Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE Tomáš Bartl BMI 12/2005. Co je to "CéTéčko" Co je to "CéTéčko" Je to nebolestivá vyšetřovací metoda, pomocí které může lékař prohlédnout.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE Tomáš Bartl BMI 12/2005. Co je to "CéTéčko" Co je to "CéTéčko" Je to nebolestivá vyšetřovací metoda, pomocí které může lékař prohlédnout."— Transkript prezentace:

1 POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE Tomáš Bartl BMI 12/2005

2 Co je to "CéTéčko" Co je to "CéTéčko" Je to nebolestivá vyšetřovací metoda, pomocí které může lékař prohlédnout vnitřní orgány celého Vašeho těla. Poskytuje odborníkovi důležité informace například o Vašem mozku, páteři, kloubech a důležitých hrudních a břišních orgánech. Je to nebolestivá vyšetřovací metoda, pomocí které může lékař prohlédnout vnitřní orgány celého Vašeho těla. Poskytuje odborníkovi důležité informace například o Vašem mozku, páteři, kloubech a důležitých hrudních a břišních orgánech. Jak CT pracuje Jak CT pracuje Počítačová tomografie kombinuje klasické rentgenové vyšetření s počítačovým systémem, který informace zpracovává. Snímek se tedy jednoduše neexponuje na rentgenový film (jako u obyčejného RTG vyšetření), ale je matematicky spočítán a zobrazen do nejmenších detailů. Představte si, že je Vaše tělo "rozřezáno" na tenké plátky, takže lékař vidí každý kousek Vašich tkání. Počítačová tomografie kombinuje klasické rentgenové vyšetření s počítačovým systémem, který informace zpracovává. Snímek se tedy jednoduše neexponuje na rentgenový film (jako u obyčejného RTG vyšetření), ale je matematicky spočítán a zobrazen do nejmenších detailů. Představte si, že je Vaše tělo "rozřezáno" na tenké plátky, takže lékař vidí každý kousek Vašich tkání.

3 Úvod do rentgenové diagnostiky Objevení paprsků X W.C.Roentgenem roku 1895 Objevení paprsků X W.C.Roentgenem roku 1895 Paprsky X vznikají interakcí rychlých elektronů s hmotou a díky své krátké vlnové délce jsou schopny prozářit lidské tělo Paprsky X vznikají interakcí rychlých elektronů s hmotou a díky své krátké vlnové délce jsou schopny prozářit lidské tělo V závislosti na biochemickém složení orgánů dochází k různému tlumení záření V závislosti na biochemickém složení orgánů dochází k různému tlumení záření Analýza tělem prozářených paprsků umožňuje rekonstrukci vnitřní morfologie pacientova těla Analýza tělem prozářených paprsků umožňuje rekonstrukci vnitřní morfologie pacientova těla

4 Úvod do rentgenové diagnostiky V průběhu 20. stol. bouřlivý vývoj – vedle úspěchů odhaleny nedostatky: V průběhu 20. stol. bouřlivý vývoj – vedle úspěchů odhaleny nedostatky: interpretace standardního rentg. snímku vyžaduje zkušeného radiologa interpretace standardního rentg. snímku vyžaduje zkušeného radiologa orgány jsou znázorněny sumárně (překrývání obrazů) → nelze zobrazit tomografický (anatomický 3D řez tělem) orgány jsou znázorněny sumárně (překrývání obrazů) → nelze zobrazit tomografický (anatomický 3D řez tělem) vedlejší účinky rentg. záření na pacienta vedlejší účinky rentg. záření na pacienta

5 Úvod do problematiky Zavedením počítačů do lékařské diagnostiky v 60. letech vyřešen problém s překrýváním orgánů a obtížnou interpretací radiologického snímku Zavedením počítačů do lékařské diagnostiky v 60. letech vyřešen problém s překrýváním orgánů a obtížnou interpretací radiologického snímku A.M.Cormack a G.N.Hounsfield – rekonstrukce tomografického řezu reálným objektem (Nobelova cena udělena roku 1979) A.M.Cormack a G.N.Hounsfield – rekonstrukce tomografického řezu reálným objektem (Nobelova cena udělena roku 1979)

