A röngtgendiagnosztika alapja: a sugárzás elnyelődése A foton kölcsönhatásának lehetőségei:
A röntgendiagnosztika alapjai
Compton-szórás fotoeffektus Comptonszórás
elnyelődés fotoeffektusban
detektor Áthaladt sugárzás
A fotonenergia növelésével csökken az elnyelődés. A csökkenés markánsabb a fotoeffektusra nézve. Kis fotonenergiáknál τm dominál.
τm markánsan változik az
abszorbens rendszámával.
τ m ≈ λ3 Z 3 A sugárzás spektrumának változása drasztikusan módosíthatja az elnyelődési folyamatokat.
nincs kölcsönhatás
Effektív rendszám Z eff = 3
n
∑ wi Z i3
A gyengülési állandók eltolódása
τ m = Cλ3 Z eff3
Valtozása a fotonenergiával
Változása a rendszámmal
Energiatartománya a szövetekben
τm
~ 1/E3
~ Z3
10 – 100 keV
σm
Enyhén csökken Evel
Független a rendszámtól
0.5 – 5 MeV
Enyhén emelkedik E-vel
~ Z2
i =1
anyag
Zeff
levegő
7,3
víz lágy szövet
7,7 7,4
csont
13,8
κm
Röntgenkép keletkezése Az áthatoló intenzitás különbözőségeinek megjelenítése Sugárzásérzékeny lemezen lumineszkáló ernyőn
koponya felvétel
digitalizált képben
mellkasi felvétel
Szummációs kép
5 MeV fölött
Szummációs kép
Δx1 film
test
Különböző mértékű feketedés
röntgen forrás
J0
J
J = J 0e
− μx
Δx2
J0
J μ1
μ2
τ m = Cλ3 Z eff3 alapján nem mutatnak különbséget,
μ3
J = J 0 e − μx
J = J 0 e − ( μ1 + μ 2 + μ3 ) Δx erről nincs információnk
D = lg
J0 J
Kontrasztanyagok alkalmazása Ha a természetes szövetek és környezetük
Δx3
D = ∑ Di i
Zeff H2O Lágy szövetek Csontok Levegő
7.7 7.4 13.8 7.3
ρ (g/cm3) 1 1 1.7 - 2.0 1.29 - 10-3
Pozitív kontraszt → környezetnél nagyobb elnyelés
megváltoztathatjuk Zeff-et vagy a sűrűséget
Zeff > Zkörnyezet → μ > μkörnyezet Negatív kontraszt → környezetnél kisebb elnyelés Zeff < Zkörnyezet → μ < μkörnyezet
Kontrasztanyagok alkalmazása nagyobb Zeff
Digital Subtraction Angiography (DSA) kisebb Zeff
Pl. jód- vagy bariumvegyületek 56BaSO , 53J 4
kontrasztanyagos
natív
kontraszt - natív
felvétel
levegő, CO2
Fotonenergia - képminőség U1
<
U2
<
U3
Fotonenergia - képminőség U1 <
μ1 μ2
Fotoeffektus* Compton szórás* Párképződés*
U2
(30 keV)
(2 MeV)
36% 51% 0%
0% 99% 1% *Átlagértékek
Mammográfiában használt sugárzás spektruma
Intraorális radiográfia
Malignus elváltozás egy mammogramon
Extraorális radiográfia
Molibdén karakterisztikus vonalai
Fogászati panoráma elrendezés
Számítógépes rétegfelvétel CT - computed tomography
A panorámafelvétel során a film és a forrás elfordul a paciens feje körül, és a különböző poziciókból egyedi felvételek sorozatát készíti. A felvételek egy fílmre való rögzítése hozza létre a maxilla és mandibula átfogó leképezését.
Godfrey Hounsfield
Allan Cormack
1979 Orvosi Nobel-díj
emlékeztetőül
Matemetikai megközelítés egy egyszerű példán
J0
Δx
Δx
μ1 μ2 μ3
J
J = J 0e
μ2
J = J 0 e − ( μ1 + μ 2 ) Δx
μ3
μ4
J = J 0 e − ( μ3 + μ 4 ) Δx
J = J 0e
− ( μ1 + μ 2 + μ 3 ) Δx
− ( μ1 + μ 3 ) Δx
J = J 0 e − ( μ1 + μ 4 ) Δx
4 független egyenlet 4 ismeretlennel
Első generációs CT működése
Ehhez új mérési elrendezés szükséges Kétdimenziós metszet kétdimenziós leképezése
μ1
röntgencső
J k = J 0 e − ( Σμik ) Δx μi : az egymás mögötti
keskeny sugárnyaláb
letapogatott réteg
térfogatelemek letapogatott réteg vastagsága
gyengítési állandója
detektor
lg
n
J0 = lg eΔx ∑ μik J i =1
k-adik pozíció
Első generációs CT működése
objektum J0
röntgencső keskeny sugárnyaláb letapogatott réteg
transzláció
letapogatott réteg vastagsága
röntgencső
J0
röntgencső
detektor
keskeny sugárnyaláb
detektor
J0
J
J
Voxel : volume element / térfogatelem
Egymást követő detektálási pozíciók detektor J0
J
CT generációinak fejlődése
Egy detektor “Haladás és elfordulás” Párhuzamos sugarak
J0
elfordulás
detektor
első generáció
röntgencső
digitális kép
második generáció
Több detektor “Haladás és elfordulás” Enyhe legyezőnyaláb
Pixel : picture element / képelem
A pixel tulajdonságai (pl. szürkesége, színe) megfeleltethető a voxel meghatározott fizikai tulajdonságának.
CT generációinak fejlődése harmadik generáció
Számos detektor Csak elfordulás Széles legyezőnyaláb
negyedik generáció
Rögzített detektorgyűrű Csak a sugarforrás elfordulása Széles legyezőnyaláb
A kép rekonstrukciója második generáció
negyedik generáció
denzitásmátrix H CT = 1000
Hounsfield-egységek alapján
μ − μ viz μ viz
Hounsfield-skála
5 perc
2 másodperc
A tárgy 3D rekonstrukciója
sok egy dimenziós adatfelvétel
síkok denzitásmátrixa
3D rekonstrukció
víz
Spirál CT A detektor és a forrás forgása mellett a test is mozog. A mérési adatok egy spirál mentén származnak. A számítógép ezekből az adatokból rekonstruálja első lépésben a szeleteket.
Pontosabb 3D rekonstrukció
máj
zsír
csont
Röntgensugárzás detektálása
5. generáció: álló/álló
fotófilm szcintillátorok
gázionizációs detektorok félvezető eszközök
Elektronikus röntgenkép-erősítő
Nincs hagyományos rtg-cső. Forgó W-target és irányított elektron nyaláb.
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
Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika
VIII. 3.1 3.1.1 3.1.2 VIII.4.3
