Bazele fizice ale imagisticii medicale in diagnostic

A Santa

A. Metode Radiologice

Radiografia Radioscopia Angiografia Tomografia plana Computer-tomografia

B. Metode Neradiologice

Ultrasonografia Imagistica prin rezonanta magnetica

Structura generala:

Sursa de radiatie Vectorul (fascicolul de radiatie) Modulatorul (tinta de examinat) Receptorul Decodorul Imaginea finala

I. Sursa de radiatie

Tubul de radiatie X Generatorul

transformator, redresor, temporizor, linie de alimentare, masa de comanda

Accesorii cupola, diafragmul, centrorul luminos, filtrul

de radiatii

Tubul de radiatie:

Catod Filament de tungsten la 2300 C, emite e-

Anoda rotativa Disc metalic cu panta marginala 15-20 gr,

frineaza e- si emite X

Tub de sticla vidat, imbraca ansamblul anoda-catod, racit

cu ulei

Rolul kV Rolul mA Elementul Timp

Elemente de constructie anoda:

Focar (optic, fin vs mare - mai puternic dar cu rezolutie scazuta)

Panta anodei Diametrul anodei Viteza de rotatie Materialul de constructie Racirea

a

b a b

Caracteristici ale anodei:

Tensiunea maximala Putere instantanee (kV x mA) = Watt Putere conventionala (puterea in 0,1 s) =

kWatt

Capacitate termica Sarcina permanenta

Generator: Alimenteaza tubul cu tensiune inalta si intensitate mica,

in curent continuu

Transforma curentul "casnic" in cel necesar tubului Actual, generatoare electronice Contine:

transformatoare (de inalta tensiune si de incalzire a filamentului catodic din tub)

redresoare (AC - DC)

temporizatoare

masa de comanda cu reglaje

Accesorii:

Cupola Diafragmul Centrorul Filtrul (Al, Cu)

II. Vectorul

Radiatie incidenta (emisa) Radiatie absorbita (blocata sau deviata de

modulator)

Radiatie reziduala (post-modulator, purtatoarea informatiei diagnostice)

incidenta

absorbita reflectata refractata

Reziduala utila

Proprietatile radiatiei X:

Radiatie corpusculara (fotoni) Frecventa mare Intensitate (nr de fotoni/unit de

suprafata/timp

Lungime de unda (determina penetranta)

III. Modulatorul (tinta)

Corpul examinat Interactiunea cu rX

Direct ionizant (coliziune, frinare)

Indirect ionizant (ef Compton, ef Fotoelectric, producere de perechi - la energii foarte mari, ef Thompson)

Formarea imaginii:

Captarea radiatiei reziduale (moduri diferite - film, scintilatori, microelemente, digital)

Metode diferite: grafie

scopie

CT

Radioprotectie:

Fond natural 87%, 11,5% medical Iradiere medicala mare

tari sarace: aparatura necorespunzatoare, control slab, tehnici perimate

tari bogate: supralicitare de metode, metode complexe cu iradiere globala crescuta (CT, Angio)

Radioprotectie:

Personal expus profesional Personal neexpus profesional Pacient Apartinator

Iradiere comparativa

Radioscopie toracica fara TV = 100 radiografii Radioscopie toracica cu TV = 10 radiografii Urografie i.v = 35 radiografii Irigoscopie = 77 radiografii CT nativ toracic = 50 radiografii radiografie toracica = 15 zile iradiere fond natural CT = 1-2 ani iradiere fond natural

Elemente radioprotective

Incinta (barita, geam plumbat, usi cu autodeclansator)

Personal (halat, colier, ochelari, DISCIPLINA!)

Pacient (limitare cimp, evitare iradiere nediagnostica)

Apartinatori (expusi doar la nevoie)

IV. RECEPTORUL

Radiografia conventionala si digitala, inclusiv angiografia

Radioscopia conventionala si cu lant TV Tomo plana CT conventional, spiral, multislice

Radiografia

Tub X Film radiologic Caseta radiologica Procesarea chimica Detectori fara film Procesarea electronica

Radiografia conventionala:

Caseta cu film si folii Albastru-verde, dual strat-single strat

Stativ orizontal si vertical Grila antidifuzoare bucky

Filmul radiologic si caseta

Clasic Emulsie fotosensibila Caseta cu folii intaritoare rolul acestora Revelator Baie internediara Fixator

