Počítačová tomografie (1)

Počítačová tomografie (1)  velký počet měření průchodů rtg paprsků tělem - projekční data  matematické metody pro rekonstrukci CT obrazů z projekčních dat

B i o c y b e r n e t i c s

G r o u p

Počítačová tomografie (2)  generace CT  1. generace - geometrie rovnoběžných paprsků  2. generace - kuželový paprsek, násobné detektory  3. generace - kuželový paprsek, rotující detektory  4. generace - kuželový paprsek, fixní detektory  5. generace - skenující elektronový paprsek


G r o u p

Počítačová tomografie (3)  typické CT obrazy - mozek, hlava, hrudník s plícemi, břicho


G r o u p

Počítačová tomografie (4)  hlavní komponenty CT 4. generace


G r o u p

Počítačová tomografie (5)  schematická ilustrace ultrarychlého CT systému 5. generace


G r o u p

Počítačová tomografie (6)  zdroj rtg záření (s výjimkou 5. generace)  zpomalení nabité částice způsobí emisi elektromagnetického záření - široká, kontinuální distribuce energie, počet rtg paprsků relativně malý na vyšších energiích, vyšší na nižších energiích  výkon - 120 kV při 200 až 500 mA - energetické spektrum záření 30-120 keV  vysokofrekvenční generátory - 5-50 kHz  detektory rtg záření  vysoká efektivita - minimalizace radiační dávky  velký dynamický rozsah  velmi stabilní v čase  necitlivé na změny teploty uvnitř zařízení  pevnolátkové detektory  detektory s ionizovaným plynem


G r o u p

Počítačová tomografie (7) - detektory


G r o u p

Počítačová tomografie (8)  využití v diagnostice i terapii  př. terapie - léčba plicního tumoru - stereotaktická radiační terapie


G r o u p

Počítačová tomografie (9)


G r o u p

Magnetická rezonance (1)  zobrazování magnetickou rezonancí  vynikající kontrast v měkkých tkáních  vynalezena na poč. 70. let 20. st. – Paul C. Lauterbur a Peter Mansfield (Nobelova cena 2003)  první komerční skenery v 80. letech  nejdůležítější využití (dle studie z r.1990)  hlava - 40%  páteř - 33%  kosti a klouby - 17%  tělo - 10%  1 obraz za méně než 50 ms  základní kompromis mezi rozlišením, časem potřebným pro získání obrazu a poměrem (odstupem) signál - šum


G r o u p

Magnetická rezonance (2)  základní princip  materiály s lichým počtem protonů nebo neutronů mají slabý, ale pozorovatelný magnetický moment  jaderné momenty • za normální situace - náhodně orientované • v silném magnetickém poli (0,2 - 1,5 T, i více) - uspořádané  soubor magnetických momentů - magnetizace nebo spin  základní myšlenka - měření momentu, když osciluje v rovině kolmé na statické pole  signál NMR z lidského těla - predominantně z protonů vody  MRI (magnetic resonance imaging) - prostorové variace magnetického pole umožní rozlišit spiny podle jejich umístění  použití gradientu magnetického pole - každý definovaný objem osciluje na určité frekvenci


G r o u p

Magnetická rezonance (3)  1980 - 1996 - více než 100 mil. klinických MRI skenů  nyní každoročně - více než 20 mil. MRI skener statické magnetické pole vytvářené magnetem soubor cívek pro vytváření gradientu radiofrekvenční cívky gradienty a rf komponenty zapínány a vypínány podle přesně definovaného časového schematu nebo sekvence pulsů  různé sekvence - pro extrakci různých typů dat z MR obrazů - cíl - kvalitní kontrast mezi různými typy měkkých tkání v těle

    


G r o u p

Magnetická rezonance (4) - blokový diagram


G r o u p

Magnetická rezonance (5)  magnety pro statické pole  požadavky na pole • intenzivní • vysoce uniformní v prostoru • konstantní v čase • generované elektrickým proudem nebo permanentně magnetizovanými materiály  4 různé třídy hlavních magnetů  permanentní magnety  elektromagnety  resistivní magnety (v současnosti se používají vyjímečně pouze se slabými poli 0,02 - 0,06 T)  supravodivé magnety • kryogenně chlazené • materiál - např. slitina niobu a titanu


G r o u p

Magnetická rezonance (6)     

6 cívek ze supravodivého materiálu zapojeno do série průměr cívek cca 1,3 m (celková délka vinutí cívek cca 65 km) teplota cca 10 K pro niob-titan proud cca 200 A magnetické pole 1,5 T


G r o u p

Magnetická rezonance (7) gradientní cívky  3 gradientní pole (x, y, z v kartézské souřadné soustavě)  kódování informace o poloze do signálu MRI  umožňuje zobrazit tenké anatomické řezy  elektrický odpor cca 1 Ω  indukčnost cca 1 mH  spínání gradientního pole 0 - 10 mT/m za 0,5 ms  spínání proudu 0 - 100 A za 0,5 ms  napětí na cívkách (L di/dt) - 200 V  výkon během spínacího intervalu cca 20 kW  v náročnějších aplikacích (např. MRI srdce)  pole až 4 - 5 mT/m za 0,2 ms i méně  požadované napětí - více než 1 kV


