Röntgendiagnosztika és CT

Hasonló dokumentumok
Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Röntgendiagnosztika és CT

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

24/04/ Röntgenabszorpciós CT

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Röntgendiagnosztikai alapok

A röntgendiagnosztika alapjai

A röntgendiagnosztika alapjai

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Röntgensugárzás, röntgendiffrakció Biofizika szeminárium

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok

A röntgensugárzás keltése Fékezési vagy folytonos Rtg sugárzás. Röntgensugárzás. A röntgensugárzás elektromágneses sugárzás

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Diagnosztikai röntgen képalkotás, CT

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Röntgenanalitika. Röntgenradiológia, Komputertomográfia (CT) Röntgenfluoreszcencia (XRF) Röntgenkrisztallográfia Röntgendiffrakció (XRD)

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Arany-Tóth Attila. Sebészeti röntgenvizit: Általános radiológia - előadás

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A Nukleáris Medicina alapjai

Az elektromágneses hullámok

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Gamma-kamera SPECT PET

Talián Csaba Gábor Biofizikai Intézet április 17.

Röntgensugárzás. Karakterisztikus röntgensugárzás

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Modern fizika laboratórium

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Röntgen kép és Komputer tomográf (CT) Bevezető. Ujfalusi Zoltán Március 8. PTE ÁOK Biofizikai Intézet

4. A nukleá ris mediciná fizikái álápjái

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Gamma-kamera SPECT PET

Általános radiológia - előadás. Arany-Tóth Attila. Radiológia-Aneszteziológia: 6. félév: 3 kredit

Radioaktív sugárzás elnyelődésének vizsgálata

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

A hőmérsékleti sugárzás

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

1. Az ionizáló sugárzások és. az anyag kölcsönhatása. Prefixumok. levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev = 5.4 aj energia szükséges

Orvosi tomográkus képalkotás/ct technika alapja

A fény korpuszkuláris jellegét tükröző fizikai jelenségek

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Szinkrotronspektroszkópiák május 14.

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Abszorpciós fotometria

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Méretek. Az ionizáló sugárzások fajtái. 1. Atomfizika, Radioaktivitás és Röntgensugázás

ELEMI RÉSZECSKÉK ATOMMODELLEK

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai 2. Az izotóp kiválasztásának szempontjai. hf > 50 kev. α β γ. Maximáljuk a nyerhető információt.


vmax A részecskék mozgása Nyomás amplitúdó értelmezése (P) ULTRAHANG ULTRAHANG Dr. Bacsó Zsolt c = f λ Δt = x/c ω (=2π/T) x t d 2 kitérés sebesség

A lézer alapjairól (az iskolában)

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása (2-34) 2. Fizikai dózisfogalmak. 3. A sugárzás mérése (42-47) Prefixumok

A sugárzások a rajz síkjára merőleges mágneses téren haladnak át γ α

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Orvosi biofizika. 1 Az orvostudomány és a biofizika kapcsolata. Sugárzások a medicinában. gyakorlatok. 1. félév előadásai

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

A röntgendiagnosztika alapjai

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

A RÖNTGENSUGÁRZÁS Elektromágneses sugárzás, jellemzően λ = nm E = 120 ev kev ν = 3x x10 19 Hz Terápiás célokra nagyobb energi

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

Képrekonstrukció 2. előadás

A radioaktív bomlás típusai

A fény tulajdonságai

Sugárbiológia ismeretek jelentősége a diagnosztikában és terápiában. és sugárkémiai alapismeretek.

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Abszorpciós fotometria

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Az atom felépítése Alapfogalmak

Radioaktivitás biológiai hatása

Átírás:

Röntgendiagnosztika és CT 2013.04.08. Röntgensugárzás Elektromágneses sugárzás (f=10 16 10 19 Hz, E=120eV 120keV (1.9*10-17 10-14 J), λ<10-11 10-8 m) 0.12-12keV: lágy; 12-120keV: kemény Elektronátmenetek által kiváltott sugárzás (!) ionizáló sugárzás Wilhelm Conrad Röntgen, német fizikus 1895 November 8 X-ray (ismeretlen sugárzás) 1901 Fizikai Nobel-díj elektronátmenetek által kiváltott sugárzás gamma sugárzás: atommag által kibocsátott sugárzás 1

Történeti háttér Wilhelm Conrad Röntgen 1895 november 8: egy ismeretlen sugárzás előállítása és detektálása( X-rays vagy Röntgen sugárzás) 1895 decemer 28: Az eredmények leközlése Röntgen W.: Ueber eine neue Art von Strahlen. Sitzungsberichte der Wuerzburger Physik.-medic. Gesellschaft, Wuerzburg, 1895. Első fizikai Nobel Díj 1901-ben Röntgen sugárzás előállítása (rtg csövek) vákum Hűtött anód 1 ma -1 A hot cathode: source of electrons 30-150 kv Rtg sugárzás ~ 1%-a az elektornok energiájának. Hő ~ 99%. Gyorsító feszültség (30-150kV) ~ az emittált fotonok energiája ~ áthatolóképesség ~ kontraszt a rtg képeken. Áramerősség (1mA-1A) ~ kibocsátott elektronok száma (dózis) ~ a rtg képek sötétsége. 2

