curs 14_im_web
Post on 02-Mar-2018
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
1/13
Curs 14Bazele fizice
ale imagisticii medicale
Disciplina de Biofizic
UMFCarol Davila,Bucuresti
Dr. Magda Mocanu
Sumar
1. Metode imagistice ce utilizeazultrasunetele
2. Metode imagistice ce utilizeazradia
ia X
3. Metode imagistice ce utilizeazizotopi radioactivi
4. Imagistica prin rezonanmagnetic
5. Metode imagistice de suprafa termografia
2
3
Introducere
Imagistica medical
= permite obinerea unor informaii privind starea organismului pe bazainterpretrii unor imaginiale corpului uman
4
Factor fizic Tehnic imagistic Alte aplicaii
RadiaiaX Radiografie Mamografie, DEXA (densitii osoase)
Radioscopie Tranzit baritat,urografie, angiografie, coronarografie
CT
Radiaia Scintigrafie
SPECT SPECT/CT
+ pozitroni PET PET/CT
Radiaia VIZ Endoscopie
Radiaia IR Termografie
Unde radioCmp magnetic
MRI
Ultrasunete Ecografie Ecocardiografie
Ecografie Doppler
Imagistica medical:
Anatomic (topografic)Starea fiziologica unor organeStarea patologica unor organeMalformaiiSarcinExistena unor tumori
FuncionalActivitatea unor organe
Impact minim asupra organismului uman
Expunerea medical
5
Doses Received Undergoing an Entire Procedure
Complete Exams Effective Dose, mSv
Intravenous Pyelogram (kidneys, 6 films)1 2.5
Barium swallow (24 images, 106 secfluoroscopy)1
1.5
Barium meal (11 images, 121 sec fluoroscopy)1 3.0
Barium follow-up (4 images, 78 secfluoroscopy)1
3.0
Barium enema (clisma) (10 images, 137 secfluoroscopy)1
7.0
CT head1 2.0
CT chest1 8.0
CT abdomen1 10
CT pelvis1 10
CT (headand chest)5 11
PTCA (heart study)6 7.557
Coronary angiogram6 4.615.8
Mammogram6 0.13
Plain Film X Rays
Single Radiographs Effective Dose, mSv
Skull (PA or AP)1 0.03
Skull (lateral)1 0.01
Chest (PA)1 0.02
Chest (lateral)1 0.04
Chest (PA and lateral)5 0.06
Thoracic spine (AP)1 0.4
Thoracic spine (lateral)1 0.3
Lumbar spine (AP)1 0.7
Lumbar spine (lateral)1 0.3
Abdomen (AP)1 0.7
Abdomen6 0.53
Pelvis (AP)1 0.7
Pelvis or hips6 0.83
Bitewing dental film6 0.004
Limbs and joints6 0.06
2014, Michael G. Stabin, Doses from Medical Radiation Sources6
Imaginile tomograficeTomografie
= obinerea unor imagini pe seciuni
voxel pixel
voxel = volume element
pixel = picture element
http://ehealthmd.com/library/mri/MRI_whatis.html
Pe calculator se construiete imaginea, a.. fiecruivoxel si corespundun element de imagine (pixel)
(lb. gr. tomein = a tia, graphein = a scrie)
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
2/13
Metode imagistice ce utilizeazultrasunetele
7
Ultrasunetele aplicaii medicale (1)
8
2009, Suzanne Amador Kane, Introduction to physics in modern medicine
Obstetr ic Cardiologie Ginecologie Examinarea tumorilor de prostat Examinarea organelor abdominale Examinarea glandei tiroide
Aplicaii medicale: 2D, 3D, 4D
9
Ultrasunetele (US)
unde mecanice longitudinale cu frecvena mai mare de 20 kHz
http://www.newworldencyclopedia.org
1 MHz 30 MHz
Ultrasunetele utilizate n ecografie:
Cu ct frecvena este mai naltcu att se disting structuri mai fine
Viteza i impedana acustic(1)
10
2009, Suzanne Amador Kane, Introduction to physics in modern medicine
Impedanacustic Densitatea
mediului
Viteza depropagare asemnalului
Viteza i impedana acustic(2)
11
Cu ct diferena de impedanacusticeste mai mare cu att fenomenul dereflexie e mai accentuat.
