principiile fizice ale imagisticii medicale-mg-2010-2011

7/25/2019 Principiile Fizice Ale Imagisticii Medicale-MG-2010-2011

1/12

BAZELEFIZICEALEIMAGISTICIIMEDICALE MG20102011

Pagina 1din 12

BAZELE FIZICE ALE IMAGISTICII MEDICALEIntroducere

Obinerea unor date ct mai precise privind modificrile de structur i/sau funcie aorganelor interne este esenial pentru stabilirea diagnosticului, dar i a tratamentului adecvat.Metodele de vizualizare i propun obinerea unor astfel de informaii. Pentru obinerea

informaiilor, un factor fizic trebuie s interacioneze cu organul investigat, modificndu-icaracteristicile. Inevitabil, aceasta afecteaz organul investigat. Este de dorit ca efectele asupraorganismului s fie ct mai mici (metoda s fie ct mai puin invaziv). Pentru a se obine acestlucru trebuie utilizai factori fizici cu energie ct mai mic(de exemplu este de preferat utilizarearadiaiilor neionizante fade cele ionizante) i n dozct mai mic, precum i a unor detectoarect mai sensibile.

Oricum, aceste metode nu trebuie s fie folosite excesiv dac nu este strict necesar. nacelai timp este obligatoriu ca informaiile s se refere la regiuni ct mai mici i mai binedelimitate ale organismului (rezoluia spaials fie ct mai bun). De asemenea, factorii fizicitrebuie s interacioneze ct mai specific cu esuturile pentru ca informaiile s fie ct maidifereniate. Se poate mri specificitatea interaciunilor prin utilizarea substanelor de contrast.

Dintre factorii fizici frecvent utilizai n imagistica medical se pot meniona: cmpurileelectromagnetice (X i radioundele), radiaiile ionizante emise de radioizotopi, ultrasunetele. Un locaparte l ocuptermografia prin care sunt detectate radiaiile infraroii emise de corpul uman, fraaplica factori fizici din exteriorul acestuia.

Imaginile tomografice sunt imagini care pot fi obinute cu oricare dintre factorii fizicimenionai anterior. Caracteristica tehnicilor tomografice constn posibilitatea de a obine imagini

pe seciuni (tomi seciune) ale corpului. Odat aleas seciunea de investigat, aceasta estempritn elemente de volum, numite voxeli (volume elements). De la fiecare voxel se obine unsemnal care reprezint rspunsul la factorul fizic utilizat. Semnalul provenit de la un voxel estedetectat de ctre un dispozitiv specific (traductor) i prin intermediul unui convertor analogo-digital

este introdus ntr-un calculator unde se reconstruiete imaginea pe baza semnalelor primite de la toivoxelii. Fiecrui voxel i corespunde un element de imagine digitalnumit pixel(picture element).Elementele de imagine sunt ordonate ntr-o matrice, n general ptratic, cu n linii i n coloane,astfel nct numrul total de pixeli va fi n2. Fiecrui element (punct al imagimii) i se asociazconvenional o anumitculoare sau nuande gri i un grad de luminozitate.

Metode ce utilizeazultrasuneteUltrasunetele sunt unde mecanice longitudinale cu frecvene de peste 20 kHz. n practic

fenomenul utilizat pentru obinerea informaiei este reflexia sunetelor pe suprafeele ce separdiferitele esuturi, metoda numindu-se ecografie. Ultrasunetele sunt radiaii neionizante, decienergiile implicate sunt mici i riscurile pentru organism practic nu exist. Dezavantajul utilizrii

ultrasunetelor este dat de rezoluia relativ mic.n cazul folosirii pentru investigaii a fenomenelor ondulatorii (reflexie, refracie, absorbieetc.) limitarea rezoluiei este datde fenomenul de difracie. Difracia constn ocolirea aparentaobstacolelor atunci cnd dimensiunea acestora este comparabil cu lungimea de und a radiaiei.Atunci cnd apare difracia obiectul nici nu reflectnici nu absoarbe radiaia devenind invizibil

pentru aceasta. n cazul ultrasunetelor cu frecvena = 2 MHz ce se propagn esuturi moi (viteza

fiind v 1.500s

m) lungimea de und (

v= ) este de circa 0,75 mm. O astfel de rezoluie pare

suficient, dar aceasta este rezoluia maximteoretic posibil, n practicintervenind i alte cauzeale limitrii ei.Soluia poate prea creterea frecvenei ultrasunetelor utilizate dar aceasta implicatt dificulti tehnice ct i creterea energiei ultrasunetelor cu mrirea efectelor asupraorganismului.