6 Vznik rentgenového záření Zdrojem X-záření speciální vakuová elektronka (rentgenka) Zdrojem X-záření speciální vakuová elektronka (rentgenka) Dioda žhavená napětím kV Dioda žhavená napětím kV Žhavená katoda emituje elektrony, které jsou přitahovány k anodě a urychlovány silným elektrickým polem na energii keV Žhavená katoda emituje elektrony, které jsou přitahovány k anodě a urychlovány silným elektrickým polem na energii keV Po kontaktu elektronů s hmotu anody – dochází k brždění elektronů a vyzáření části kinetické energie. Po kontaktu elektronů s hmotu anody – dochází k brždění elektronů a vyzáření části kinetické energie. Takto vzniklé záření obsahuje celé elektromagnetické spektrum – většinu tvoří infračervené záření (tepelná energie spotřebovaná k rožhavení anody) Takto vzniklé záření obsahuje celé elektromagnetické spektrum – většinu tvoří infračervené záření (tepelná energie spotřebovaná k rožhavení anody) Menší podíl – rentgenovo záření emituje z anody do prostoru Menší podíl – rentgenovo záření emituje z anody do prostoru

7 Vznik rentgenového záření Spektrum emitovaného záření: Spektrum emitovaného záření: Plynulost narušena ostrými špičkami – K-liniemi → spektrum tvoří dva rozdílné fyzikální procesy:Plynulost narušena ostrými špičkami – K-liniemi → spektrum tvoří dva rozdílné fyzikální procesy: Elektron je při dopadu na anodu bržděn následujícími příčinami:Elektron je při dopadu na anodu bržděn následujícími příčinami: Ke ztrátě kinetické energie dojde:Ke ztrátě kinetické energie dojde: 1. posupným třením a elastickými nárazy na jednotlivé atomové dráhy 1. posupným třením a elastickými nárazy na jednotlivé atomové dráhy 2. nárazem elektronu na jiný elektron anody 2. nárazem elektronu na jiný elektron anody

8 Vznik rentgenového záření Vysvětlení fyzikálních principů: Vysvětlení fyzikálních principů: ad1) dochází k plynulému brždění, vede k emisi záření se spojitým spektrem ad2) nárazem na elektron nacházející se např. na vnitřní atomové dráze K, jehož vazební energie < energie elektronu dopadajícího → dojde k vyražení tohoto K elektronu z jeho oběhové dráhy → nahrazen elektronem z L dráhy → vyzáření energetického kvanta při přechodu mezi dráhami Vzniká charakteristické záření (vlnová délka závisí na materiálu anody) → K-linie narušující hladký průběh emitovaného záření

9 Vznik rentgenového záření Rentgenka: Rentgenka: Robustní konstrukce (vysoké napětí, stovky kV, tepelný ohřev)Robustní konstrukce (vysoké napětí, stovky kV, tepelný ohřev) Většina kinetické energie se mění na teplo → silný ohřev anody → masivní konstrukce anody Většina kinetické energie se mění na teplo → silný ohřev anody → masivní konstrukce anody Rotace anody zabraňuje lokálnímu ohřevu jednoho místa Rotace anody zabraňuje lokálnímu ohřevu jednoho místa Aktivní chlazení anody protékající chladicí kapalinou Aktivní chlazení anody protékající chladicí kapalinou Anoda se nachází v trubici s vysokým vakuem → rotaci nelze zajistit mechanicky zvenčí → rotace je buzena elektromagneticky Anoda se nachází v trubici s vysokým vakuem → rotaci nelze zajistit mechanicky zvenčí → rotace je buzena elektromagneticky Elektrický obvod: řízení dvou parametrů Elektrický obvod: řízení dvou parametrů 1.anodové napětí → maximální energie fotonů X-záření (keV)1.anodové napětí → maximální energie fotonů X-záření (keV) 2.anodový proud → intenzita X- záření2.anodový proud → intenzita X- záření

10 Filtry a clony u rentgenového záření Kolimační filtry a clony Kolimační filtry a clony Vymezení úzkého svazku X-záření → ostrý obraz, vysoké prostorové rozlišeníVymezení úzkého svazku X-záření → ostrý obraz, vysoké prostorové rozlišení Primární clona (za rentgenkou) – hliníkový plech → pohlcuje nízkoenergetické fotony (začátek spektra X-záření)Primární clona (za rentgenkou) – hliníkový plech → pohlcuje nízkoenergetické fotony (začátek spektra X-záření) Sekundární clona (Buckyova-Potterova či Lysholmova) – rovnoběžbé absorpční lamely (olověné pásky) – propouští záření ve směru původního svazkuSekundární clona (Buckyova-Potterova či Lysholmova) – rovnoběžbé absorpční lamely (olověné pásky) – propouští záření ve směru původního svazku