2009, SuzanneAmador Kane, Introduction to physics in modern medicine
Interfa
= zona de separare ntre doumedii (ex: aer-ap)
Ecografia (1)
12
Ecou
= fenomenul de reflexie a undelor acustice napoi n mediul iniial
Ecoul poate fi utilizat pentru:
Calcularea distanei la care se aflobiectul (ecolocaie)
Determinarea formei suprafeei care produce ecoul (ecografie)
Determinarea vitezei relative de deplasare a suprafeei care produceecoul (ecografie Doppler)
2
2
Se poate realiza o hart detaliata poziiei interfeelor care produc ecouri(ecografia)
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
3/13
Ecografia (2)
13
Producerea ultrasunetelor:
efect piezoelectric invers
(tensiune electric US)
Detectarea ultrasunetelor:
efect piezoelectric direct
(US tensiune electric)
= transforma energia mecanicin energia electricai invers
College Physics, 2009, Vuille et al.
Pulsurile de ultrasunete sunt emise i detectate:cristale piezoelectrice
Cristal piezoelectric
Ex: cuarul (SiO2)
14
Ecografie ficat
Imaginea prezintesut hepatic.Liniile ntunecate reprezintvase de snge.
http://www.radiologyinfo.org
15
Ecografie calculi renali
www.radiologyinfo.org
Ecografia Doppler (1)
16
2009, Suzanne Amador Kane, Introduction to physics in modern medicine
Aplicaii: Viteza de curgere a sngeluin inimsau vase sanguine Volum de snge n unitatea de timp
Regimul de curgere a sngelui (laminar sau turbulent)
17
Ecografie Doppler (2)
DopplerImagini ale vaselorde sange dininteriorul organelor
Fluxul de sangedinspre intestinspre ficat
http://www.radiologyinfo.org
Cod culoare Semnificaie
Rou strlucitor Flux mrit care se apropie
Rou ntunecat Flux redus care se apropie
Albastru Flux care se ndeprteaz
Galben/mozaic rou-albastru Curgere turbulent(anevrisme, stenoze ale lumenelor)
2009, SuzanneAmador Kane, Introduction to physics in modern medicine18
Metode imagistice ce utilizeazradiaii X
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
4/13
19
Radiaia X
Radiaii electromagnetice ionizante (E > 10 eV, < 100 nm)
http://www.antonine-education.co.uk
20
Modaliti de producere a radiaiei X
Radiaie de frnare Radiaie caracteristic
http://www2.rgu.ac.uk/life_SEMWEB/xray.html
Electroni acceleraiElectroni accelerai
Electroni emiiElectroniemii
RX cuspectrudiscret
RX cuspectrucontinuu
Tehnicile imagistice
21
Tub Coolidge obinerea RX
1. catod (wolfram)2. anod (tungsten, molibden)
2010, Wolfson, Essential College Physics
(zeci sute kV)
RX avantaje i dezavantaje
Pros
Metode rapide (radiografia), nedureroase
Scop diagnostic
CT 3D, rezoluie mrit
Cons
Utilizarea radiaiei ionizante
RX nu este niciodatrecomandatfemeilor nsrcinate
Radiografia, radioscopia, CT abdominale nu sunt recomandatefemeilor n perioada fertil
Doza biologicpt CT este de cca 10 mSv ~ 2 x DMA; expunereandelungatpoate conduce la cancerizare
22
23
Radiografia. Radioscopia.