2/12


Pagina 2din 12

EcografiaReprezinto clasde metode de investigaie din care fac parte ecografiile de tip 2D, 3D, 4D

(3D n timp real) i Doppler. Toate aceste metode se bazeaz pe reflexia ultrasunetelor pesuprafeele de separaie dintre diferitele regiuni din corpul uman. Un generator (de obicei

piezoelectric) de ultrasunete emite un puls foarte scurt i unidirecional de ultrasunete (cu frecven

fix, de obicei ntre 2 i 20 MHz). Pentru a micora reflexia ultrasunetelor pe suprafaa pielii,fenomen care ar duce la pierderea n cea mai mare parte a energiei undei ptrunse n corp, se aplic

pe corp o substan(parafin, de exemplu) care asigur, practic, ptrunderea ultrasunetelor n corpfrreflexii (adaptarea de impedan) Undele sunt reflectate de diferitele suprafee interne (ecou) irecepionate de un detector (n general cristalul care emite ultrasunetele este i detector).

Schema de principiu a ecografului

Imagine ecograficfetalla 17 sptmni

Se msoartimpii scuri ntre emiterea pulsului de ultrasunete i recepionarea ecourilor,iar un calculator, cunoscnd viteza de propagare a ultrasunetelor (n esuturile moi de circa1.500m/s), va calcula distanele pnla punctele n care au avut loc reflexiile. Apoi se emite un puls

pe o altdirecie la un mic unghi fade prima. n final se baleiazun arc de cerc, iar calculatorul,pe baza distanelor calculate, genereazo imagine. Dacse folosesc simultan mai multe sonde deultrasunete plasate convenabil, imaginile plane (2D) pot fi asamblate de calculator i transformate nimagini tridimensionale, iar dac dispunem de un calculator puternic i de programele adecvate,

imaginile tridimensionale pot fi obinute practic instantaneu (ecografie 4D sau 3D real-time).Evident n ecografia 4D se obin mult mai multe informaii dect n cea 2D.


3/12


Pagina 3din 12

Ecografie fetal3D

Ecografia DopplerUtilizeazmodificarea frecvenei undelor la reflexia pe obiecte aflate n micare pentru a

determina viteza de deplasare a acestora tiindu-se cfrecvena undei reflectate pe ele depinde deviteza lor.

Dacreflexia are loc pe hematii se poate determina viteza de curgere a sngelui n inimsau vase sanguine, regimul de curgere (laminar sau turbulent), volumul care curge n unitatea detimp, viteza de contracie a pereilor inimii etc. De exemplu, n oftalmologie, se poate vizualiza

fluxul retinian putndu-se depista o trombozde venretinianoftalmic; se pot diagnostica artritei tromboze venoase; fiind o investigaie neinvaziv este folosit pentru msurarea fluxuluisanguine n diferite regiuni anatomice ale ftului, realizndu-se n timpul aceleiai investigaii cuecografia normal morfologic; diagnosticarea unor afeciuni cardiace: insuficiena cardiac,stenoze (ngustarea calibrului vascular) sau insuficiene ale valvelor (lipsa nchiderii), boli cardiacecongenitale, infarctul miocardic etc.

nregistrrile pot fi fcute utiliznd pulsuri de ultrasunete (PWD- Pulsed Wave Doppler)caz n care emitorul i detectorul pot fi acelai cristal sau n regim de emisie i recepie continu(CWD- Continuu Wave Doppler) caz n care emitorul i detectorul vor fi cristale diferite. CWDeste utilizat mai ales pentru investigarea cordului (regiunea investigat este bine delimitat dardeterminarea vitezelor nu este foarte precis) iar PWD este utilizatatt n investigarea inimii ct i

a vaselor sanguine (regiunea investigat este mai puin bine delimitat n schimb vitezele suntdeterminate cu acuratee).

