24/04/2012
CT és MRI 2012.04.10.
Röntgenabszorpciós CT
1
24/04/2012
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
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.
2
24/04/2012
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.
Intenzitás gyengülés • = ∑( )∆ •
= ∑ ∆
Az i-ik térfogatelem gyengítési képessége
µ = abszorpciós együttható ∆ = az egyedi térfogatelemek szélessége
3
24/04/2012
Intenzitás gyengülés
I6=8 I1 = A+B I2 = C+D I3 = A+D I4 = B+D I5 = A+C I6 = B+C
A=8
B=6
I1=14
C=2
D=4
I2=6
I5=10
I4=10
I4 – I3 = B+D-A-D = B-A I1 = A+B I1 = A+(I4 – I3+A)= I4 – I3+2A I1−I4 + I3 =A
I3=12
=
14 − 10 + 12 =8 2
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 ↔ 5 min.).
4
24/04/2012
Előnyök és hátrányok • Jó kontraszt • 3D-s információ • Rosszabb képminőség a hagyományos rtg képpel összevetve. • Magas sugárterhelés (akár 500-600X) a hagyományos rtg felvételekkel összevetve.
MRI (Magnetic Resonance Imaging)
5
24/04/2012
Élettani és Orvostudományi Nobel díj - 2003 Paul C. Lauterbur, Sir Peter Mansfield Sir Peter Mansfield Born: 9 October 1933, London, United Kingdom
Paul C. Lauterbur Born: 6 May 1929, Sidney, OH, USA Died: 27 March 2007, Urbana, IL, USA
http://www.nobelprize.org
Mágnesesség • “Az olyan mezőt, amelyet mozgó töltések keltenek, és amely csak mozgó töltésre fejt ki erőt, mágneses mezőnek nevezzük. “ • A mágnese mező erősségének mértékegysége: Tesla (T) vagy Gauss (G; 1T = 10000G) • A mágneses mező erőssége MRI készülékben akár 3T is lehet. • A Föld mágneses mezejének ereje ~ 1 G.
6
24/04/2012
A hidrogén atommagjának mágneses momentuma (proton)
+
Páratlan számú protont tartalmazó atommagok MR jelet adnak. pl. Hidrogén 1, Szén 13, Fluor 19, Foszfor 31, Nitrogén 15, Oxigén 17, Nátrium 23). A hidrogén atom MRI használatának indokai: • nagy mennyiségben fordul elő az emberi szervezetben (pl. víz és zsír) • egyedüli protonja megfelelően nagy mágneses momentummal bír.
Protonok mágneses momentumának térbeli elrendeződése külső mágneses térben.
B0
7
24/04/2012
Protonok térbeli elrendeződése: klasszikus elmélet A mágneses momentumok iránya alapján. parallel
antiparallel
Eredő magmágneses vektor
Protonok térbeli elrendeződése: kvantum elmélet Az atommag különböző energia szintjei alapján (multiplicitás).
∆# = $ν =
$ &' = ħ&' 2%
8
24/04/2012
Boltzman eloszlás Mágneses Energia Boltzman-egyenlet Boltzman eloszlás hőmérsékleti egyensúly esetén
./ ħ ∆, )* = - = )+
Hőenergia
B0↑ ⇒ Pα↑ T ↓ ⇒ Pα↑
Protonok térbeli elrendeződése • • •
•
A hidrogén két energiaszintet foglalhat el – magas vagy alacsony (antiparallel vagy parallel). A hőmérséklet alapvetően befolyásolja a magas vagy alacsony energiaszinten lévő magok arányát. A külső mágneses tér irányával párhuzamos atommagok aránya nagyobb mint az antiparallel elrendeződésűek aránya. Ennek eredménye az eredő magmágneses vektor mely a külső mágnses térrel egyező irányba mutat. Ha növeljük a külső térerő nagyságát – nő a különbség (∆E) az egyes energia szintek között – nő a parallel elhelyekedő magok aránya – Az alacsony energiaszinten lévő populáció aránya nő míg a magasabb energiaszinten lévő populáció aránya csökken → az eredő magmágneses vektor nagysága nő.
9
24/04/2012
Frequency (MHz)
Larmor-precesszió
127.7 63.8
1.5
3.0
Mágneses Térerő (Tesla)
0 = 2%ν = &' γ: giromágneses faktor (for 1H γ = 42.576 MHz/T)
Rezonancia • Energiaátadás akkor, ha egy objektumot a frekvenciájával megegyező frekvenciájú behatás ér. • MRI során RF impulzusokat használunk → gerjesztés Az eredő magmágneses vektor “elbillen” Fázis koherencia
saját
RF
10
24/04/2012
Relaxáció és a jel fogadása ■ Rádó frekvenciás jel rögzítése •
vevő tekercs: az eredő magmágneses momentum változását méri (M)
•
kiolvasási idő (~10-100 ms)
•
relaxáció: az RF jel be és kikapcsolása után a minta mágneses tulajdonsága visszatér az eredeti állapotba longitudinális magnetizáció ↑ → T1 jel felépülése (visszarendeződés) Tranzverzális magnetizáció ↓ → T2 jel csökkenése (fázis- koherencia elvesztése)
Az MRI képalkotást befolyásoló fő tényezők • ρ: proton sűrűség • T1 relaxációs idő • T2 relaxációs idő
11
24/04/2012
Térbeli helyzet meghatározása • Mágneses térerő grádiensek alkalmazása (x,y,z) • Az egyes szeletekhez tartozó frekvenciákkal történő gerjesztés (z). • Tájékozódás a kiválasztott szeleteken belül (x,y): Frekvencia kódolás Fázis kódolás
• Vége!
12
