tomymamytomy.docx

TECHNIKI OBRAZOWANIA:

1.     Modalności używane  w obrazowaniu medycznym:

• Ultradźwięki (ultrasonografia, Doppler,..),

• Radiologia (Zdjęcia RTG, mammografia, tomografia, ....),

• MRI (tomografia),

• PET (tomografia),

• SPECT (tomografia),

• Magnetyczne,

• Obrazowanie optyczne (mikroskopia, wideonedoskopia, tomografia, molekularne…)

• Elektryczne (potencjały, EIT),

• Łączone (SPECT‐CT),

• MRI –EIT,

• Inne (fotoakustyczne, ...)

Wszystkie modalności są nieliniowe oraz ich właściwości są zależne od położenia obrazowanej struktury w obiekcie. Zakłada się liniowość oraz niezależność od położenia!!!

2.     Parametry obrazowane w różnych modalnościach,

Ultradźwięki:

Badanym parametrem jest impedancja akustyczna na granicy ośrodków.

Impedancja akustyczna to miara oporu, jaki stawia ośrodek, rozchodzącej się w nim fali .

Z = pc, 

gdzie:  p – gęstość ośrodka, c- prędkość propagacji fali ultradźwiękowej poprzez medium

Różnice  impedancji akustycznej  ośrodków, między którymi przechodzi lub od którego odbija się fala określają współczynniki odbicia fali od granicy ośrodków jak i przechodzenia fali do drugiego ośrodka.

RTG:

W metodzie tej wykorzystane jest zjawisko różnego pochłaniania promieniowania rentgenowskiego przez różne tkanki ciała – parametrem jest efektywny współczynnik pochłaniania liniowego, który zależy od energii fotonu i materiału µ[cm-1] = σtρn

MRI:

Gęstość jąder wodoru, stała czasowa T1, stała czasowa T2, shift chemiczny

PET

Liczba fotonów opuszczająca organizm

SPECT

Aktywność izotopu w organiźmie

3.     Czułość i specyficzność:

• Czułość = stosunek liczby wszystkich chorych sklasyfikowanych za pomocą techniki poprawnie, jako chorzy, do całkowitej liczby chorych w badanej populacji

• Specyficzność (swoistość) = stosunek liczby wszystkich zdrowych sklasyfikowanych poprawnie jako zdrowi do liczby wszystkich zdrowych

___________________________________________________________

Zadanie:

• Czułość metody przesiewowej = 25% ( 25% z chorobą poprawnie zdiagnozowani jako chorzy)

• Specyficzność metody przesiewowej = 90%( 90% zdrowych poprawnie rozpoznani jako zdrowi)

• Załóżmy zachorowalność 2%

• Weźmy populację 1000 osób do zbadania

– Zachorowalność = 2%, stąd 20 osób jest chorych

– Zatem 1000 – 20 = 980 jest zdrowych

• Czułość = 25%, stąd u 5 osób spośród 20 choroba zostanie rozpoznana

• Specyficzność = 90%, 882 osób spośród 980 zdrowych rozpoznanych zostanie jako zdrowi

980 – 882 = 98 osób zdrowych to są tzw. błędnie pozytywni, nie mają choroby, a będą traktowani jako chorzy

20 – 5 = 15 osób chorych to są tzw. błędnie negatywni ,mają chorobę, a będą traktowani jako zdrowi

• W rezultacie testu 98 + 5 = 103 osób - traktowane będzie jako chore

• Czyli mamy tylko 5 trafień na 103 przypadki!!!

Dokładność =LiczbapoprawnychdiagnozLiczbadiagnoz

4.     Parametry jakości obrazów medycznych:

·         Rozdzielczość:

-przestrzenna (W jakiej odległości umieszczone obiekty są jeszcze rozróżniane?)

Rozdzielczość przestrzenna to ilość pikseli z których składa się obraz (inaczej gęstość punktów próbkowania)

-kontrastu

– Dla danego rozmiaru obiektuile musi się on odróżniać odmedium aby być „widzialnym”?

– Dla danego kontrastu najmniejszy „widzialny” obiekt

parametr elektrooptyczny obrazu, który określa stosunek luminancji maksymalnej do luminancji minimalnej

·         Zniekształcenia przestrzenne - związane z tym, że podczas badania czynnik badawczy(np. promieniowanie) przechodzi przez różne elementy rozmieszczone w przestrzeni, które mogą wpłynąć na zniekształcenia obrazu.Stosunek sygnału użytecznego do szumów –określa wartość mocy sygnału użytecznego.- SNR

·         Poziom artefaktów –ilość cieni, kształtów, echo, które nie odpowiadają żadnej strukturze anatomicznej

5.     Fale ultradźwiękowe, właściwości, rodzaj fali używanych do obrazowania

Fale ultradźwiękowe to fale akustyczne o częstotliwości powyżej 20 000Hz. Można je analizować jako zaburzenia mechaniczne rozchodzące się ruchem falowym w ośrodku materialnym . Wywołują one miejscowe zmiany gęstości ośrodka i ciśnienia. Przekazują energię poprzez przekazywanie deformacji sprężystych ośrodka.

