Biofizyka, Położnictwo 2017/18, W

Transkrypt

1 Zagadnienia Wykład 5 Podstawy wybranych metod diagnostyki obrazowej 1) Ultrasonografia 2) Rentgenografia 3) Densytometria 4) Tomografia komputerowa 5) Kardiotokografia (KTG) Fale akustyczne Fala to rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie. Wielokrotna i cykliczna zmiana jakieś wielkości fizycznej. W przypadku fali akustycznej w ośrodku przenoszona jest energia poprzez przenoszenie drgań cząsteczek. Zaburzenie to można traktować, jako lokalne, cykliczne zmiany ciśnienia. Ogólnie fale mogą być podłużne, lub poprzeczne, ale fale akustyczne są zawsze podłużne. Ze względu na częstotliwości fale akustyczne dzielimy na infradźwięki < 16Hz dźwięki 16Hz 20 khz ultradźwięki >20 khz Fala podłużna Fala poprzeczna Ultradźwięki Ultrasonografia (USG) Ultradźwięki, to fale mechaniczne rozchodzące się w ośrodkach sprężystych (gazowych, ciekłych i stałych), mające charakter fal dźwiękowych o częstotliwościach wyższych od górnej granicy słyszalności ucha ludzkiego (20 khz). Jest to umowna granica, ponieważ zakres słyszanych częstotliwości jest cechą osobniczą i zależy od wielu czynników, w tym również od wieku. Psy, myszy, szczury słyszą dźwięki do 40 khz. Niektóre zwierzęta wykorzystują ultradźwięki do echolokacji. Kot ~45 khz W diagnostyce wykorzystuje się ultradźwięki o częstotliwościach w zakresie 1-15 MHz, odpowiada to zakresowi długości fali mm (w tkance miękkiej). Im wyższa częstotliwość tym lepsza zdolność rozdzielcza uzyskiwanego obrazu, ale równocześnie tym mniejszy zasięg wiązki. 1

2 Zasada działania Właściwości tkanek Materiał / tkanka Prędkość dźwięku [m/s] Opór akustyczny [ 10 5 g/cm 2 /s] Woda ,49 Tkanka tłuszczowa ,37 Tkanka mięśniowa ,66 Nerka ,62 Wątroba ,66 Z i impedancja akustyczna I i intensywność wiązki ρ i gęstość ośrodka C i prędkość wiązki w ośrodku Tkanka kostna ~3500 6,2 Powietrze ~340 0,00041 Zakres stosowalności USG Wytwarzanie ultradźwięków Odwrotny efekt piezoelektryczny Materiał 1 Materiał 2 R = I r / I 0 Powietrze 0.99 Płuca 0.52 Tkanka miękka Kość 0.43 Wątroba Tkanka tłuszczowa Mięśnie Detekcja ultradźwięków Efekt piezoelektryczny Prezentacja A d = T c 2

3 Prezentacja B Prezentacja M Sonda liniowa, sektorowa i convex liniowa sektorowa convex 3

4 Ultrasonografia Dopplerowska Przykład: φ=60 o, f 0 = 3 MHz i v = 10 cm/s f = 200 Hz Zalety i wady ultrasonografii -Całkowicie bezpieczna dla pacjenta przy stosowanych w diagnostyce natężeniach wiązki (poniżej 10-1 W/cm 2 ). - Badanie dynamiczne, umożliwia badania funkcjonalne (przepływy, kontrasty). - Pewna dowolność definiowania płaszczyzny skanowania. - Niskie koszty w porównaniu z innymi metodami, a przez to duża dostępność. -Możliwość stosowania w sali operacyjnej. - Nie wymaga zatrudnienia dodatkowego personelu. Rentgenodiagnostyka prawo osłabienia - Wymaga dużego doświadczenia od lekarza przeprowadzającego badanie. - Obrazy trudne do interpretacji, gdyż zawierają liczne artefakty. - Stosunkowo niska rozdzielczość (~ 1 mm). - Problemy z wykonywaniem pomiarów (wyniki pomiarów 2D zależą od doświadczenia operatora). - Obrazowanie 2D. 4

5 Błona rentgenowska Emulsja fotograficzna żelatyna (55%) AgBr (33%) AgJ (2%) H 2 O (10%) Zasada działania błony RTG RTG cyfrowe Detektory w rentgenografii Rentgenodiagnostyka analogowa -Błona rentgenowska Płytka obrazująca (halogenki baru aktywowane europem, np. BaFBr:Eu 2+ ) Rentgenodiagnostyka cyfrowa - Systemy rejestracji bezpośredniej układ CCD lub CMOS czuły w zakresie VIS + konwerter promieniowania X na VIS układ CCD lub CMOS czuły w zakresie X - Systemy rejestracji pośredniej płyty pamięciowe (image plates) 5

6 Płytka obrazująca Detektory cyfrowe Ze względu na dużą wydajność detekcji w porównaniu do błony rentgenowskiej detektory cyfrowe pozwalają zmniejszyć dawkę promieniowania otrzymywaną przez pacjenta. Zdolność rozdzielcza układów cyfrowych jest gorsza niż błony. Płytka obrazująca vs błona rentgenowska Płytka obrazująca vs błona rentgenowska 6

