Click here to load reader

Rentgensko zračenje u dijagnostici (pdf)

  • View
    234

  • Download
    6

Embed Size (px)

Text of Rentgensko zračenje u dijagnostici (pdf)

  • RENTGENSKO ZRAENJE RENTGENSKO ZRAENJE U DIJAGNOSTICIU DIJAGNOSTICI

    D. KrilovD. Krilov02. 02. 200602. 02. 2006. .

  • POVIJESTPOVIJEST

    W.C.RntgenW.C.Rntgen ((1845-19231845-1923) ) 8.11. 18958.11. 1895. - . - otkrio je dootkrio je do tada nepoznato zraenje i tada nepoznato zraenje i istraio njegova svojstvaistraio njegova svojstva::

    ionizira zrakionizira zrak prodire kroz tvariprodire kroz tvari ne otklanja se u elektrinom i magnetskom ne otklanja se u elektrinom i magnetskom

    poljupolju eksponira filmeksponira film na tkivu stvara opeklinena tkivu stvara opekline u sijenju 1896 u sijenju 1896 napravljen je prvi snimaknapravljen je prvi snimak akeake Nature, Jan. 23 1896Nature, Jan. 23 1896 Science, Feb.14 1896Science, Feb.14 1896

  • Priroda X-zraenjaPriroda X-zraenja X - zrakeX - zrake su elektromagnetski valovi su elektromagnetski valovi (1 pm 0,1 (1 pm 0,1

    nm)nm) nema prirodnih izvoranema prirodnih izvora X-zraenja X-zraenja izvor - rentgenska cijevizvor - rentgenska cijev nastaju koenjem brzih elektrona u elektrinim nastaju koenjem brzih elektrona u elektrinim

    poljima tekih jezgara ili relaksacijompoljima tekih jezgara ili relaksacijom,, prijelazima prijelazima elektrona u nie ljuske uelektrona u nie ljuske u teki tekimm atom atomimaima

    medicinska primjena se osniva na specifinim medicinska primjena se osniva na specifinim interakcijama upadnih fotona X-zraka s atomima interakcijama upadnih fotona X-zraka s atomima razliitih tkiva; slika se dobiva iz parametara razliitih tkiva; slika se dobiva iz parametara snopova koji su transmitirani kroz tijelo snopova koji su transmitirani kroz tijelo

  • Izvor - rentgenska cijevIzvor - rentgenska cijev

    katoda

    anoda Ua= 30-150 kVIg = 3-5 A

    Ie= 20-30 mA

    katoda se ari posebnim krugom grijanja termoemisija elektrona

    elektroni se ubrzavaju visokimnaponom: mv2/2= eUa

  • NastanakNastanak X-zraka X-zraka

    Koenje elektronaKoenje elektrona

    Brzi elektroni ulaze u kristalnu reetkuBrzi elektroni ulaze u kristalnu reetkuatoma mete i usporavaju se u elektrinom atoma mete i usporavaju se u elektrinom polju atomskih jezgarapolju atomskih jezgaraEnergija emitiranog fotona ovisi o gubitku Energija emitiranog fotona ovisi o gubitku kinetike energije fotona: kinetike energije fotona: Najveu energiju ima foton nastao Najveu energiju ima foton nastao direktnim sudarom elektrona s jezgromdirektnim sudarom elektrona s jezgrom

    Eul

    Eizl

    h

    izlul EEh =

    [ ] [ ]kVU,nm

    Uechh

    amin

    amin

    max

    241=

    =

    =Izlazni snop sastoji se od fotona razliitih energija polikromatski spektar

  • Sudari s elektronima Sudari s elektronima metemete

    Upadni elektron izbacuje jedan Upadni elektron izbacuje jedan od elektrona iz unutranje od elektrona iz unutranje ljuske atoma mete.ljuske atoma mete.

    Ispranjeno mjesto popunjava Ispranjeno mjesto popunjava elektron iz vie ljuske uz elektron iz vie ljuske uz emisiju X-fotonaemisiju X-fotona

    Emitiraju seEmitiraju se fotoni energija fotoni energija jednakim razlikama energijskih jednakim razlikama energijskih nivoa atoma metenivoa atoma mete

    Vjerojatnost dogaaja je malaVjerojatnost dogaaja je mala

    Spektar se sastoji od uskih linija koje odraavaju strukturu elektronskogomotaa atoma mete linijski spektarprijelazi u K ljusku: K, prijelazi u L ljusku: L, L

  • Spektar X-zraenja

    Spektar je prikaz intenziteta jedinine Spektar je prikaz intenziteta jedinine valne duljine o valnoj duljinivalne duljine o valnoj duljini