24
Radiografia
Imaginea se nregistreazpe unfilm fotografic:
Calciul absoarbe RX(oasele apar albe)
Grsimea i esuturile moiabsorb mai puin RX (apar gri)
Aerul nu absoarbe RX(apare negru)
Radiografia pulmonar
Gow et al., PLoS Med. 2005
Substane de contrast(elemente cu greutate atomicmare):
Bariu (tubul digestiv) Iod (vase de snge, sistem urinar)
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
5/13
25
Detectarea recidivelor radiografie toracic
Gow et al., PLoS Med. 2005
Gefinitib
= inhibitor al fosforilriireceptorului pentruEGF
26
Radioscopie (1)
2007, Fodor et al., TMJ
Imaginile se proiecteazpe unecran fluorescent
Examinare radiologicn timp real
Organulinvestigat
Substanade
contrast
Explorareradioscopic
Tubdigestiv
Bariu Tranzit baritat
Sistemurinar
Iod Urografie
Vase desnge
Iod Angiografie,coronarografie
Atenie!Se verificsensibilitatea pacientului la sbde contast (iod) prevenire oc anafilactic
Zonele albe: bariuZonele ntunecate: aer
Mamografia
27
Mamografia
28
= examinarea glandei mamare cu o dozredusde radiaie X n scopdiagnostic sau screening (depistare n mas)
0,7 mSv
2011, Woods, Radiology
Mamografie (2)
29
, 48 aniIstoric familial:cancer mamar
Mamografia:MasneregulatdensstelatDgn: Carcinom ductolobular
2013, Menezes G et al., SpringerPlus
movie30
Tomografia computerizat
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
6/13
31
1979, Premiul Nobel n Fiziologie i Medicin
Pentru optimizarea tomografieiasistate de calculator
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1979/
Allan M. Cormack Godfrey N. Hounsfield
rinichi~ 1970
Furnizeazinformaii anatomice despre:esuturile moi Oasele
Photos: Copyright The Nobel Foundation
PN n Fiziologie i Medicin
32
CT componente principaleComponente principale:
1. Surse RX
2. Detectoare RXCristale scintilatoareFotomultiplicatoare
3. Sistem de reconstrucie aimaginii
2007, Introduction to CT physics
Modaliti de achiziie a imaginilor
33nregistrarea n spiralSeciune cu seciune2007, Introduction to CT physics
Scala Hounsfield
= scalcantitativcare descrie radiodensitatea
34
Convenie:Radiodensitate ap= 0Radiodensitate aer = 1000
1000
(pres, temp: cond standard)
HU = Hounsfield unit = coeficient de atenuare liniar
2007, Introduction to CT physics
35
Apical vertebra determined on anterio-posteriorradiogram (A) and corresponding CT scan (B)
Chun et al, Eur Spine J (2008) 17:22422936
3D CT scan image showing scoliosis ofthe spine with the rib cage.
Section through inferiormediastinum at infrascapularlevel
Chun et al, Eur Spine J (2008) 17:224229
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
7/13
CT nivel toracic, gt, abdominal
2012 (~12 ani de la interveniainiial) fr evidene pt metastaze
37
2013, Choi et al., Endocrinology and Metabolism
,62 ani
1999, sarcom (tummaligna -es conj) artera pulmonarintervenie chirurgical+radioterapie fracionat(4500 cGy) +chemoterapie
2004, nodul tiroidianmetastatic tiroidoectomie
2006, metastaza la nivelulglandei suprarenale ndepratarea glsuprarenale
Movie
38
Computed tomography angiography (CTA)
J. D. Eastwood et al, AJR 2003; 180:3-12
, 54 aniDurere la nivelul gtului
Hemiparez
CT-angiografie:Ocluzie la nivelul arterei(trombus)
CT angiografie coronarian
39Plci de aterom calcifiate
artere coronare
2D
2013, Sabarudin et al., World J Cardiol
3D64 seciuni
40
Imagistica prin rezonanmagnetic
Tomografia computerizatprin rezonanmagneticnuclear(RMN)
41
Imagistica prin rezonanmagnetic
Tehnicneinvaziv utilzatnscop:
Diagnostic clinic
Explorare biomedical
Nuclee cu propriet
imagnetice
Nucleul atomului dehidrogen (protonul)
n esuturile biologice:
1H, 13C, 23Na, 31P, 39KCmp magnetic (foarte intens):
0,05 3 T (Tesla)
1T ~ 20000 mai mare dect cmpulmagnetic al Pmntului (0,00003 T)
42
Magneii nucleari
Orientare haotic Aliniere pedirecia cmpului magnetic