Principiul ecografiei DopplerToate tehnicile ecografice sunt examene neiradiante, neinvazive, nedureroase care nu

necesito pregtire prealabila pacientului sau internarea acestuia.

Metode care folosesc radiaii electromagneticeAceste metode se bazeazpe absorbia emisia i, eventual, re-emisia difereniatde ctre

diferitele esuturi a anumitor tipuri de radiaii electromagnetice. n practicradiaiile utilizate sunt


4/12


Pagina 4din 12

rad iile

magnetice intense i variabile. Acestea nu pot avea totuiefe sp

Reprezint o tehnic de nregistrare a radiaiilor infraroii emise de suprafaa corpuluifotografie n infrarou). Emisia de radiaii infraroii este dependentde temperatur

astf

ia infraroii n termografie, X (Roentgen) n radiografie, radioscopie i tomografia (tehnicde obinere a imaginilor de seciuni) computerizat(CT), i radioundele n tehnicile RMN (n acestdin urmcaz corpul trebuie plasat ntr-un cmp magnetic variabil de intensitate mare). Radiaiile Xsunt radiaii ionizante, deci la doze mari ele ar putea fi periculoase pentru organism. n aparatelemoderne se folosesc nsdetectori de mare sensibilitate, iar fasciculele de radiaii sunt bine colimate

(direcionate) ceea ce reduce spre zero riscurile att pentru pacient ct i pentru personalul dedeservire (care nici nu stn camera n care are loc investigaia). Oricum, dat fiind faptul cefecteleradiaiilor ionizante sunt cumulative n timp, astfel de investigaii nu trebuie repetate la intervalemici de timp dacnu este strict necesar.

Radioundele sunt radiaii neionizante, deci practic ele nu sunt periculoase, dar rmninsuficient cunoscute efectele cmpurilor

cte ecifice mari asupra unor structuri deoarece cmpul magnetic nu poate transfera directenergie particulelor.

Termografia

uman (practic oel nct nregistrarea emisiei n infrarou permite determinarea cu mare precizie a temperaturii

(se pot determina diferene mai mici de 0,1 C, i de aceea este necesar ca, nainte de termografie,pacientul dezbrcat s stea nemicat 20 de minute la o temperatur de circa 21C i n absenacurenilor de aer, pentru ca datele obinute saibsemnificaie diagnostic).

Sindromul Raynaud atacuri vasospastice care determina vasoconstricia capilarelor de la extremitiLa rndul ei, temperatura este determinatde activitatea local (metabolic, circulatorie etc.).

Determi ur ,n

a i radioscopia. Radiaiile XRadiaiile X pot fi privite din doupuncte de vedere: ondulatoriu i corpuscular. Din punct

magnetice cu lungimea de undcuprinsaproximativ ninterva

narea diferenelor de temperaturntre diferite regiuni ca i a modificrilor de temperattimp, n acelai loc permite semnalarea modificrilor de structur i/sau funcie a diverselor

organe chiar i nainte de declanarea bolii. Aceasta permite diagnosticarea unei multitudini de boli(cancere, infecii, afeciuni tiroidiene etc.). De remarcat cmetoda este total neinvaziviar costurilesunt mici.

Radiografi

de vedere ondulatoriu, ele sunt unde electrolul 0,1 100 (1 = 10-10 m). Din punct de vedere corpuscular, ele sunt fotoni cu energii de

circa 0,1 100 keV (1 eV = 1,610-19 J). Cele doumoduri de a privi radiaiile X, dei aparentcontradictorii, sunt de fapt complementare aa cum rezultdin teoria dualismului und corpuscul.Dat fiind faptul cenergia radiaiilor X este superioarenergiei de ionizare (de circa 10 eV), ele fac

parte din categoria radiaiilor ionizante ca i radiaiile nucleare, putnd avea aceleai efecte ca i

acestea.