Automatic ud Revelator, fixator, spalare, uscare in masina automata

Full automatic Digital tip xerox, imagini DICOM

+ / -:

Sumarea planurilor Frecvent necesare incidente diferite Rezolutie de contrast slaba

Iradiere redusa Tehnica simpla

Radiografia digitala:

Placi fosforice CCD Sisteme directe Fara developare umeda (uscata sau full digital)

Avantaje (mai ieftin, prelucrabil, stocabil) Dezavantaje (rezolutei geometrica scazuta)

Radioscopia

Clasica Simpla (pe gol) si cu contrast Cu lant de amplificare Digitala

Radioscopia conventionala

Scoatere din uz! Rezolutie slaba Iradiere mare Adaptare scazuta Timp real!

Radioscopie cu lant TV

Amplificare a imaginii conventionale cu camera TV

Rezolutie mai buna Iradiere 10% Nu necesita adaptare

+ / -

In timp real, buna disociere de planuri Rapid orientativa

Iradianta Performanta net inferioara celorlalte

metode

Aplicabila selectiv (Abd pe gol)

Angiografia

Substante de contrast Tehnici Vizualizare clasica, digitala Interventional non-vascular

Computer-Tomografie

Derivata din tomo plana Dinamica, evolutie ascendenta de la single slice la

multislice spiral

Tomografia plana

Radiografie stationara

Tomo plana la inceput

Tomo plana timp intermediar

Tomo plana final

Fizica CT

Radiatie X Tub Detectori Sistem prelucrare date Periferice

Tipuri de CT:

Generatia I Generatia II Generatia III Electron-Beam Spiral Multislice spiral

Generatia I

A BC

Generatia II

a b c

cc

c

a

a

a

b

b

b

AB

C

Generatia III

"X"

rad. "X"

inel cu detectori

Tub raze

Electron-Beam

"X"

"e"

rad. "X"

inel cu detectorisi microanode

fasc. de electroni

Spiral

Termeni specifici - pitch

Spiral multislice

Termeni specifici pitch, pitch*,increment de reconstructie

Volum-imagine

VOXEL

PIXEL

h

Artefact de miscare

Artefact de intarire (Hardening)

Volum partial

A

B

A

B

a b c d

a b c d

h

a b c d

h

a b c d

Rezolutie

Densitate (H.U.)

-1000 -30 -20 O +30 +70 +200 +3000

aer pur grasime apa pura solid calcifieri

lichid viscos compacta osoasa

- 120 HU

+ 60 HU + 600 HU + 180 HU

- 400 HU

Ferestre de examinare

-1000 -30 -20 O +30 +70 +200 +3000

-70 -5 + 26 + 500

Substante de contrast

Digestive Intraluminale Intravenoase naturale!

Substante de contrast digestive

Apa Aer Solutii ce contin metale grele (iod, bariu)

dilutia

Administrare Orala

Clisma

Pe sonda!

Substante de contrast i.v.

Compusi organici cu continut de Iod Ionice Non-ionice

Hiperosmolare

Izoosmolare

Substante de contrast i.v.

Reactii la contrast Usoare (rush, senzatie de incalzire)

Medii (spasm laringian, eruptii cutanate, angor, senzatie de angoasa)

Grave (soc anafilactic!)

Tratament, necesar in serviciul de imagistica, PASTRAREA accesului venos!

! ANAMNEZA!

Reconstructie (MPR)

Reconstructie (MIP)

Headline

Courtesy of University of Department of Radiology Munich, Grosshadern

SOMATOM

Sensation 64

with z-Sharp

9 sec for 479 mm

64 x 0.6 mm

Resolution < 0.4

mm

Rotation 0.33 sec

120 kV

200 mAs

(effective)

Conventional Technology

Without z-Sharp SOMATOM Sensation

With z-Sharp

SOMATOM

Sensation 64

8 sec for 120 mm

Coronary Stent

64 x 0.6 mm

Resolution < 0.4

mm

Rotation 0.37 sec

Courtesy of University Erlangen, Institute of Medical Physics and Department of Cardiology

Headline

Courtesy of University of Department of Radiology Munich, Grosshadern

Triple Rule Out

SOMATOM

Sensation 64

with z-Sharp

22 sec for 260mm

64 x 0.6mm

Resolution < 0.4mm

Rotation 0.33 sec

120 kV

760 mAs (effective)