11 Interakce X-záření s hmotou Rentgenové záření, řekněme jeden rentgenový paprsek s intenzitou I0 je při průchodu hmotou následkem interakce fotonů s elektrony tlumen. → výstupní paprsek má intenzitu I < I0 Rentgenové záření, řekněme jeden rentgenový paprsek s intenzitou I0 je při průchodu hmotou následkem interakce fotonů s elektrony tlumen. → výstupní paprsek má intenzitu I < I0 Vnitřní orgány v závislosti na chemickém složení tlumí rozdílně Vnitřní orgány v závislosti na chemickém složení tlumí rozdílně Nejvíce kosti, méně v játrech, ledvinách a nejméně v tukových vrstvách a v plicích Nejvíce kosti, méně v játrech, ledvinách a nejméně v tukových vrstvách a v plicích

12 Kontrastní látky. Substrakční radiografie. Rentgenové zobrazení měkkých tkání: malé rozdíly v absorpci X-záření → nízký kontrast zobrazení, nemožnost rozlišení některých struktur Rentgenové zobrazení měkkých tkání: malé rozdíly v absorpci X-záření → nízký kontrast zobrazení, nemožnost rozlišení některých struktur Zvyšování kontrastu aplikací vhodných kontrastních látek do zkoumaných míst (zažívací trakt, žlučové či močových cest, cév, …): Zvyšování kontrastu aplikací vhodných kontrastních látek do zkoumaných míst (zažívací trakt, žlučové či močových cest, cév, …): Látky obsahující atomy těžkých kovů – baryum, jód Látky obsahující atomy těžkých kovů – baryum, jód Zvýšení absorpce X-záření odhalí případné defekty či anomálie Zvýšení absorpce X-záření odhalí případné defekty či anomálie

13 Princip počítačové tomografie Vyšetřovaná oblast se prozařuje X-zářením pod řadou různých úhlů (180° - 360°) Vyšetřovaná oblast se prozařuje X-zářením pod řadou různých úhlů (180° - 360°) Detekovaná intenzita se převádí na elektrický signál Detekovaná intenzita se převádí na elektrický signál Metoda zpětné projekce → rekonstrukce absorpční mapy → tomografický obraz - množina obrazových bodů zvaných voxel Metoda zpětné projekce → rekonstrukce absorpční mapy → tomografický obraz - množina obrazových bodů zvaných voxel Skutečná hodnota koeficientu tlumení v daném bodě je kódována stupněm šedi odpovídajícího voxelu. Skutečná hodnota koeficientu tlumení v daném bodě je kódována stupněm šedi odpovídajícího voxelu.

14 Princip počítačové tomografie Podélným lineárním posunem pacienta můžeme vytvořit řadu příčných řezů Podélným lineárním posunem pacienta můžeme vytvořit řadu příčných řezů Umístěním vedle sebe vzniká 3D tomografický obraz Umístěním vedle sebe vzniká 3D tomografický obraz Oproti klasickému rtg. zobrazení vyšší citlivost a rozsah dynamiky obrazu daná elektronickým snímáním, filtrací a nastavitelností modulace obrazu (jas, kontrast) Oproti klasickému rtg. zobrazení vyšší citlivost a rozsah dynamiky obrazu daná elektronickým snímáním, filtrací a nastavitelností modulace obrazu (jas, kontrast) 1. tomografický řez lidským mozkem – 160 x 160 obrazových bodů, 9 dnů získávání dat a 2,5 hodiny k počítačové rekonstrukci. 1. tomografický řez lidským mozkem – 160 x 160 obrazových bodů, 9 dnů získávání dat a 2,5 hodiny k počítačové rekonstrukci. Moderní spirální tomografy – nesrovnatelně lepší kvalita, pouze několik milisekund Moderní spirální tomografy – nesrovnatelně lepší kvalita, pouze několik milisekund

15 Vznik denzitního obrazu Vstupní svazek X-záření I0 (tok fotonů za 1s) Vstupní svazek X-záření I0 (tok fotonů za 1s) Výstupní svazek, kde je lineární součinitel zeslabeni X- záření pronikajícího místem tkáně (i,j) a je velikost elementu tkáně Výstupní svazek, kde je lineární součinitel zeslabeni X- záření pronikajícího místem tkáně (i,j) a je velikost elementu tkáně počítač řeší soustavu lineárních rovnic počítač řeší soustavu lineárních rovnic Výsledný obraz denzity tkáně Výsledný obraz denzity tkáně