5/12


Pagina 5din 12

adiaiile X pot fi produse n doumoduri:1. prin frnarea brusca electronilor puternic accelerai (deci avnd energii cinetice mari) caz ncare se ctru continuu (conin toate lungimile de und

ristice i au un spectru discret (sunt prezente doar radiaii cu anumite

ascicul de electroni de energie mare, iar a doua, frnarea bruscaacestor

, nclzit prin trecerea unui curent electrici un a

stincinteste perforat un orificiu ngust carepermite

R

numescradiaii X de frnarei au un spedintr-un anumit domeniu)2. prin dezexcitarea electronilor pe un nivel interior al unui atom greu caz n care radia iile se

numescradiaii X caractelungimi de undbine precizate)

n practicse folosesc mai ales radiaiile X de frnare. Obinerea lor presupune douetape,prima constnd n obinerea unui f

a pe inte metalice cu generarea de radiaii X. n radiologie ambele procese se petrec ntr-untub Coolidge, obinndu-se radiaii X de energie nu foarte mare. Atunci cnd este nevoie de radiaiiX de energie mare (de exemplu n tratarea cancerelor profunde), electronii de energii mari sunt

produi n acceleratoare liniare de particule (betatroane).Tubul Coolidge este un tub de sticlvidat (vidul trebuie sfie destul de naintat) i conine

un catod dintr-un material greu fuzibil (poate fi wolfram)nod (tot dintr-un material greu fuzibil (wolfram, molibden, reniu). Prin nclzire catodul

emite electroni (efect termoelectronic) iar electronii sunt puternic accelerai de cmpul electricdintre catod i anod (tensiunea poate depi 100 kV).

Tubul generator de radiaii X trebuie plasat ntr-o incint de plumb pentru a preveniiradierea persoanelor care deservesc instalaia. n acea

ieirea unui fascicul ngust i bine colimat de radiaii X.n betatroane accelerarea electronilor se face tot de ctre cmpul electric, dar lungimea mai

mare permite obinerea de energii mai mari.

Schema tubului Coolidge

Radiografia i radioscopia permit obinerea de imagini pe film fotografic sau pe un ecran ceconine o substanluminescent(emit radiaiilor X contrastul putnd fi mrit

prin

asemenea, esuturile cudensiti

e luminsub aciuneaintermediul unui intensificator de imagine bazat pe efect fotoelectric).

Dezavantajul metodei constn faptul cimaginea tuturor esuturilor ntlnite de o razX

vor fi suprapuse pe imagine ceea ce duce la micorarea rezoluiei. Deapropiate nu sunt bine difereniate pe imagine. n acest caz, se folosesc substane de

contrast care se administreazpe cale oral sau prin injectare pacientului, nainte de investigare.Acestea sunt substane ce conin iod sau bariu (elemente cu greutate atomic mare) i au

proprietatea de a mri absorbia radiaiilor X, contrastul imaginii devenind mai bun. Astfel pot fivizualizate, de exemplu, cavitile abdominale.


6/12


Pagina 6din 12

Schema obinerii unei radiografii (radioscopii)

Imagine radiograficpulmonar Radiografie cu substande contrast (Bariu) de intestingros si colon

Tomografia computerizat(CT)Permite obinerea imaginii oricrei seciuni prin corpul uman, imaginea final, rezultatn

urma prelucrrii digitale, avnd o foarte mare precizie. Dacse fac imagini ale seciunilor succesiveacestea pot fi asamblate n imagini tridimensionale ale organelor interne.