Heart rate 95bpm

Metode neradiologice

Ultrasonografia (echografia) Imagistica prin Rezonanta Magnetica

Ultrasonografia

Principiu Aparatura Indicatii si limitari

Ultrasonografia

Ultrasunete emise si receptarea ecourilor Fara efecte secundare sau contraindicatii Ieftina, repetabila, versatila

Sistem echografic:

Traductor (emisie si receptie) Masa de comanda si hardware Monitor Periferice (printer, video)

Tipuri de echo: Modul A Modul M Modul B Bidimensional Doppler

continuu

pulsat

color

power

Tridimensional

Traductor:

Frecvente: 2,5 - 3,5 - 5 - 7 - 10 MHz Mecanici vs phased array Liniar, curviliniar, sectorial

Reglaje:

Gain TGC Framerate Reglaje specifice Doppler (PRF, Baseline)

Substante de contrast:

Suspensie stabila de bule de gaz Efect "de sifon" la temperatura torentului

sanguin

Endocavitar:

transesofagian intraoperator intraluminal

A doua armonica

Imagistica prin Rezonanta Magnetica

Principiu Aparatura si tipuri Indicatii si limitari

IRM

Combinatie de campuri magnetice si radiofrecvente

Spectroscopie de protoni Neiradianta Multiplan Angio-uro-colangio-mielo nativ

Nucleul atomului de hidrogen contine 1 PROTON

FARA NEUTRONI, sarcina +, masa +, miscare de spin.

Cel mai frecvent element in corpul uman Sensitivitate magnetica crescuta

DE CE PROTONII

P+

N

S

Protonul: mic magnet in miscare

PROTONII CORPULUI UMAN

PROTONII IN CIMPUL MAGNETIC

COORDONATE

Z

X

Y

Z

X

Y

Vectori in plan

Z

X

Y

Axa de masurare = Y

(MAGNETIZARE

TRANSVERSALA = 0)

MAGNETIZARE COMPLETA

Unda de radiofrecventa (90o

) Z

X

Y

(MAGNETIZARE

TRANSVERSALA = MAX)

Dupa pulsul de radiofrecventa:

Z

X

Y

MAGNETIZAREA

TRANSVERSALA = SCADE

MAGNETIZAREA

LONGITUDINALA= REVINE LA NORMAL

Z

t

RELAXAREA LONGITUD. (Z): Z

X

Y

63%

T1 5T1

Z

t

63%

T1 T1 T1

LCR

S.C. S.A.

T1 = Relativ lung (S.Alba - 680 msec la 1 Tesla)

MAGNETIZAREA TRANSV. (X-Y):

Z

X

Y

X,Y

t

T2 = Relativ scurt (S.A. - 90 msec)

T2*

63%

T2* T2

*

DE CE T2 < T1 ?

Z

X

Y

CUM RECITIM T2 ?

T0 = START!

Ta = T0 + t

1800 (refazare)

Tb = T0 + 2t

Z

X

Y

Z

X

Y

2t = TE

PRODUCEREA ECOULUI

T2*

T2

x,y

t

900 1800 1800

TE TE

TR (Timpul de repetitie)

T2*

T2

x,y

t

900 1800 1800

TE TE

900 1800 1800

TR TR >> TE

RECAPITULARE: T1 = timpul necesar ca 63% din H+ sa se relaxeze

longitudinal

T2* = timpul necesar ca 63% din H+ sa se relaxeze transversal

T1 > T2 Un puls de 900 basculeaza axul in planul x,y Se masoara magnetizarea transversa (in plan x,y) Pulsul de 1800 repolarizeaza protonii, producind un ECHO al semnalului initial

TE = 2 x intervalul intre pulsul 900si 1800

TR = intervalul intre doua pulsuri la 900

T1, T2* si T2 = constante ce tin de interrelatia intre atomi in cadrul structurilor anatomice, depind doar de tipul de tesut si de intensitatea cimpului magnetic (constanta in aparatele de RMN)

TE si TR = variabile, stabilite de catre utilizator, pentru a obtine CONTRAST MAXIMAL INTRE STRUCTURI

CUM GENERAM CONTRAST ? IMAGINEA este generata datorita diferentelor de

relaxare T1 si T2 ale diferitelor tesuturi.

Imagine ponderata T1 = imagine in care contrastul este generat in principal de diferenta de constante T1 ale diverselor tesuturi

Imagine ponderata T2 = imagine in care contrastul este generat in principal de diferenta de constante T2 ale diverselor tesuturi

Densitate protonica = imagine generata de diferenta de concentratie protonica dintre tesuturi.