Curs Prof. Dr. Ganea
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
8/13
43
Magneii nucleariexecuto micare de precesie
= (fiz.) micare a unuicorp n jurulaxei sale, axa descriind un con
cu vrful ntr-un punct fix
Curs Prof. Dr. Ganea
PRECSIE
44
Nucleele magnetice emit un semnal dupinteraciunea cu radiaia electromagnetic
Pentru a trece ntr-o stare excitatnucleul trebuie sprimeascdinexterior o energie proporionalcufrecvena micrii de precesie= frecvena de rezonan
Curs Prof. Dr. Ganea
La ncetarea pulsului deradiofrecven: nucleele revin n poziia iniial= timp de relaxare
Puls de radiofrecvenFrecvena de rezonana protonilor = 4,2 MHz
45
Timpi de relaxare
Curs Prof. Dr. Ganea
Timpi de relaxare:
T1 = timp de relaxare longitudinal(pt ap: 1000 ms)
T2 = timp de relaxare transversal(pt ap= 50 ms)
Situaii patologice T1, T2 prelungii
Substane de contrast
46
Atenie!
Se verificsensibilitatea pacientului la sbde contast prevenire oc anafilactic
Gadoliniu= reduce timpul de re-emisie al
radioundelor de ctre protoni imaginea este mailuminoas
2009, Suzanne Amador Kane, Introduction to physics in modern medicine
47
Tipuri de seciuni la nivelul creieruluiThis series of three coronal T1-weighted studies, from an individual with autopsy-proven
Alzheimer disease (AD), were each acquired 1 yr apart and show progressive hippocampal(H) atrophy as the individual progressed from memory complaints
Johnson K A et al. Cold Spring Harb Perspect Med2012;2:a006213
2012 by Cold Spring Harbor Laboratory Press
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
9/13
49
Brain stem lesions (arrows) on MRI of multiple sclerosis (MS). MRIshowing solitary pons lesion with sharply defined borders
PLoS One. 2011; 6(8): e22766.movie 50
Metode imagistice ce utilizeazizotopi radioactivi
Radionuclizi (radioizotopi)utilizai n medicina nuclear
51
2007, Advancing Nuclear Medicine Through Innovation
m = metastabil
= (despre un nivelenergetic) care are oviarelativ lung
Scintigrafia
52
Scintigrafia diagrama schematic
53
Detector = camera gama(camerde scintilaie):
2009, SuzanneAmador Kane, Introduction to physics in modern medicine
Monitor
Analizorde impulsuri
ColimatorCristale de scintilaieReea de PMT
Investigaie funcional54
RadioizotopiSubstana radioactiv= trasorul radioactiv:
Specificitate pentru un anumit esut
Timp de njumtire ct mai mic
Radionuclizi care emit radiaie de energie joas
Administrare: intravenoas
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
10/13
55
Scintigrafie tiroidian
2012, Hamasaki et al., Thyroid Res. 2012; 5: 19.
A diffuse and significantly elevated uptake rate 3 and 24 hoursafter injection of 123I was 111% and 63% respectively
BoalaBasedow Graves(gua exoftalmic)
Hipertiroidie Oftalmopatie Dermopatie (ngroare derm)
2D
Pacient cu boala Graves
56
Scintigrafie renal
2009, Gilani et al., Cases J.; 2: 7509
Enalapril= antihipertensiv
99mTc-dimer captosuccinic acid (DMSA)
Reversibilitatea insuficienei renale acutedupoprirea tratamentului cu Enalapril
2D
Tomografia computerizatprinemisia unui foton unic (SPECT)
57 58
SPECT
Single-Photon Emission Computed Tomography
Radiaii Investigaie funcional
(tomografie computerizatprin emisia unui foton unic)
3D Aplicaii medicale:
Afeciuni ale creierului(demena, epilepsie, convulsii,leziuni la nivelul capului)
Afeciuni cardiace (blocareaarterelor coronare, scdereaeficienei inimii ca pomp)
Afeciuni osoase (vindecareafracturilor, progresia cancerului) 78 ani, pierdere de memorie, depresie
99mTc-hexamethyl propyleneamine oxime
2014, Santra et al, World Journal of Nuclear Medicine
coronaltransversal
59
Reconstructie 3D SPECT
S. Huang et al, Comput Math Methods Med. 2013; 2013: 647548.60
Detecia amilodozelor SPECT/CT
Minamimoto et al., Am J Nucl Med Mol Imaging. 2013; 3(3): 261271.