Emitorul de radiaii X emite un flux ngust de radiaii X pe o direcie din seciunea acrei imagine vrem so obinem. Radiaiile emergente sunt detectate (detectoarele sunt , de obicei,cu scintilaie), iar computerul calculeaz absorbia pe direcia investigat. Apoi emitorul ischimb poziia nregistrndu-se absorbia pe alt direcie. La o rotire complet a sursei n jurul

corpului pacientului se realizeazcteva sute de mii de nregistrri care permit obinerea ctorvasute de imagini, fiecare imagine fiind reprezentatn calculator de ctre o matrice cu un numr depixeli ce depinde de gradul de rezoluie dorit. Fiecare nregistrare conine informaii privindcoeficientul de atenuare pe cte o direcie spaial n cadrul seciunii, deci atenuarea totaldepinde de atenurile produse de toi voxelii din esut aflat pe direcia razei. Reprezentareadigitala fiecrei imagini este stocatn memoria calculatorului, unde, prin prelucrarea imaginilorindividuale se construiete imaginea final. Pentru a putea individualiza contribuia unui voxel sefolosesc algoritmi care stabilesc intersecia razelor ce strbat elementul de volum respectiv. Pentru

prelucrarea digitala imaginii, fiecrui voxel i se asociazun numr tomografic, iar luminozitateapunctului (pixelului) corespunztor din imagine va fi proporional cu acel numr (numrultomografic se calculeazpe baza coeficienilor de atenuare). Numrul tomografic al apei este, prin

definiie, egal cu 0; esuturile care au un coeficient de atenuare mai mic dect al apei au un numrtomografic negativ, iar cele cu un coeficient de atenuare mai mare dect al apei au un numr


7/12


Pagina 7din 12

tomografic pozitiv.Calitatea imaginii tomografice depinde de o serie de factori care in att deparametrii tehnici ai nregistrrii ct i de modul de prelucrare digital. Prin nregistrrilerealizate n planul unei seciuni se obine o imagine bidimensional. Pentru realizarea unei imaginitridimensionale, pacientul poate fi translatat, astfel nct, n final s fie asamblate datele obinute

pentru fiecare seciune. Actualmente se folosesc, de asemenea, instalaii n care nregistrarea se face

n spiral, fie prin deplasarea pacientului n mod continuu, simultan cu iradierea, fie sursa deradiaii X i reeaua de detectoare se rotesc solidar n jurul corpului pacientului pe o traiectorieelicoidal. n acest caz se folosesc algoritmi de prelucrare de alt tip dect n cazul nregistrrii peseciuni distincte.

Pentru mrirea contrastului pe esuturi mai puin dense se folosesc substane de contrast ceconin iod (care absoarbe radiaiile X) administrate intravenos sau pe cale oral.

Vedere axiala pieptului, cu emfizem (dilatarea alveolelor pulmonare, ca urmare a pierderii elasticitii esutului)

Schema de principiu a tomografului computerizat

Tomografia RMN(rezonanmagneticnuclearn englezNMR sau MRI)Se bazeaz pe proprietatea unor nuclee (numite paramagnetice) de a absorbi radioundeatunci cnd sunt plasate ntr-un cmp magnetic adecvat. Printre nucleele care au aceastproprietatese numrprotonul (nucleul de hidrogen H1), P31, Na21, Fl19. Aceste nuclee se comport ca nitemici magnei care, plasai ntr-un cmp magnetic extern puternic, se vor orienta fa de acesta

paralel (starea excitat) sau antiparalel (starea fundamental), executnd o micare de precesie njurul unei axe orientate pe direcia cmpului magnetic.

Frecvena micrii de precesie depinde de inducia magnetic a cmpului i se afl ndomeniul de radiofrecvene, adic este de ordinul MHz. Pentru un cmp de 0.25 Tesla (2500Gauss), la temperatura de 250C, este suficiento diferende 1 la 1 milion ntre cele doupopulaii(orientare paraleli antiparalel) pentru a da natere unei magnetizri nete. Aceastmagnetizare

corespunde energiei nivelului fundamental (orientarea paralel) al protonului n cmp magnetic.Pentru a trece ntr-o stare excitat(orientare antiparalel), protonul trebuie sprimeascdin exterior


8/12


Pagina 8din 12

o energie proporionalcu frecvena micrii de precesie. Aceastfrecvense numete frecvende rezonan.

Micarea de precesie n jurul unei axe orientate pe direcia cmpului magnetic

Dac asupra nucleelor aflate n cmp magnetic se trimite un puls de radia ie

electromagnetic din domeniul de radiofrecven (radiounde), avnd frecvena egal cu cea amicrii de precesie, nucleele respective absorb energia prin rezonan i trec pe un nivel excitat(nivel permis din punct de vedere cuantic). n acest fel se modific orientarea momentelormagnetice nucleare n raport cu cmpul magnetic static.