Efectul TR si TE asupra recuperarii:

TR actioneaza asupra recuperarii pe axa Z (f T1)

TE actioneaza asupra recuperarii in planul x,y(f T2)

z

t

x,y

t TR TR TR TE TE TE

T1 T2

Secvente ponderate T1

z x,y

t TR scurt TE scurt

TR scurt + TE scurt = Secventa ponderata T1

T1 T2

TR = 500 TE = 15 TE = 60

TE = 90 TE = 120

Secvente ponderate T2

z x,y

t TR lung TE lung

TR lung + TE lung = Secventa ponderata T2

T1 T2

TR = 2500 TE = 15 TE = 60

TE = 90 TE = 120

Densitate protonica

z x,y

t TR lung TE scurt

TR lung + TE scurt = Densitate protonica

T1 T2

PD

TR 2500

TE 15

T1 (TR 500, TE 15) T2 (TR 2500, TE 90)

Alte secvente:

Confuzie de termeni!

EX: GRASS (Gradient echo in Steady State) =G.E.

FAST (Fourier Aquired Steady State) = Picker

CBASS (Fast Field Echo) = Philips

FISP (Fast Imaging in Steady State Precession) = Siemens

Echo Gradient

Defazare - refazare cu ajutorul bobinelor de gradient = obtinerea unui ecou de gradient, fara puls de 1800

INVERSIUNE-RECUPERARE

Z

X

Y

z

TI STIR

FLAIR

1800 900

! Diferit de FATSAT (presaturare a grasimii prin radiofr. pura preexcit.)

T2

FLAIR

CUM STIE APARATUL:

UNDE SE AFLA FELIA? CE GROSIME ARE FELIA? CE ORIENTARE IN SPATIU ARE

FELIA?

GRADIENT

0 = B0

Ecuatia Larmor:

0 = B0

B0

B1

B2

B1 = 0,95 T; B0 = 1,0T; B2 =1,05T

1 = B1

mm mm

B1 B2

SELECTIA POZITIEI SI GROSIMII SECTIUNII

Z

X

Y

TREI BOBINE DE

GRADIENT

SECVENTE RAPIDE

Tren rapid de ecouri: Turbo Spin Echo (TSE), Turbo Gradient Echo (TGE) TR>TE, permite n ecouri intre doua TR, fiecare corespunzind altei felii

Puls < 900 Unghi Ernst - Steady State GRE, FISP, FLASH

SECVENTE MIXTE (spin + gradient)

EPI TG-SE

ANGIO-RMN

Time of Flight (TOF) Defazaj de spini (PCA) Contrast IRM - saruri de gadolinium

Substante de contrast

Saruri de Gadolinium In secvente T1 Exista si contrast T2 Exista si USPIO

CE NU SE VEDE LA IRM?

COMPACTA OSOASA CALCIFIERILE HEMORAGIA SUBARACHNOIDIANA

ACUTA

SLABA PERFORMANTA IN: TUB DIGESTIV

PLAMIN

HEMORAGIE / HEMATOM SUPRAACUT

IRM - PERFORMANTA MAX. IN:

SISTEM NERVOS CENTRAL (EXCELENTA IN SUBSTANTA ALBA)

COLOANA VERTEBRALA OSTEO-ARTICULAR VASCULAR CEREBRAL SI PERIFERIC COLANGIO, MIELO, UROGRAFII - FARA S. DE

CONTRAST!

CORD! FUNCTIONAL CEREBRAL (peste 1 T) - difuziune -

perfuzie

CONTRAINDICATII !

PACE MACKER IMPLANT COCHLEAR PROTEZE FEROMETALICE CLIPURI ARTERIALE CORPI STRAINI METALICI INTRAOCULARI CLAUSTROFOBIE

SISTEM

GANTRY CU MAGNET Permanent Electromagnet Mixt Supraconductiv

SISTEM DE RACIRE PUPITRU DE COMANDA CAMERA DEZBRACARE

SISTEM

Antene RF Antifonaj Confort Interventional Contrast

I.V

S.P.I.O.

A air O oil W water L liver M muscle C calcium M - metal

Rolul tehnicianului de aparatura

1. SA EXISTE! 2. Achizitia de date 3. Manipulare pacientului 4. Administrarea de contrast (nu in toate

tarile)

5. Reconstructia primara a imaginilor

VA MULTUMESC!