orizontală şi

verticală) care permit identificarea poziţiei fotonului incident. În acest fel, fascicolele de

electroni ce provin de la fotomultiplicator vor fi direcţionate în tubul catodic al monitorului

spre un anumit punct de pe ecranul fluorescent, pe care formează imaginea scintigrafică.

Analizorul de impulsuri, situat între fotomultiplicatoare şi monitor, permit trecerea

numai a semnalelor provenite de la zona investigată, pe baza unei analize spectrale a

energiei fotonilor γ incidenţi, astfel încât să poată fi decelate şi înlăturate semnalele


Pagina 15 din 16

parazite. Aceste semnale parazite apar fie datorită fotonilor γ proveniţi din fondul natural

de radiaţii, fie în urma interacţiei fotonilor γ cu materialul străbătut.

Cu toate că prezintă unele riscuri pentru pacient scintigrafia oferă informaţii

morfologice şi funcţionale care o fac indispensabilă în unele cazuri.

Tomografia prin emisie de pozitroni (PET- positrons emission tomography)

Este o metodă asemănătoare scintigrafiei, doar că în organism se introduc trasori

metabolici activi, adică molecule cu semnificaţie biologică, marcate cu un izotop radioactiv

emiţător de pozitroni (radiaţii β+), de exemplu: 11C, 13N, 15O, 18F. Radiaţia β+ are aceeaşi

masă cu electronul şi sarcină egală cu el dar pozitivă fiind antiparticula electronului.

Nucleele acestor izotopi sunt instabile şi au tendinţa de a trece într-o formă

stabilă prin dezintegrarea unui proton într-un neutron şi un pozitron. În câteva minute de la

injectare, substanţa marcată se acumulează în organele ţintă, respectiv în zonele pentru

care aceasta are cea mai mare afinitate. De exemplu, glucoza marcată cu 11C (timp de

înjumătăţire 20 min.) se acumulează în creier, locul în care glucoza este utilizată ca sursă

primară de energie. Nucleele radioactive se dezintegrează apoi, emiţând pozitroni care se

ciocnesc cu electronii liberi din apropiere. Se produce reacţia de anihilare din care rezultă

2 fotoni γ, având fiecare o energie de 0,514 MeV, care se îndepărtează unul de celălalt în

direcţii diametral opuse. Fotonii γ sunt detectaţi de către o pereche de detectoare situate la

1800 unul faţă de celălalt , care se rotesc solidar.

Prin intermediul unui circuit de coincidenţă, se iau în consideraţie numai fotonii

detectaţi simultan. După detectarea unui număr foarte mare (sute de mii) de reacţii de

anihilare, se calculează distribuţia emiţătorilor de pozitroni prin procedee de reconstrucţie


Pagina 16 din 16

tomografică. Se poate reconstitui în acest mod o imagine bidimensională a distribuţiei

izotopului în ţesutul investigat. Se pot realiza reconstrucţii nu numai pentru secţiuni

transversale, ci şi pentru secţiuni înclinate şi, de aemenea, se pot realiza reconstrucţii

tridimensionale.

Schema unui detector PET- scan

Metoda este foarte sensibilă, permiţând observarea unor fenomene fiziologice

cum ar fi metabolismul glucozei, transportul oxigenului, sinteza proteinelor etc.. Ea permite

chiar diagnosticarea tendinţelor de îmbolnăvire de exemplu în cazul cancerelor sau a bolii

Alzheimer prin identificarea modificărilor de metabolism (de exemplu în cazul celulelor

canceroase are loc o metabolizare mai rapidă a glucozei). Diagnosticarea înainte de

declanşarea bolii (în cazul bolii Alzheimer chiar cu ani înainte) permite terapii care să

prevină sau măcar să încetinească evoluţia bolii.

a 15 bazele fizice ale imagisticii medicale mg

Documents