Rtg sugárzás elleni védelem: Pb(82) - ólom Miért jó? Összetett, és nagy sűrűségű anyag A beeső fotonok nagy valószínűséggel találkoznak elektronnal. olcsó ( arany, ezüst) Kevésbbé toxikus mint a tallium vagy a bizmut Nagymennyiségben áll rendelkezésre Rtg sugárzás típusai Karakterisztikus rtg sugárzás fékezési röntgensugárzás( Bremsstrahlung ) 3

Röntgensugárzás keletkezése karakterisztikus röntgensugárzás vonalas spektrum(anód anyagától függ) Charles Glover Barkla - Fizikai Nobel díj 1917-ben a karakterisztikus rtg sugárzás felfedezéséért Barkla felvetette, hogy a rtg sugárzás elektromágneses hullám fékezési röntgensugárzás( Bremsstrahlung ) folyamatos spektrum Karakterisztikus rtg sugárzás vonalas spektrum(anód anyagától függ) Charles Glover Barkla - Fizikai Nobel díj 1917-ben a karakterisztikus rtg sugárzás felfedezéséért Barkla felvetette, hogy a rtg sugárzás elektromágneses hullám Egy beérkező nagy energiájú elektron az anódban lévő K héjról kiüt egy elektront üresedés Külső elektron ugrik a helyébe Karakterisztikus rtg sugárzás keletkezik (E=héjak közötti energia különbség) 4

Fékezési rtg sugárzás Fékezési rtg sugárzás = Bremsstrahlung folyamatos spektrum A rtg csőben a felgyorsított elektron lelassul az anódban lévő atomok magjainak elektromos erőterében. Az energiaveszteség rtg fotonok kibocsátására fordítódik. Széles, folyamatos spektrumú sugárzás keletkezik. Röntgensugárzás létrejötte M kilökődött elektron L becsapódó elektronok K ütközés az atommaggal (maximális energia) Közeli kölcsönhatás (közepes energia) Karakterisztikus rtg sugárzás (diszkrét energia átmenetek) Távoli kölcsönhatás (alacsony energia) 5

Wolfram röntgensugárzási spektruma Kα x-ray: L-shell to K-shell jump Kβ x-ray: M-shell to K-shell jump Fékezési és karakterisztikus rtg sugárzás spektruma (80, 100, 120, 140 kv gyorsítófeszültség és azonos áramerősség). Wolfram elektron-szerkezete K L M N O P 6

Rtg sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Kölcsönhatás típusa Compton szóródás Foto-elektromos hatás Pár képződés Fotodestrukció Koherens szóródás Kölcsönhatás fontossága Diagnosztikus radiológia Diagnosztikus radiológia Terápiás radiológia Terápiás radiológia Nem túl jelentős Abszorpciós folyamatok előfordulásának valószínüsége vízben Rtg sugárzás energiája Fotoelektromoshatás Compton-szóródás Párképződés 10 kev 95% 5% 0% 25 kev (mammográfia) 60 kev (diagnosztika) 50% 50% 0% 7% 93% 0% 150 kev 0% 100% 0% 4 MeV 0% 94% 6% 10 MeV (terápia) 0% 77% 23% 24 MeV 0% 50% 50% 7

Foto-elektromos hatás Belső héjat érintő ionizációs folyamat A foton energiája teljesen elnyelődik Foto-elektronhagyjaelazatomot(E=E beesőfoton E e-kötésienergiája ). Üresedés a belső elektron-héjon. Felsőbb héjról elektron tölti be az üres pozíciót. Alacsonyabb energiájú rtg sugárzás keletkezhet (később teljesen elnyelődik) P~Z 3 /E 3 Nagyobb valószínüséggel fordul elő alacsonyag energiájú rtg sugárzás esetén (10-500keV) magas rendszámú elemek esetében (pl. csont ( 20 Ca), kontraszt anyag ( 55 Ba). Növeli a beteget ért dózist. Nagymértékben felelős a rtg képen kialakuló kontraszt mértékéért. Compton szóródás A rtg foton egy atom külső héjáról elektront lök ki (rugalmatlan ütközés). A rtg foton irányt változtat miközben energiája csökkent (frekvencia csökken, hullámhossz nő). Compton e - szabadul ki az atomból. A Compton effektus bármely szövetben előfordulhat. P ~ elektron sűrűség (nagyjából azonos elemenként nem függ a rendszámtól) Nagyobb valószínüséggel fordul elő magas energiájú rtg sugárzás esetén (100 kev - 10 MeV) A szórt foton nem hordoz hasznos információt. Csökkenti a rtg képen a kontraszt mértékét. 8

