A röntgendiagnosztika alapjai

Átírás

1 A röngtgendiagnosztika alapja: a sugárzás elnyelődése A röntgendiagnosztika alapjai A foton kölcsönhatásának lehetőségei: Compton-szórás Comptonszórás elnyelődés fotoeffektusban fotoeffektus nincs kölcsönhatás Áthaladt sugárzás A fotonenergia növelésével csökken az elnyelődés. A csökkenés markánsabb a fotoeffektusra nézve. Kis fotonenergiáknál τ m dominál. τ m markánsan változik az abszorbens rendszámával. τ m λ 3 Z 3 A sugárzás spektrumának változása drasztikusan módosíthatja az elnyelődési folyamatokat.

2 Effektív rendszám A gyengülési állandók eltolódása Z eff = 3 n i= 1 w Z i 3 i τ = Cλ 3 3 m Z eff Valtozása a fotonenergiával Változása a rendszámmal Energiatartománya a szövetekben anyag Z eff levegő 7,3 víz 7,7 lágy szövet 7,4 csont 13,8 τ m ~ 1/E 3 ~ Z kev σ m Enyhén csökken E- vel κ m Független a rendszámtól.5 5 MeV Enyhén emelkedik E-vel ~ Z 2 5 MeV fölött Röntgenkép keletkezése Szummációs kép Az áthatoló intenzitás különbözőségeinek megjelenítése Sugárzásérzékeny lemezen lumineszkáló ernyőn digitalizált képben koponya felvétel mellkasi felvétel

3 Szummációs kép Δx 1 Δx 2 Δx 3 test film röntgen forrás Különböző mértékű feketedés μ 1 μ 2 μ 3 = e μx = e μ1 + μ2 + μ3 ) Δx erről nincs információnk = e μx D = = lg i D D i Kontrasztanyagok alkalmazása Ha a természetes szövetek és környezetük τ = Cλ 3 3 m Z eff alapján nem mutatnak különbséget, megváltoztathatjuk Z eff -et vagy a sűrűséget Z eff ρ (g/cm 3 ) H 2 O Lágy szövetek Csontok Levegő Pozitív kontraszt környezetnél nagyobb elnyelés Z eff >Z környezet μ> μ környezet Negatív kontraszt környezetnél kisebb elnyelés Z eff <Z környezet μ< μ környezet

4 Kontrasztanyagok alkalmazása Digital Subtraction Angiography (DSA) nagyobb Z eff kisebb Z eff Pl. jód- vagy bariumvegyületek 56 BaSO 4, 53 kontrasztanyagos natív kontraszt - natív felvétel levegő,co 2 Fotonenergia - képminőség Fotonenergia - képminőség U 1 < U 2 < U 3 U 1 < U 2 μ 1 μ 2 (3 kev) (2 MeV) Fotoeffektus* 36% % Compton szórás* 51% 99% Párképződés* % 1% *Átlagértékek

5 Mammográfiában használt sugárzás spektruma Intraorális radiográfia Malignus elváltozás egy mammogramon Extraorális radiográfia Molibdén karakterisztikus vonalai Fogászati panoráma elrendezés A panorámafelvétel során a film és a forrás elfordul a paciens feje körül, és a különböző poziciókból egyedi felvételek sorozatát készíti. Számítógépes rétegfelvétel CT - computed tomography A felvételek egy fílmre való rögzítése hozza létre a maxilla és mandibula átfogó leképezését. Godfrey Hounsfield Allan Cormack 1979 Orvosi Nobel-díj

6 emlékeztetőül Matemetikai megközelítés egy egyszerű példán Δx μ 1 μ 2 μ 3 Δx μ 1 μ 2 μ 3 μ 4 = e = e μ 1 + μ 2 ) Δx μ 3 + μ 4 ) Δx = e μ1 + μ2 + μ3 ) Δx = e μ 1 + μ 3 ) Δx = e μ 1 + μ 4 ) Δx 4 független egyenlet 4 ismeretlennel Ehhez új mérési elrendezés szükséges Első generációs CT működése Kétdimenziós metszet kétdimenziós leképezése k = e Σμ ) Δx μ i : az egymás mögötti ik letapogatott réteg röntgencső keskeny sugárnyaláb térfogatelemek gyengítési állandója letapogatott réteg vastagsága lg = lg eδx n i= 1 μ ik k-adik pozíció

7 Első generációs CT működése objektum digitális kép letapogatott réteg röntgencső keskeny sugárnyaláb transzláció röntgencső röntgencső letapogatott réteg vastagsága elfordulás keskeny sugárnyaláb Egymást követő detektálási pozíciók röntgencső Voxel : volume element / térfogatelem Pixel : picture element / képelem A pixel tulajdonságai (pl. szürkesége, színe) megfeleltethető a voxel meghatározott fizikai tulajdonságának. CT generációinak fejlődése CT generációinak fejlődése első generáció második generáció harmadik generáció negyedik generáció Egy Haladás és elfordulás Párhuzamos sugarak Több Haladás és elfordulás Enyhe legyezőnyaláb Számos Csak elfordulás Széles legyezőnyaláb Rögzített gyűrű Csak a sugarforrás elfordulása Széles legyezőnyaláb

8 A kép rekonstrukciója második generáció negyedik generáció denzitásmátrix Hounsfield-egységek alapján H CT μ μ =1 μ viz viz Hounsfield-skála 5 perc 2 másodperc víz máj zsír csont A tárgy 3D rekonstrukciója A és a forrás forgása mellett a test is mozog. A mérési adatok egy spirál mentén származnak. Spirál CT sok egy dimenziós adatfelvétel síkok denzitásmátrixa 3D rekonstrukció A számítógép ezekből az adatokból rekonstruálja első lépésben a szeleteket. Pontosabb 3D rekonstrukció

9 Röntgensugárzás detektálása 5. generáció: álló/álló fotófilm szcintillátorok gázionizációs ok félvezető eszközök Nincs hagyományos rtg-cső. Forgó W-target és irányított elektron nyaláb. Elektronikus röntgenkép-erősítő A hét kérdése Milyen összefüggés van a röntgensugárzás egyes részfolyamatokban való elnyelődési valószínűsége és az abszorbens effektív rendszáma között? digitalizálható kép kisebb sugárterhelés röntgenkontroll mellett végzett manipuláció

10 Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika VIII. 3.1 VIII