Absorbia pulsului de radiaie electromagnetic avnd frecvende rezonanegalcu cea a micrii de precesie anucleului n jurul cmpului magnetic exterior

La ntreruperea pulsului de radiofrecven, nucleele excitate se dezexcit i emit unsemnal cu aceeai frecven ca i cea absorbit (ecou), revenind la poziia de aliniere n cmp.

Nucleele nu se dezexcitsimultan, ci treptat, conform unei variaii exponeniale n timp (relaxareexponenial). Relaxarea este caracterizatprin timpii de relaxare longitudinal (timpul dupcare

magnetizarea pe direcia paralel cu cmpul revine la 0,63 din valoarea iniial) i transversal(timpul dupcare magnetizarea pe direcia perpendicularpe cmp scade la 0,37 din valoarea dedupexcitare), timpi care diferde la un tip de nucleu la altul i chiar la acelai tip n funcie desubstana chimic creia i aparine. Nu numai timpii de relaxare, ci i frecvenele de rezonan

pentru diferite nuclee sau izotopi ale acestora difer. De exemplu, pentru un cmp de 0,1 T (1000Gauss) frecvena de rezonan a protonilor este 4,2 MHz, iar a fosforului 1,7 MHz. Aceastspecificitate permite explorarea selectiva diferitelor specii de nuclee, prin utilizarea unor frecveneadecvate ale pulsurilor de radiofrecven. n materialele biologice exist o serie de nuclee cu

proprieti magnetice (1H, 13C, 23Na, 31P, 39K). Cel mai abundent, ns, este protonul (nucleul dehidrogen) datoritconinutului mare n apal organismului. De aceea, metoda RMN este una dintremetodele neinvazive de elecie pentru studiul apei n sistemele biologice. De asemenea, metoda

RMN este intens folositpentru studiul modificrii n timp a concentraiei unor molecule ce coninfosfor (ATP, fosfatul anorganic din muchi).


9/12


Pagina 9din 12

n practic, un puls foarte scurt de radiounde aduce nucleele n starea excitat iardetectoarele nregistreaz radioundele (de aceeai frecven cu cele care au produs excitaia) re-emise de nuclee la dezexcitare. Absorbia radioundelor (de frecvenfix) nu poate avea loc dect lao valoare bine precizata cmpului magnetic. Punctul n care are loc absorbia poate fi ales princrearea unui gradient de cmp magnetic cu ajutorul unor bobine n interiorul crora sunt plasate i

dispozitivele care genereazradioundele. Tomografia RMN permite obinerii imaginilor distribuieioricruia din aceste nuclee precum i monitorizarea proceselor la care acestea iau parte.

Schema tomografului RMN este aceeai cu a tomografului de raze X, doar cpacientultrebuie plasat n interiorul unui electromagnet ce creeazun cmp magnetic foarte intens (0,05 3T aproximativ de 20.000 de ori cmpul magnetic terestru). Foarte importante sunt nsi metodele(din pcate, puin utilizate n Romnia) care permit urmrirea proceselor metabolice n care suntimplicate diverse nuclee paramagnetice. Urmrirea proceselor metabolice poate fi suprapuspesteimaginea anatomic.

Schema de principiu a unui tomograf RMNn general, contrastul imaginilor este foarte bun i frutilizarea substanelor de contrast

dar n cazuri speciale pot fi folosite i astfel de substane (de exemplu substane pe bazde Gadolincare reduc timpul de re-emisie a radioundelor de ctre protoni fcnd ca imaginea s fie mailuminoas).