Párképződés e - atommag foton e + Párképződés előfeltétele, hogy a foton energiája legalább 1.022 MeV legyen (0.511MeV az elektron nyugalmi tömegéhez rendelhető energiamennyiség.) rtg sugárzás nagy energiájú fotonok(e>100 kev). Koherens(Rayleigh, Thomson) szóródás Klasszikus szóródás(rugalmas ütközés). A hullámhossza a szóródott sugárzásnak nem változik sem az energiája. Egyedül a sugárzás iránya változik meg. Energiában nincs változás. 9

Fotodestrukció Egy atommag szétesése nagy energiájú foton energiájának abszorpcióját követően. Főleg nagy eenrgiájú sugárzás esetén(>8mev) (neutron, α-részecske) Rtgsugárzásfontoskölcsönhatásai Foto-elektromos hatás Felelős a kontraszt kialakulásáért a képen Compton szóródás Nincs hasznos információ belőle: a kontrasztot csökkenti Pár képződés(nem túl jelentős) 10

Képalkotásban fontos tényezők Áthaladt rtg sugárzás (sötét területeket hoz létre a képen) Foto-elektromos hatás (világos területeket hoz létre a képen) Compton szóródás(nincs hasznos információ) Rtg sugárzás felhasználása Radiográfia (képalkotás) Repülőtéri szkenner Radioterápia (sugárterápia) malignus sejtek elpusztítása Ipari felhasználás Rtg-krisztallográfia 11

Rtg sugárzás veszélye Ionizáló sugárzás! ionizáció: az a folyamat melynek során egy atom vagy molekula ionos formába alakul át azáltal, hogy egy töltött egységet felvesz vagy tőle megszabadul (pl. elektron) reaktív végtermék Káros (e.g. sugárzási betegség, daganatos elváltozások) Rtg-felvétel Rtg sugárzás objektum rtgszenzitív film v. digitális detektor 2D-s leképezés Negatív kép sokrtgfoton sötét részek kevésrtgfoton világos rész 12

Röntgenabszorpciós CT Élettani és Orvostudományi Nobel díj- 1979 Allan M. Cormack, Godfrey N. Hounsfield Godfrey N. Hounsfield Born: 28 August 1919, Newark, United Kingdom Died: 12 August 2004, Kingston upon Thames, United Kingdom Az első CT készülék építése 1971-ben. Allan M. Cormack Born: 23 February 1924, Johannesburg, South Africa Died: 7 May 1998, Winchester, MA, USA A CT elméleti hátterének kidolgozása(1963-64). http://www.nobelprize.org 13

Alapelvek A rtg-cső forog a beteg körül. A detektorok a sugárzás gyengülését mérik különböző szögekből. A detektorok egy számítógéphez csatlakoznak. Az adatfeldolgozás megfelelő algoritmus szerint történik. Az egyedi abszorpciós együtthatókat tükröző térbeli eloszlás ábrázolódik. Rtg-kép: szummációs kép = az egyedi térfogatelemek összességének eloszlását megjelenítő felvétel. CT kép: az egyedi térfogatelemek sugárzást elnyelő képességének (µ: abszorpciós együttható) egyedi eloszlását megjelenítő felvétel. Intenzitás gyengülés I 0 I I 0 I 14

Intenzitás gyengülés = ( ) = Az i-ik térfogatelem gyengítési képessége µ = abszorpciós együttható = azegyedi térfogatelemekszélessége Intenzitás gyengülés A=8 B=6 C=2 D=4 u 1 =14 u 2 =6 u 6 =8 u 5 =10 u 4 =10 u 3 =12 u 1 = A+B u 2 = C+D u 3 = A+D u 4 = B+D u 5 = A+C u 6 = B+C u 4 u 3 = B+D-A-D = B-A u 1 = A+B u 1 = A+(u 4 u 3 +A)= u 4 u 3 +2A 1 4 + 3 = A = 14 10+12 =8 2 15

A CT készülékek fejlődése A legújabb készülékek az V. generációs Spirál CT készülékek. A rtg- cső 360 fokban forog a beteg körül míg az asztal mozog a felvétel készítése alatt. Nagyszámú detektor együttes használata (akár 14,600 detektor 1.25mm szélességgel) egy szkenneléshez tartozó szeletek száma nő. Csökkent a felvételek elkészítésének ideje (50ms 5min.). III. generációs CT készülék A rtg-cső és a detektor is forog. Legyező alakú nyaláb (30-60 ) a beteg teljes lefedésére. 1 szekundumos szkennelési idő. Kitűnő rekonstrukciós és felbontó képesség. 16

Jó kontraszt 3D-s információ Előnyök és hátrányok Rosszabb képminőség a hagyományos rtg képpel összevetve. Magas sugárterhelés (akár 500-600X) a hagyományos rtg felvételekkel összevetve. Vége! 17