Prof. MUDr. Jozef Rosina, Ph.D. Zobrazovací metody Prof. MUDr. Jozef Rosina, Ph.D.

Zobrazovací metody První jednoduché lékařské přístroje zlepšovaly smyslové vnímání Zvětšovací sklo - (13.st.), Teploměr - (17.st.), Stetoskop - (19.st.), Endoskop - (19.st.) Zásadní - přístroje zviditelňující jevy lidským smyslům skryté EKG - (20.st.), Měření krevního tlaku (19.st.) zobrazovací metody - objev RTG paprsků (1895), Rentgenka s rotační anodou - (1914), Kontrastní látky - (1922), Teoretické základy CT - (1963), konstrukce CT - (1972), vznik spirálního CT (1987–1989) objev radioaktivity (1896), ϒ paprsky - (1900), Umělá radioaktivita - (1934), PET - (1976 – po objevu FDG, poprvé v historii syntetizoval chemik prof. RNDr. Josef Pacák, DrSc., na př. f. UK v roce 1968, v praxi 90. léta), zařízení spojující PET a CT do jednoho přístroje - začátek 21 století 1976 – první počítač Apple 1

Zobrazovací metody Ionizující záření Neionizující záření Alfa (2p, 2n) malý dolet, medicína (-) Beta mínus elektron, dolet mm, radioterapie Beta plus pozitron, dolet mm, PET Gama foton, dolet cm, scintigrafie, SPECT RTG záření skiaskopie, skiagrafie, CT Neionizující záření NMR rezonanční chování některých atomových jader Endoskopie díky totálnímu odrazu světla obraz tělních dutin Ultrazvuk odraz na rozhraní tkání, změna frekvence při pohybu

Interakce záření s hmotou Přenos energie prostorem „na dálku“ prostřednictvím fyzikálních polí nebo mikročástic ionizující neionizující Je to záření, které má natolik vysokou energii, že je schopno ionizovat a excitovat absorbující hmotu - původně neutrální atomy a molekuly Je to záření, které nemá natolik vysokou energii, že není schopno ionizovat a excitovat absorbující hmotu U neutronového záření pomalé neutrony vstupují do jader a prostřednictvím jaderných reakcí mohou vyvolávat sekundárně ionizaci alfa, beta plus, beta mínus, gama, neutrony optické (UV, VS, IČ), mikrovlny, radiové frekvence, televizní vlny

Interakce záření s hmotou STOCHASTICKÉ ÚČINKY Pravděpodobnost účinku Somatické onemocnění (nádory) Genetické onemocnění O Dávka

Interakce záření s hmotou Tkáň Účinek Prahová dávka [Gy] Ovaria sterilita 2,5 – 6 Varlata dočasná sterilita 0,15 trvalá sterilita 3,5 – 6 Čočka opacita 0,5 - 2 katarakta 5 Kůže   erytém 3 - 5 nekróza DETERMINISTICKÉ ÚČINKY Pravděpodobnost účinku Dávka prahová dávka

Interakce záření s hmotou Deterministické účinky Muž, 40let, 1 koronární angiografie, 1 PTCA, další koronární angiografie pro komplikace a nakonec bypass chirurgie. To vše v jednom dni … 6 týdnů 20 týdnů 20 měsíců

Interakce záření s hmotou ZÁŘENÍ ALFA Henri Becquerel v r. 1896 pozoroval zčernání fotografické desky, na níž byla položena nádoba se solí uranu. Důkaz toho, že „Becquerelovy paprsky“ jsou jádra hélia podal v roce 1908 Ernest Rutherford. ionizační schopnosti, dráha při interakci přímočará, dolet, využití v medicíně, Litviněnko 22688Ra >>> 22286Rn + 42He

Interakce záření s hmotou ZÁŘENÍ BETA Beta + – proměna protonu v neutron Využití – PET Beta - – proměna neutronu v proton Využití – radioterapie ionizační schopnosti, dolet, využití v medicíně, při interakci dráha klikatá 146C >>> 147N + beta-

Interakce záření s hmotou Záření gama je elektromagnetické záření s velmi krátkou vlnovou délkou řádu 10-11 až 10-13 m. Vzniká při jaderných reakcích nebo při radioaktivní přeměně přechodem jádra z vyššího do nižšího energetického stavu, přičemž se jádro zbavuje své excitační energie. V roce 1895 Roentgen objevil RTG záření a Becquerel v r.1896 objevil radioaktivitu solí uranu. Paul Villard, je pokládán za objevitele záření gama (1900). Poznal, že záření gama je pronikavější jako RTG záření. Objevil, že záření gama bylo emitováno z radioaktivních látek a není ovlivněno elektrickými nebo magnetickými poli. 