Metode bazate pe radioizotopiAceste metode presupun introducerea n organism a nucleelor radioactive (emitoare de

radiaii nucleare). Evident aceasta presupune riscuri pentru organism i de aceea se impun unelerestricii n utilizarea lor (de exemplu n cazul femeilor gravide, a copiilor etc.). Izotopii radioactivinu sunt introdui ca atare n organism, ci sunt inserai n substane (substane marcate) implicate n

funcionarea unor organe.Scintigrafia(SPET- single photon emission tomography)

Presupune introducerea n organism a substanelor, specifice funcionrii organului deinvestigat, marcate cu izotopi radioactivi emitori de radiaii , de energie mic. Introducereasubstanei marcate (numit trasor radioactiv, acesta trebuie sprezinte specificitate pentru un anumittip de esut i saibun timp de njumtire efectivct mai mic, astfel nct sse evite iradiereandelungata organismului) sub forma unor compui usor disociabili poate fi fcutprin injectare,inhalare sau pe cale oral. Dupun timp, necesar substanei marcate pentru a ajunge n organul deinvestigat, cu ajutorul unui detector de radiaii (de obicei cu scintilaii) ce se miclent ntr-un plan

perpendicular pe axa central a corpului se nregistreaz radiaiile emise de izotopii radioactivi.Mrimea nregistrat este activitatea radioactiv care este direct proporional cu concentraiaizotopului n esut. Pentru a obine o imagine bidimensional a distribuiei izotopului n zonainvestigat, aceasta va fi scanatpunct cu punct de ctre un detector de radiaii. Cu ajutorul unui


10/12


Pagina 10din 12

calculator datele nregistrate privind emisia de radiaii sunt transformate ntr-o imagine pemonitor.

Schema de principiu a unui scintigraf

ntr-o instalaie scintigraficmoderndetectorul de radiaii este camera gamma (sau camerde scintilaie). Elementele principale ale camerei gamma sunt: colimatorul, cristalele de scintilaie,reeaua de fotomultiplicatoare, analizorul de impulsuri i monitorul. Colimatorul are rolul de a

proiecta pe cristalele scintilatoare radiaiile provenite de la zona investigatastfel nct sse asigureclaritatea imaginii i o ct mai bunrezoluie. Colimatorul este o placgroasconfecionatdintr-un material care absoarbe puternic radiaiile , tungsten sau plumb, strbtutde o reea de canalecilindrice nguste (sute sau chiar mii), foarte apropiate unele de celelalte. Canalele sunt separate prinsepturi a cror grosime depinde de energia radiaei folosite (de la zecimi de mm pentru radiaii de

MeV pn la civa mm pentru MeV). Orientarea canalelor poate fi paralel, divergent sauconvergenti determindimensiunile imaginii. Colimatorul permite trecerea numai a radiaiilor care sosesc pe direcia canalelor, fotonii care introblic fiind absorbii de ctre septurile de plumbsau tungsten. Pentru a prentmpina riscul ca unii fotoni straverseze septurile, cu ct energia pecare o au este mai mare, cu att grosimea septurilor trebuie sfie mai mare. Existi colimatoare cuun singur orificiu (pin-hole), prin care se obine o imagine rsturnata sursei. De obicei, o instalaiescintigraficeste prevzutcu mai multe colimatoare permind astfel alegerea celui mai adecvatunei investigaii date.

Cristalele scintilatoare primesc radiaiile care au trecut prin colimator i au rolul de atransforma energia fotonilor n energie luminoas. n ele se produc scintilaii al cror numr este

proporional cu numrul fotonilor absorbii i a cror strlucire este proporional cu energia

fotonilor absorbii. Reeaua de fotomultiplicatoare dispuse ntr-o structur hexagonal, plasat nspatele cristalelor scintilatoare, are rolul de a transforma semnalul luminos n semnal electric prinefect fotoelectric. Semnalele fotoelectrice au amplitudinea proporionalcu strlucirea scintilaiilor.Fotomultiplicatoarele emit, de asemenea, o pereche de semnale electrice (respectiv pentru poziiile

pe orizontal i vertical) care permit identificarea poziiei fotonului incident. n acest fel,fascicolele de electroni ce provin de la fotomultiplicator vor fi direcionate n tubul catodic almonitorului spre un anumit punct de pe ecranul fluorescent, pe care formeaz imagineascintigrafic.