    Spektar se sastoji od kontinuirane i linijske Spektar se sastoji od kontinuirane i linijske komponentekomponente

    kontinuirani spektar poinje od granine kontinuirani spektar poinje od granine valne duljine odreene anodnim naponomvalne duljine odreene anodnim naponom

    maksimum spektra je na valnoj duljini maksimum spektra je na valnoj duljini

    linijski spektar je malog intenziteta i nema linijski spektar je malog intenziteta i nema znaenja za medicinsku dijagnostikuznaenja za medicinsku dijagnostiku

    min

    I(W/m3)

    min 34

  • Utjecaj Utjecaj promjene promjene anodnog napona anodnog napona na na spektar X-zrakaspektar X-zraka

    Snaga snopa odreena je empirijskom relacijom:

    Ie je struja elektrona u cijevi koja ovisi o struji grijanja katode; Z je redni broj atoma mete

    Intenzitet snopa je omjer snage i povrine prozora na cijevi

    Porastom anodnog napona poveava se intenzitet snopa.

    Spektar se pomie prema kraim valnim duljinama poveava se tvrdoa snopa

    I

    ZIUkP ea2=

    = dII

  • Utjecaj struje grijanja i Utjecaj struje grijanja i stavljanja stavljanja filtra filtra na na spektar X-zrakaspektar X-zraka

    slaba struja grijanja

    minimalna valna duljina i valna duljina maksimuma ne mijenjaju se poveanjem struje grijanja, samo se poveava intenzitet snopa

    jaka struja grijanja

    s filtrom

    bez filtra

    Minimalna valna duljina se ne mijenja, ali se mijenja valna duljina maksimuma; pomie se prema kraim valnim duljinama. Snop ima manji intenzitet ali je tvri.

    I

    I

  • Interakcija Interakcija fotona X-zrakafotona X-zraka i atoma tkiva i atoma tkivanain interakcije ovisi o energiji fotona i atomskom sastavu tkiva

    fotoelektrini efektdominantan je za fotone energija manjih od 80 keV; vjerojatniji je za teke atome u tkivu koji se nalaze u kostima (Ca)Comptonovo rasprenjeprevladava kod fotona veih energija i vjerojatnije je za lake atome u mekom tkivu (O i C)

  • Zakon atenuacije X-zraenja

    Smanjenje intenziteta monokromatskog snopa prolaskom Smanjenje intenziteta monokromatskog snopa prolaskom kroz tkivo: kroz tkivo:

    (() je linearni koeficijent apsorpcije koji ovisi o tkivu i valnoj duljini) je linearni koeficijent apsorpcije koji ovisi o tkivu i valnoj duljini u medicinskoj dijagnostici je u upotrebi maseni koeficijent apsorpcije:u medicinskoj dijagnostici je u upotrebi maseni koeficijent apsorpcije:

    koji ovisi o vjerojatnosti za fotoelektrini efekt (koji ovisi o vjerojatnosti za fotoelektrini efekt () i Comptonovo ) i Comptonovo

    rasprenje (rasprenje ())

    ( ) xe)(I)x(I = 0

    +==m

  • Poludebljina apsorpcijePoludebljina apsorpcije

    m/

    lnx

    221 =

    To je debljina apsorbera na kojoj je intenzitet jednak polovici upadnog intenziteta

    parametar za odreivanje tvrdoe parametar za odreivanje tvrdoe

    polikromatskog snopapolikromatskog snopa

    - - vea vea xx1/21/2 znai znai tvri snoptvri snop

    20

    21 21

    IIxx/x/

    ==

    xx

    meII = 0

  • Zakon atenuacije za Zakon atenuacije za polikromatski snop ne moemo polikromatski snop ne moemo prikazati analitikom prikazati analitikom funkcijom. funkcijom.

    Srednja energija Srednja energija polikromatskog snopa je polikromatskog snopa je jednaka energiji onog jednaka energiji onog monokromatskog snopa koji monokromatskog snopa koji ima jednaku poludebljinu ima jednaku poludebljinu apsorpcijeapsorpcije

    I

    brzo smanjenje intenziteta zbogapsorpcije fotona malih energija

    na putu kroz tkivo snoppostaje tvri zbog veeg udjelafotona vei energija postaje prodorniji

  • Rentgenska dRentgenska dijagnostikaijagnostika - slojevito - slojevito snimanjesnimanje

    Omogueno je prikupljanje podataka iz onih izlaznih snopova koji su proli kroz Omogueno je prikupljanje podataka iz onih izlaznih snopova koji su proli kroz odabrani sloj tijelaodabrani sloj tijela

    Intenzitet izlaznog snopa ovisi oIntenzitet izlaznog snopa ovisi o koeficijent koeficijentimaima apsorpcije apsorpcije tkiva kroz koja je proao tkiva kroz koja je proao

    Slika je izraunata raspodjela apsorpcijskih koeficijenata tkiva u elementima sloja Slika je izraunata raspodjela apsorpcijskih koeficijenata tkiva u elementima sloja