Zobrazovací metody Diagnostika užívající pozitrony a gama záření je založena na rozdílném metabolizmu různých tkání, poskytuje především údaje o funkčním stavu sledované tkáně Diagnostika užívající RTG záření – založena na různé absorpci RTG záření tkáněmi, poskytuje především morfologickou (anatomickou) informaci o sledované tkáni NMR je diagnostika užívající magnetické vlastnosti jader některých prvků (tkáně s vysokým obsahem vodíku) Endoskopie je založena na přenosu obrazu svazkem optických vláken Ultrasonografie je založena na odrazu mechanických vln na rozhraní dvou různých prostředí, nebo na změně frekvence vyslaného a odraženého UZ

Zobrazovací metody PET, PET/CT, GAMA KAMERA, SPECT, SPECT/CT Nukleární medicína – záření gama a pozitrony Diagnostika pomocí otevřených radioaktivních zářičů, aplikovaných do organizmu – tzv. emisní metody Podstata - radioaktivní izotopy reagují chemicky stejně jako stabilní izotopy téhož prvku – tzv. indikátorový (stopovací) princip Radioaktivní izotopy se spoji s vhodnou chemickou látkou a takové sloučeniny (označené radionuklidem) lze sledovat a jejich množství měřit detektory záření gama PET, PET/CT, GAMA KAMERA, SPECT, SPECT/CT (základ u všech detektorů – scintilační detektor)

Zobrazovací metody krystal fotonásobič

Zobrazovací metody

První přístroj PET byl v ČR instalován v r. 1999 Zobrazovací metody Beta plus - PET První přístroj PET byl v ČR instalován v r. 1999

Hybridní systém PET/CT Zobrazovací metody Hybridní systém PET/CT V r. 2003 byla v ČR instalována první hybridní aparatura PET/CT Spojení umožňuje akvizici funkčních (PET) a anatomických (CT) dat během jednoho vyšetření – poskytuje obrazy tkání získané současně z obou modalit. Nejprve je pořízen topogram, který slouží k vymezení vyšetřované oblasti Poté následuje vlastní CT vyšetření a lůžko s pacientem se přesune do polohy, v níž proběhne PET scan V poslední fázi jsou obrazy CT a PET položeny na sebe a prezentovány na společném displeji .

Hybridní systém PET/CT Zobrazovací metody Hybridní systém PET/CT Schéma PET/CT Pořízení topogramu RTG prochází pacientem – útlum záření závisí na hustotě tkání – anatomická data Vznik anihilačního záření pacientem – množství záření závisí na funkčním stavu

Hybridní systém PET/CT Zobrazovací metody Hybridní systém PET/CT Zhoubný nádor esovitého tračníku diagnostikovaný PET (a), CT (c) a zobrazený počítačovou fúzí obou zobrazení (b) Peroperačně potvrzený nález dokumentuje další obrázek a b c

Zobrazovací metody Gama kamera

Scintigrafický snímek skeletu Zobrazovací metody Scintigrafický snímek skeletu

Zobrazovací metody Systém SPECT/CT zahrnuje v jedné aparatuře vedle kamery SPECT rovněž vícedetektorový počítačový tomograf (CT). Je tak možné pořídit záznam výsledku funkčního a anatomického zobrazení jedním systémem v těsném sledu za sebou.

Radiologie – rentgenové záření Zobrazovací metody Radiologie – rentgenové záření Diagnostika pomocí elektromagnetických vln, vznikajících v rentgence – tzv. transmisní metody Radiologie se dělí do subkategorií podle anatomické polohy a podle metody (intervenční radiologie) Podstata – RTG záření prochází pacientem, dochází k útlumu v jednotlivých tkáních a orgánech Teleradiologie - přenos z jednoho místa do druhého. Snímky jsou často posílány i do jiných časových pásem, kde mají radiologové zrovna den a jsou uprostřed pracovní doby. Používá se také ke konzultaci s odborníky nebo na daný případ. K použití je zapotřebí vysílací stanice, vysokorychlostní internetové připojení a vysoce kvalitní přijímací stanice. Snímky z CT mohou být poslány přímo, protože jsou v digitálním formátu. Počítač na přijímací stanici musí mít vysoce kvalitní obrazovku, která musí projít testem a která musí být připravená ke klinickým účelům.