G r o u p

Magnetická rezonance (8) radiofrekvenční cívky  2 základní účely  přenos a přijímání signálů na rezonanční frekvenci protonů v těle pacienta  u celotělových skenerů se statickým polem 0,02 - 4 T  operační frekvence 0,85 - 170,3 MHz  1,5 T skenery - 63,86 MHz       

v ideálním případě - rf pole je kolmé na statické pole (směr osy z) rf pole lze lineárně polarizovat ve směru x nebo y 3 třídy cívek - pro tělo, hlavu a povrch umisťují se do prostoru mezi pacienta a gradientní cívky cívky pro tělo - válcová forma, dostatečný průměr cívky pro hlavu - menší průměr povrchové civky - pro zobrazení omezené oblasti těla - různé tvary a velikosti


G r o u p

Magnetická rezonance (9) digitální zpracování dat  vzorkování detekovaného rf signálu - 1 obraz každých 5 - 20 ms  1 obraz - 1 Mb dat  16 bitů pro vyjádření jasu ve škále šedi  jas vypočítáván pro každý pixel obrazu - odpovídá intenzitě signálu v každém voxelu objektu


G r o u p

Magnetická rezonance (10) - trendy  chirurgické nástroje kompatibilní s magnetickým polem, anestetické přístroje, monitorovací zařízení


G r o u p

Magnetická rezonance (11) - angiografie


G r o u p

Magnetická rezonance (12) - hlava, patologie


G r o u p

Magnetická rezonance (13) - koleno


G r o u p

Funkční magnetická rezonance (1)  technika pro zobrazování změny signálu krve  pro studium toku krve a perfuze v mozku  změny v neuronální aktivitě doprovázeny místními změnami v toku krve v mozku, objemu krve, okysličení krve a metabolismu  tyto fyziologické změny - základ pro tvorbu funkčních map mentálních operací  využití saturace nebo inverze vstupního signálu krve pro kvantifikaci absolutního toku krve  změna okysličení krve během neuronální aktivity


G r o u p

Funkční magnetická rezonance (2) rozdíl mezi zdravým mozkem a mozkem po mrtvici


G r o u p

Funkční magnetická rezonance (3) sekvence mapování aktivace primárního vizuálního kortexu při vizuální stimulaci


G r o u p

Nukleární medicína (1)  používání radioaktivních materiálů pro diagnostické a terapeutické účely  radioaktivní látka - intravenózně, vdechnutí, polknutí  poločas rozpadu - od několika minut po týdny


G r o u p

SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography) (1)  kombinace konvenční nukleární medicíny a CT  radioaktivně značkovaná farmaka  distribuce radiofarmak závisí na biokinetických vlastnostech látky a normálním či abnormálním stavu pacienta  gamma fotony emitované z radioaktivního zdroje detekovány detektory záření  projekční data získávána z různých pohledů kolem pacienta  obrazy SPECT - lepší kontrast, detailnější informace ve srovnání s konvenčními metodami nukleární medicíny  rozdíl SPECT a PET - použité typy radionuklidů  PET - C-11, N-13, O-15, F-18 - emitují pozitrony s následnou emisí dvou koincidenčních 511 keV anihilujících fotonů  SPECT - standardní radionuklidy - emitují jednotlivé fotony gamma záření s nižší energií - 140 keV fotony z Tc-99m (technecium), 70 keV z Tl-201 (thalium)  náklady - SPECT podstatně nižší než PET


G r o u p

SPECT (2)  základ - detektory záření  pole násobných scintilačních detektorů  jedna nebo více scintilačních kamer  hybridní scintilační detektory kombinující předchozí dva typy


G r o u p

Ultrazvuk (1)  princip - přeměna magnetické, tepelné, elektrické energie v mechanickou energii  nejefektivnější metoda pro lékařský ultrazvuk - využití piezoelektrického jevu  různé typy uspořádání a konstrukce


G r o u p

Ultrazvuk (2)  tkáně v těle - nehomogenní  vyslané signály z přístroje jsou odráženy a pohlcovány tkáněmi v různé míře v závislosti na charakteru tkáně  počátky lékařského zobrazování pomocí ultrazvuku - počátek 70. let 20. st.


G r o u p

Ultrazvuk (3)


G r o u p

Ultrazvuk (4)


G r o u p

Ultrazvuk (5) - echokardiografie


G r o u p

Ultrazvuk (6)


G r o u p

Pozitronová emisní tomografie (1)  princip -detekce vysokoenergetických fotonů vzniklých anihilací pozitronů z izotopů emitujících pozitrony  vysoká citlivost  použití - pro studium neuroreceptorů v mozku a jiných tkáních


G r o u p

Pozitronová emisní tomografie (2)  injekce metabolicky aktivní látky (trasovač) - biologická molekula nesoucí izotop emitující pozitron (C-11, N-13, O-15, F-18)  během několika minut se izotop akumuluje v té oblasti těla, ke které má molekula afinitu  např. glukóza označkovaná C-11 nebo F-18 se akumuluje v mozku nebo nádorech, pro které je glukóza primárním zdrojem energie  radioaktivní jádro se poté začne rozpadat, přičemž emituje pozitron (proton se změní v pozitron a neutron)  atom si udržuje atomovou hmotu, ale jeho atomové číslo se zmenší o 1  emitovaný pozitron se okamžitě kombinuje s elektronem a dojde k anihilaci  vyzářená energie je rozdělena mezi 2 fotony (každý 511 keV)  gamma záření detekováno polem detektorů kolem těla pacienta


G r o u p

Pozitronová emisní tomografie (3)


G r o u p

Pozitronová emisní tomografie (4)


G r o u p

Počítačová tomografie (1)

Recommend Documents