Właściwości:

Fale ultradźwiękowe nie polaryzują

Im bardziej uporządkowana jest struktura ośrodka tym mniejsze są straty energetyczne podczas transmisji.

Natężenie fali maleje tylko wskutek jej tłumienia w ośrodku propagacji.

Źródłem strat jest lepkość, tarcie wewnętrzne, przewodność cieplna, rozproszenia, procesy molekularne, dyspersja prędkości, nieliniowe efekty propagacyjne dla większych natężeń pola.

Prędkość ultradźwięków jest zależna od gęstości i ściśliwości ośrodka w którym się rozchodzi

W zależności od położenia struktury, którą chcemy badać, stosujemy różne częstotliwości fal – niższe, dla obiektów położonych głęboko, wysokie – płycej

Występują zjawiska tłumienia, transmisji i odbicia

Rodzaje fal:

Ze względu na kierunek drgań fale dzielimy na:

6.    Oddziaływanie fal ultradźwiękowych z materią

ciało człowieka ma praktycznie tę samą impedancję akustyczną co woda. Organy zawierające powietrze (płuca, jelita, pusty pęcherz) stanowią bariery nie do przebycia dla fal ultradźwiękowych i na zobrazowaniach można uzyskiwać tylko obrysy tych organów.

Nie powoduje jonizacji atomów. Ultradźwięki mają możliwości energetyczne niszczenia komórek organizmu, co w sposób zamierzony może być wykorzystywane terapeutycznie.

Intuicyjnie najprostszym oddziaływaniem pola ultradźwiękowego na tkanki jest oddziaływanie mechaniczne jako przyśpieszanie reakcji chemicznych w komórkach, procesów osmotycznych przez błony komórkowe, wzmożenie mikroprzepływów, cyrkulacji i agregacji cząstek [Są to tzw. skutki bezpośrednie działania ultradźwięków, wykorzystywane jako dziedzina fizykoterapii
    Drganiom mechanicznym tkanek towarzyszą tzw. efekty kawitacyjne. Kawitacja oznacza powstawanie pęcherzyków gazowych wskutek chwilowego obniżenia ciśnienia . Powstałe pęcherzyki potrafią łączyć się i osiągać rozmiar powodujący rezonans mechaniczny z falą ultradźwiękową, co może prowadzić do nawet stukrotnego chwilowego wzrostu średnicy pęcherzyka w stosunku do jego rozmiaru w stanie równowagi. Gdy amplituda drgań staje się zbyt duża pęcherzyk zapada się, generując niszczącą falę uderzeniową z ekstremalnie wysoką lokalną temperaturą (104 K) i uwalnianiem aktywnych, szkodliwych rodników . Niekontrolowana kawitacja jest więc bardzo groźnym efektem dla żywotności tkanek
    Absorpcja energii fali ultradźwiękowej w tkankach powoduje wytwarzanie w nich ciepła. Nietrudno skojarzyć, że wielkość efektów cieplnych zależy od miejscowej koncentracji mocy fali czyli natężenia akustycznego w danym obszarze tkanek,  czasu napromieniowywania, charakterystyk tłumienia tkanek i przewodności cieplnej otoczenia. Najgorsza sytuacja wystąpić może np. przy ciągłym, zogniskowanym napromieniowywaniu tego samego fragmentu silnie tłumiącej kości, otoczonej tkanką słabo przewodzącą ciepło i położonej blisko głowicy ultradźwiękowej. Mnogość czynników warunkujących ewentualny, niebezpieczny  wzrost temperatury tkanek jest poważnym problemem przy wyznaczaniu warunków bezpiecznego stosowania zwłaszcza długotrwałych badań i terapii ultradźwiękowej.
    Jako badania, w których zaleca się szczególną ostrożność ze wzglądu na efekty termiczne, wymieniane są stosunkowo długotrwałe badania dopplerowskie naczyń obwodowych oraz badania przepływu krwi w pępowinie i płodzie

Oddziałowywanie:

Transmisja,

Odbicie

Naprężenia

Rozpraszanie

Absorpcja

Kawitacja

Efekty termiczne

załamanie - odchylenie od pierwotnego kierunku wiązki przechodzącej do drugiego ośrodka

rozproszenie - odbicie we wszystkich kierunkach od przeszkody mniejszej od długości fali

absorbcja i tłumienia fali - przekształcenie energii mechanicznej w cieplna

Odbicie:

Odbicie - zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków, powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi,. Odbicie zależy od oporności akustycznej na granicy ośrodków. Całkowite wewnętrzne odbicie - brak przejścia do drugiego ośrodka

Naprężenie:

Naprężenia powodują zmianę ładunku powierzchni błony i jej przepuszczalność, przerwanie i fragmentacja błony

Naprężenie: miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących

w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych.

Jednostką naprężenia jest paskal.

Do naprężeń zaliczamy:

•Siły pławne o charakterze oscylacyjnym, które wywierają

ciśnienie ultradźwiękowe na ciała o gęstości różnej od gęstości

otaczającego ośrodka,

•Siły przemieszczenia, które mogą wywołać względny ruch

pomiędzy obiektem biologicznym lub innym ośrodkiem

niejednorodnym, a ośrodkiem otaczającym,

•Siły związane ze zmianą lepkości, wynikiem czego jest akustyczny

przepływ.