Zobrazovací metody RTG záření

Zobrazovací metody Skiagrafie je technika zobrazení lidských tkání, využívající rozdílnou hodnotu pohlcení procházejícího svazku rentgenového záření v různých tkáních  Skiaskopie a angiografie umožňuje vyšetřování dynamických dějů a aplikaci kontrastních látek

Zobrazovací metody

CT – výpočetní tomografie Zobrazovací metody CT – výpočetní tomografie Princip: Výpočetní tomograf je v podstatě přístroj pro měření útlumu RTG záření v jednotlivých voxelech (objemových analogiích pixelů) v tenkých plátcích tkání Metoda měření: Svazek rentgenového záření prochází tělem a je měřen obloukem detektorů. Toto se opakuje pod různými úhly tak dlouho, dokud se nezíská dostatek informace pro výpočet koeficientů útlumu ve voxelech odpovídajícího řezu tělem pacienta. Vypočte se „mapa“ útlumu v příčném řezu - tomogram.

CT – výpočetní tomografie Zobrazovací metody CT – výpočetní tomografie Z hlediska konstrukce systému zdroj záření-systém detektorů je možné rozdělit přístroje do několika generací. První generace - využívá rotačně translační pohyb, RTG záření bylo kolimováno do tenkého svazku a po průchodu pacientem snímáno jedním detektorem umístěným naproti rentgence. Po otočení o malý úhel se rentgenka i detektor lineárně posunuly. Dlouhá expoziční doba Druhá generace - také rotačně translační pohyb, zmenšil se úhel mezi jednotlivými snímky, svazek záření byl kolimován do vějíře a po průchodu pacientem detekován větším počtem detektorů, umístěných v jedné řadě naproti rentgence, klesly expoziční časy

CT – výpočetní tomografie Zobrazovací metody CT – výpočetní tomografie Třetí generace - využívá izocentrický rotační pohyb systému rentgenka-sektor detektorů. Snímkování je prováděno po 1° až 0,5°. Detektory jsou umístěny na kruhové výseči rotující spolu s rentgenkou kolem pacienta v plném kruhu Čtvrtá generace - využívá rotačně stacionární systém. Detektory jsou umístěny po celém obvodu gantry. Kolem pacienta rotuje pouze rentgenka, velmi krátká akvizice dat

Zobrazovací metody

CT – výpočetní tomografie Zobrazovací metody CT – výpočetní tomografie Helikální CT je pokračováním CT přístrojů 3. gen., připojení snímačů se neprovádí pomocí kabelů, ale pomocí po sobě klouzajících kroužků Zavedení kontinuální rotace umožnilo plynulý posun stolu s pacientem, došlo k urychlení získání snímků, je mírně nepřesné, protože data se sbírají šikmo Dále existují odvozené generace, které vycházejí z předchozích: MDCT (multi-row detector CT, multi-slice CT) - multidetektorové CT EBCT (electron beam CT) - CT s elektronovým svazkem DSCT (dual source CT) - CT se dvěma rentgenkami DECT (dual energy CT) - skenování dvojí energií

Zobrazovací metody

Zobrazovací metody Průměrná roční dávka z přírodního pozadí je v ČR 3 - 3,5 mSv Průměrná roční dávka z medicínských indikací je v ČR 1 mSv

Epidemický nárůst zobrazovacích metod v USA Zobrazovací metody Epidemický nárůst zobrazovacích metod v USA V červnu 2012 byla publikována studie, ve které je popisován významný nárůst používání zobrazovacích metod typu CT, PET, NMR a USG Srovnání let 1996 a 2010 v počtech vyšetření CT: zvýšil se 3x (z 52 na 149/1000 dospělých/rok) PET: zvýšil se 12x (z 0,24 na 3/1000 dospělých/rok) NMR: zvýšil se 4x (ze 17 na 65/1000 dospělých/rok) USG: zvýšil se 2x (ze 134 na 230/1000 dospělých/rok) V absolutních číslech se počet CT vyšetření v USA zvýšil z 3 miliónů ročně v roce 1980 na 80 miliónů v roce 2010

Zobrazovací metody NMR

Zobrazovací metody NMR

Zobrazovací metody Endoskopie

Zobrazovací metody

Zobrazovací metody