Analizorul de impulsuri, situat ntre fotomultiplicatoare i monitor, permit trecerea numai asemnalelor provenite de la zona investigat, pe baza unei analize spectrale a energiei fotonilor incideni, astfel nct spoatfi decelate i nlturate semnalele parazite. Aceste semnale paraziteapar fie datoritfotonilor provenii din fondul natural de radiaii, fie n urma interaciei fotonilor cu materialul strbtut.


11/12


Pagina 11din 12

Cu toate cprezintunele riscuri pentru pacient scintigrafia oferinformaii morfologicei funcionale care o fac indispensabiln unele cazuri.

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

Este o metod asemntoare scintigrafiei, doar c n organism se introduc trasori

metabolici activi, adic molecule cu semnificaie biologic, marcate cu un izotop radioactivemitor de pozitroni (radiaii +), de exemplu: 11C, 13N, 15O, 18F. Radiaia +are aceeai mascuelectronul i sarcinegalcu el dar pozitivfiind antiparticula electronului. Nucleele acestorizotopi sunt instabile i au tendina de a trece ntr-o form stabilprin dezintegrarea unui protonntr-un neutron i un pozitron. n cteva minute de la injectare, substana marcatse acumuleaznorganele int, respectiv n zonele pentru care aceasta are cea mai mare afinitate. De exemplu,glucoza marcatcu 11C (timp de njumtire 20 min.) se acumuleazn creier, locul n care glucozaeste utilizat ca surs primar de energie. Nucleele radioactive se dezintegreaz apoi, emind

pozitroni care se ciocnesc cu electronii liberi din apropiere. Se produce reacia de anihilare din carerezult2 fotoni , avnd fiecare o energie de 0,514 MeV, care se ndeprteazunul de cellalt ndirecii diametral opuse. Fotonii sunt detectai de ctre o pereche de detectoare situate la 1800unulfade cellalt , care se rotesc solidar.

Prin intermediul unui circuit de coinciden, se iau n consideraie numai fotonii detectaisimultan. Dupdetectarea unui numr foarte mare (sute de mii) de reacii de anihilare, se calculeazdistribuia emitorilor de pozitroni prin procedee de reconstrucie tomografic. Se poate reconstituin acest mod o imagine bidimensionala distribuiei izotopului n esutul investigat. Se pot realizareconstrucii nu numai pentru seciuni transversale, ci i pentru seciuni nclinate i, de aemenea, se

pot realiza reconstrucii tridimensionale.Metoda este foarte sensibil, permind observarea unor fenomene fiziologice cum ar fi

metabolismul glucozei (de exemplu reducerea abilitii neuronilor de a utiliza glucoza duce laalterarea multor funcii cerebrale), transportul oxigenului, sinteza proteinelor etc.


12/12


Pagina 12din 12

Schema unui detector PET- scan

Metoda permite chiar diagnosticarea tendinelor de mbolnvire de exemplu n cazulcancerelor sau a bolii Alzheimer prin identificarea modificrilor de metabolism (de exemplu ncazul celulelor canceroase are loc o metabolizare mai rapida glucozei). Diagnosticarea nainte dedeclanarea bolii (n cazul bolii Alzheimer chiar cu ani nainte) permite terapii care sprevinsaumcar sncetineascevoluia bolii.

Stnga: Imaginea PET de la o persoan

care nu consumcocain; dreapta: imaginePET de la un dependent de cocain

Rou nivel maxim de utilizare a glucozeiAlbastru nivel minim de utilizare a

glucozei

Stnga: imagine PET ce aratactivitate

cerebralnormal; dreapta: imaginePET ce aratactivitate cerebralreduscauzatde boala Alzheimer. Diminuareaalbului i galbenului intens din imaginea

din dreapta aratinstalarea boliiAlzheimer, iar ntinderea zonelor

colorate n verde i albastru indico

activitate cerebralsczut

PET tumorcerebral.

Zona de galben strlucitori portocaliu indic

localizarea tumorii caremetabolizeazglucoza mai

rapid dect celulelenetumorale

principiile fizice ale imagisticii medicale-mg-2010-2011

Documents