Rozpraszanie:

Rozpraszanie: zmiana kierunku rozchodzenia się fali  przez zmianę właściwości optycznych ośrodka w zależności od długości fali

Absorpcja: pochłanianie energii fali przez światło

Kawitacja:formowanie, wzrost i dynamiczne właściwości bąbelkówgazu indukowanych przez ultradźwiękiW czystych płynach kawitacja pojawia się, gdy lokalne ciśnieniespada poniżej ciśnienia parowania płynu. Indukowane dźwiękiem oscylacje mikrobąbelków powodują dyfuzjęgazu podczas każdego cyklu, co jest związane ze zmiennymciśnieniem

Efekty termiczne:

• ↑ przepływ krwi

• ↑ prędkość przewodzenia nerwów czuciowych i motorycznych

• ↑ rozszerzalność struktur (kolagen);

↓ łączna sztywność

• ↑ odkładanie się kolagenu

• ↑ aktywność makrofagów

• Odpowiedź zapalna, która może zwiększyć adhezję leukocytów do zniszczonych komórek śródbłonkowych

• ↓ kurczliwość mięśni (spazmatyczna)

• ↓ ból

Efekty nietermiczne:

• ↑ przenikalność (przepuszczalność) błon komórkowych

• ↑ przepuszczalność naczyń

• ↑ przepływ krwi

• ↑ aktywność fibroblastów

• Zmiana prędkości dyfuzji przez błony komórkowe

• Wydzielanie chemotaktycznych substancji

• Stymulacja fagocytozy (transportu przez błonę pokarmówstałych)

• Powodowanie granulacji tkanek

• Synteza białek

• ↓ obrzęk

• Dyfuzja jonów

• Regeneracja tkanek

• Poprawa kontrastu CT

7.    Podana jest struktura warstwowa, należy obliczyć amplitudę fali ciśnieniowej w określonym miejscu

Fala jest pierwotnie transmitowana, gdzie współczynnik transmisji jest dany wzorem:

T = 2Z2Z1+Z2,

Następnie fala propaguje przez ośrodek. W odległości x zależność jest następująca: px=p(0)e-Bx. Podstawiając dla x = 2/B otrzymujemy:

p(L) = p+0e-B2B=p+0e-2

Fala ulega zjawisku odbicia na granicy Z2 i Z3 stąd p(L) jest przemnożone przez współczynnik odbicia.

Współczynnik odbicia dany jest wzorem:

R = Z2-Z1Z1+Z2,

Następnie znowu propaguje przez ośrodek Z2 , stąd p-(0)= R * p(L)e-2 *T

8.    Zasada ALARA dla techniki ultradźwiękowej

Zasada ta mówi o tym jak ustawić parametry obrazowania ,aby obraz był czytelny i ostry  przy jak najmniejszym ustawieniu  dawki pochłanianej przez pacjenta

Gdy zmiana mocy wyjściowej lub wzmocnienia wzmacniacza może poprawić jakość diagnostyczną obrazu, pierwszy i najlepszy wybór powinien minimalizować dawkę ultradźwięków pochłanianych przez pacjenta

Obraz jest zbyt ciemny – zwiększ wzmocnienie odbiornika ( nie zwiększa się dawka pochłaniana przez pacjenta)

Obraz zbyt jasny – zmniejsz natężenie promieniowania ( zmniejsza się dawka wchłaniana przez pacjenta)

9.     Budowa przetwornika ultradźwiękowego

Otóż niektóre materiały posiadają tę właściwość, że pod wpływem pola magnetycznego lub elektrycznego zmieniają swe wymiary. Na pole magnetyczne reagują magnetostryktory, (żelazo, nikiel, kobalt), zaś na pole elektryczne elektrostryktory, np. kwarc ale też niektóre sole - tytanian baru, cyrkonian ołowiu, także niektóre polimery,

. Obecnie materiały piezoceramiczne wyparły prawie całkowicie piezomagnetyki, głównie chyba dlatego, że w przetwornikach wykonywanych z metali indukują się prądy wirowe ograniczające częstotliwościowy zakres ich stosowania do ok. 50kHz

Przetwornik:

Warstwa zabezpieczająca zabezpiecza przed promieniowaniem od tyłu, tłumi rezonans, elektrody wytwarzają różnice potencjałów, pod wpływem której dojdzie do zmiany wielkości piezoelektryka – czyli wytworzenia fal mechanicznych

Niedopasowanie impedancji wywołuje odbicia i nieefektywne sprzężenia z obrazowanym obiektem. W związku z tym umieszcza się warstwę dopasowującą między przetwornikiem a tkanką,mgdzie impedancja tej warstwy jest mniejsza od impedancji przetwornika i większa od impedancji tkanki .

Idealne sprzężenie jest możliwe gdy:

Grubość warstwy = λ/4,

Z warstwy wybrane tak aby Z= ZT...