64 ani, mielom multiplu99mTc-aprotinin
aprotinin
= marker pt amiloidoze sistemice
SPECTCT
CT/SPECT
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
11/13
Tomografia prin emisie de pozitroni
61
PET
62
Studiul activitii cerebrale
Detecia tumorilor(cerebrale, mamare, pulmonare etc)
Urmrirea activitii unorreceptori (dopamina, serotonin,noradrenalin)
Aplicaii medicale:
Positron Emission Tomography(tomografia prin emisie de pozitroni)
Johnson K A et al. Cold Spring Harb Perspect Med2012;2:a006213
2012 by Cold Spring Harbor Laboratory Press
63
Imaginea schematica unui aparat pentru PET
Lawrentschuk, N. et al. (2010)Functional imaging of renal cell carcinomaNat. Rev. Urol. doi:10.1038/nrurol.2010.40
n organism se introducsubstane marcate cu izotopiradioactivi care emit radiaie+ (pozitroni) i care au untimp de njumtire redus
64
PET substane radiofarmaceutice
FDG
= 18F fluorodeoxiglucoz (analog alglucozei marcat cu 18F)
= formarea imaginii pe bazametabolismului glucozei
Analogi ai aminoacizilor:11C metionin
= formarea imaginii pe baza sintezei deproteine
= permite diferenierea tumorilor deinflamaii
http://www.radiolabeling.org/theory/synthesis.htm
65
Detectarea recidivelor FDG-PET
J. Cuaron et al., Front Oncol. 2012; 2: 208.
67 ani, 4 luni 9 luni66
Detectarea tumorilor: FDG-PET/CT
FDG-PET/CT detected increasedmetabolism in the right breast
2012, Barata et al., Case Report Oncology
PET/CT movie~ 25 mSV
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
12/13
Termografia
67
Digital image vs IR image
68
Detecteazdiferene de temp = 0,1 CTehnic neinvaziv
69
Anizotermie plantarla pacieni cu diabet
Anizotermie plantar(T 0.4C)la un pacient cu diabet
Balbinot et al., Clinics (Sao Paulo). 2012 December70
Infrared image of the anterior aspect of the knees
C. Hidebrandt et al., Sensors (Basel). 2010; 10(5): 47004715.
Ruptura ligamentului antreriorde la nivelul genunchiului drept
Profil hipertermic genunchiul drept este afectat
71
Imagini comparative ale termografiei mamare
Normal b reast thermogram Abnormal b reas t t hermogram
Umadevi V et al., Indian J Med Res. 2011 November; 134(5): 725731.
(Tumorile au activitate metabolicintenstemperatura crescut)
The lack of specificity makes it necessary to combine these measurementswith other, more structural modalities (X-ray, computed tomography),rather than using it as a replacement.
C. Hidebrandt et al., Sensors (Basel). 2010; 10(5): 47004715.
Imagine termic subiect care a vorbit latelefonul mobil 15 min
72
-
7/26/2019 curs 14_IM_web
13/13
73
Grad de invazivitate factor fizic
Tehnicimagistic Factor fizic utilizat/nregistrat
PET/CT Pozitroni, radiaie , radia
ie X
SPECT/CT Radiaie , radiaie X
PET Pozitroni, radiaie
SPECT Radiaie
Scintigrafie Radiaie
CT Radiaie X
Radioscopie Radiaie X
Radiografie Radiaie X
IRM (RMN) Unde radio, cmp magnetic
Ecografie Ultrasunete
Termografie nregistrare radiaie IR
top related