    Sukcesivnim snimanjem dobivaju se slike uzastopnih slojeva te je mogue pomou Sukcesivnim snimanjem dobivaju se slike uzastopnih slojeva te je mogue pomou raunala dobiti prikaz organa - dijela tijela u tri dimenzije; rotacijom slike na ekranu raunala dobiti prikaz organa - dijela tijela u tri dimenzije; rotacijom slike na ekranu moe se dobiti slika objekta sa svih stranamoe se dobiti slika objekta sa svih strana

  • TTomografija potpomognuta raunalom omografija potpomognuta raunalom (CT,CAT)(CT,CAT) HHounounsfield i Cormack sfield i Cormack 1972.1972. spoj spoj posebnog posebnog naina naina

    snimanjasnimanja,, prikupljanja podataka prikupljanja podataka i matematike obradei matematike obrade

    Princip metodePrincip metode Uski snop zraka prolazi kroz Uski snop zraka prolazi kroz

    odabrani sloj tijela odreen odabrani sloj tijela odreen irinom snopa. Na suprotnom irinom snopa. Na suprotnom kraju je detektor koji biljei kraju je detektor koji biljei intenzitet izlaznog snopa.intenzitet izlaznog snopa.

  • Sloj je podijeljen na volumne Sloj je podijeljen na volumne elemente - elemente - voxel voxel (10 mm(10 mm33).V).Veliina eliina voxvoxeela odreena je la odreena je povrinom povrinom presjekpresjekaa snopa snopa -- razluiv razluivostost metode metode

    Svaki voxel ima svoj koeficijent Svaki voxel ima svoj koeficijent apsorpcije. Snop prolazi kroz niz apsorpcije. Snop prolazi kroz niz voxela i intenzitet izlaznog snopa voxela i intenzitet izlaznog snopa je:je:

    ( ) x...t

    neII +++= 3210

    pixelpixel element element dvodimenzionalndvodimenzionalnee sli slikeke sloja sloja; u jedan ; u jedan pixel pohranjuje se podatak iz jednog voxela pa je pixel pohranjuje se podatak iz jednog voxela pa je broj pixela odreen brojem voxelabroj pixela odreen brojem voxela

  • Paralelnim pomicanjem izvora i detektora snimi se cijeli sloj. Paralelnim pomicanjem izvora i detektora snimi se cijeli sloj. Zakretanjem sustava sloj se snima iz razliitih kuteva. Tako se dobije Zakretanjem sustava sloj se snima iz razliitih kuteva. Tako se dobije dovoljni broj podataka da se primjenom sloenog matematikog dovoljni broj podataka da se primjenom sloenog matematikog algoritma izrauna raspodjela apsorpcijskih koeficijenata. Podaci se algoritma izrauna raspodjela apsorpcijskih koeficijenata. Podaci se prenose u pixele i prikazuju u sivoj skali. prenose u pixele i prikazuju u sivoj skali.

    BBroj izmjerenih fotonaroj izmjerenih fotona odreuje preciznost mjerenja apsorpcije du odreuje preciznost mjerenja apsorpcije du jedne linije prolaska snopa.jedne linije prolaska snopa.

    KKontrast je odreen razliitou apsorpcije ontrast je odreen razliitou apsorpcije u pojedinim u pojedinim tkivtkivimaima

    Ovakav postupak je zahtijevao dugotrajno snimanje, pa se razvojem Ovakav postupak je zahtijevao dugotrajno snimanje, pa se razvojem tehnologije malih detektora omoguila konstrukcija savrenijih ureajatehnologije malih detektora omoguila konstrukcija savrenijih ureaja

  • Noviji ureaji za CT snimanje

    Omoguuju istodobno snimanje niza smjerova u sloju tijela to Omoguuju istodobno snimanje niza smjerova u sloju tijela to smanjuje vrijeme ozraavanja. Primjenom lepezastih snopova i smanjuje vrijeme ozraavanja. Primjenom lepezastih snopova i automatskom rotacijom izvora, vrijeme je jo krae.automatskom rotacijom izvora, vrijeme je jo krae.

  • Danas su u primjeni ureaji s nepominim detektorima smjetenim u Danas su u primjeni ureaji s nepominim detektorima smjetenim u krunicu okomitu na dugu os tijela, dok izvor rotira. Automatskim krunicu okomitu na dugu os tijela, dok izvor rotira. Automatskim pomakom leaja omoguuje se brzo snimanje svih slojeva objekta.pomakom leaja omoguuje se brzo snimanje svih slojeva objekta.

  • Spiralni CT

    Ova metoda omoguuje Ova metoda omoguuje dodatno smanjenje vremena dodatno smanjenje vremena snimanja, jer se podaci za slike snimanja, jer se podaci za slike kontinuirano uzimaju dok se kontinuirano uzimaju dok se tijelo istodobno pomie. tijelo istodobno pomie. Snimka srca moe se dobiti za Snimka srca moe se dobiti za 0,1 s. 0,1 s.

    Uz pomo raunala dobiva se Uz pomo raunala dobiva se 3D slika organa.3D slika organa.