16 Detektory X-záření pro CT Úkolem zachytit fotony X-záření procházející vyšetřovanou tkání a jejich přeměna na elektrický signál Úkolem zachytit fotony X-záření procházející vyšetřovanou tkání a jejich přeměna na elektrický signál Scintilační detektory – nejčastější použití – obsahují scintilační krystaly NaI(Tl), CsI(Tl) Bi4Ge3O12 (vysoká detekční účinnost při malých rozměrechScintilační detektory – nejčastější použití – obsahují scintilační krystaly NaI(Tl), CsI(Tl) Bi4Ge3O12 (vysoká detekční účinnost při malých rozměrech Ionizační komory plněné stlačeným plynným xenonem - ojedinělé použití)Ionizační komory plněné stlačeným plynným xenonem - ojedinělé použití)

17 Scintilační detektory Scintilační detektory jsou založeny na vlastnosti některých látek reagovat světelnými záblesky (scintilacemi) na pohlcení kvant ionizujícího záření Scintilační detektory jsou založeny na vlastnosti některých látek reagovat světelnými záblesky (scintilacemi) na pohlcení kvant ionizujícího záření světelné záblesky se pak elektronicky registrují pomocí fotonásobičů nebo fototranzistory světelné záblesky se pak elektronicky registrují pomocí fotonásobičů nebo fototranzistory Výhody: Výhody: Vysoká detekční účinnost (citlivost) -vysokou detekční účinnost (citlivost), která se často blíží 100%. Krátká mrtvá doba - scintilace v krystalu cca10-9sec, zpracování ve fotonásobiči cca 10-8sec. Mrtvá doba scintilačního detektoru asi 1ms

18 Detektory X-záření pro CT

19 Mnohodetektorové, rotační a spirální CT 1.generace CT – 70. a 80. léta – systém jedné rentgenky a jednoho detektoru → jeden řez trval několik minut 1.generace CT – 70. a 80. léta – systém jedné rentgenky a jednoho detektoru → jeden řez trval několik minut Začátkem 80. let vynalezeny rotační a spirální CTčka. – vysoká technická dokonalost Začátkem 80. let vynalezeny rotační a spirální CTčka. – vysoká technická dokonalost Dalšího pokroku můžeme dosáhnout na poli zkracování dob vyšetření → moderní počítačové systémy Dalšího pokroku můžeme dosáhnout na poli zkracování dob vyšetření → moderní počítačové systémy

20 Rotační metoda Spočívá v nezávislém získávání jednotlivých obrazů příčných řezů těla a následné tomografické rekonstrukci v 3D obraz → diskrétní proces Spočívá v nezávislém získávání jednotlivých obrazů příčných řezů těla a následné tomografické rekonstrukci v 3D obraz → diskrétní proces Základní typy uspořádání: Základní typy uspořádání: Vějířovité Detektory v kruhové výseči, která se otáčí společně s rentgenkou Stovky detektorů. Kruhové Detektory po celém obvodu Tisíce detektorů

21 Spirální metoda Počátkem 90. let technický pokrok umožnil přejít na spojitý proces měření (bezkabelový přenos zdrojového napětí) Počátkem 90. let technický pokrok umožnil přejít na spojitý proces měření (bezkabelový přenos zdrojového napětí) Kombinací posuvu pacienta a rotačního pohybu rentgenky vznikl spirální pohyb Kombinací posuvu pacienta a rotačního pohybu rentgenky vznikl spirální pohyb

22 Snímky a 3D modely realizované pomocí CT

23 Použitá literatura Úvod do zobrazovacích metod v lékařské diagnostice, Zuna, Poušek, 2000 Úvod do zobrazovacích metod v lékařské diagnostice, Zuna, Poušek, 2000 Tomografické zobrazovací systémy, Drastich, 2004 Tomografické zobrazovací systémy, Drastich, dy.htm dy.htm


Stáhnout ppt "POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE Tomáš Bartl BMI 12/2005. Co je to "CéTéčko" Co je to "CéTéčko" Je to nebolestivá vyšetřovací metoda, pomocí které může lékař prohlédnout."

Podobné prezentace


Reklamy Google