7 Densytometria rentgenowska Densytometria rentgenowska Aparat składa się z lampy RTG emitującej dobrze skolimowaną wiązkę promieniowania X, tzw. pencil beam. Wiązka przechodzi przez ciało pacjenta i jest rejestrowana przez detektor półprzewodnikowy. Osłabienie wiązki zależy od gęstości kości i jej grubości, jak wynika z prawa osłabienia. Nie można wyznaczyć gęstości fizycznej kości w g/cm 3 a jedynie gęstość powierzchniową w g/cm 2, bo nie znamy wymiarów i gęstości badanego obszaru. Badanie ma sens, jeśli wynik pacjenta porównany zostanie z rozbudowaną bazą danych. Wynik porównuje się ze średnią w danej populacji (Z-score) i z osobą młodą o szczytowej masie kostnej (T-score). Densytometria rentgenowska Niedobór danych w równaniu na osłabienie wiązki można częściowo wyeliminować poprzez zastosowanie badania dla dwóch różnych energii wiązki. Zróżnicowanie energii wiązki osiąga się najczęściej przez stosowanie dodatkowych filtrów na drodze wiązki. Mimo zastosowania dwóch energii nie można badać gęstości fizycznej, a jedynie gęstość powierzchniową. Badania przeprowadza się dla konkretnych, dobrze zdefiniowanych lokalizacji w ciele pacjenta. Wynik porównuje się z bazą danych i określa się odchylenie wyniku od średniej dla populacji. 7

8 Pantomografia Radiologia warstwowa Pantomografia jest odmianą i bardziej skomplikowaną wersją radiologii warstwowej. Stosuje się ją w stomatologii. Pantomografia Pantomografia Angiografia subtrakcyjna 8

9 Angiografia subtrakcyjna Tomografia komputerowa (TK) By Oryginalnym przesyłającym był Glitzy queen00 z angielskiej Wikipedii - Na Commons przeniesiono z en.wikipedia., Domena publiczna, Metoda wstecznej projekcji Techniki skanowania w TK 9

10 Wielorzędowa TK Sekwencyjna / spiralna TK Tomografia komputerowa mierzymy rozkład liniowego współczynnika osłabienia promieniowania X (µ ) µ wyrażane jest w jednostkach względnych (HU - Hounsfield Units) dawka promieniowania jonizującego równa jest dawce otrzymywanej w kilku(nastu) standardowych badaniach RTG energie stosowane w TK: kev czas obrotu lampy wokół pacjenta: ~ 0.5 s czas skanowania w spiralnej TK: ~ 20 s Jednostki Hounsfield a Tkanka HU Kość 1000 Wątroba Istota biała 46 Istota szara 43 Krew 40 Mięśnie Nerki 30 Płyn mózgowo-rdzeniowy 15 Woda 0 Tkanka tłuszczowa Powietrze Okno tomograficzne Okno tomograficzne Zakres zmienności HU jest szeroki ( ). Ze względu na ograniczenia oka ludzkiego pod względem rozróżniania odcieni szarości monitory komputerowe posługują się skalą 256 stopni. Przeskalowanie liniowe skali Hounsfield a na skalę szarości powoduje, że subtelne różnice (np. pomiędzy istotą szarą i istotą białą w mózgu) nie mogą być rozróżniane. Z w/w powodów stosuje się tzw. okno tomograficzne. 10

11 By Wet z polskiej Wikipedii, CC BY-SA 3.0, d= Kardiotokografia (KTG) Metoda pozwalająca na monitorowanie akcji serca płodu z jednoczesną rejestracją czynności skurczowej macicy. W wyniku zastosowania KTG otrzymujemy dwa przebiegi: -zależność częstotliwości pracy serca od czasu -zależność siły skurczu mięśni od czasu Pierwszą z nich rejestruje się przetwornikiem ultradźwiękowym na podobnej zasadzie jak to ma miejsce w ultrasonografii dopplerowskiej, natomiast drugą rejestruje się przy pomocy czujnika piezoelektrycznego instalowanego na brzuchu za pomocą gumowego pasa. Kardiotokografia (KTG) Samokształcenie Biofizyka wzroku i słuchu 11

12 Biofizyka wzroku i słuchu 1) Podstawowe prawa optyki geometrycznej 2) Budowa gałki ocznej 3) Układ optyczny oka 4) Zdolność skupiająca soczewki i układu optycznego oka 5) Zdolność rozdzielcza oka 6) Widzenie barwne 7) Wady wzroku 8) Korekcja wad wzroku 9) Opis fali akustycznej 10) Budowa ucha 11) Audiometria Kiedy? , godz 9:30 Test zaliczeniowy Gdzie? Centrum Dydaktyczno-Kongresowe CM UJ, ul. Św. Łazarza 16, aula C O co chodzi? 30 pytań testowych. Test jednokrotnego wyboru, 4 odpowiedzi do wyboru. Próg zaliczenia 18 odpowiedzi prawidłowych. 12