c1

Elemente de
Imagistică Medicală

Introducere






Imagistica medicală este o metodă de a obţine
imagini ale unor organe sau ţesuturi.
Imaginile sunt obţinute, de cele mai mult ori, în scop
diagnostic.
Imaginile reprezintă distribuţii ale intensităţii
luminoase sau distribuţii de culori care sunt corelate
cu caracteristici fizice ale ţesuturilor, aflate la rândul
lor în relaţie cu fenomene fiziologice.
Imaginile pot fi reprezentări 2D (bidimensionale), 3D
(tridimensionale) sau 4D (3D+variaţie temporală).

16/02/2016

Curs 1

2

Introducere








Obţinerea unei imagini necesită un factor fizic care
să penetreze ţesuturile (organele).
Factorul fizic trebuie să interacţioneze în mod diferit
cu ţesuturile, pentru a produce contrast.
Imaginile obţinute prin diverse tehnici relevă doar
unele aspecte ale corpului uman – nu există o
tehnică “universală”.
Utilitatea diagnostică a imagisticii medicale este
legată atât de calitatea imaginii cât şi de condiţiile
de achiziţie.

16/02/2016

Curs 1

3

16/02/2016

Curs 1

4

Tehnici utilizate în imagistica
medicală (modalities)








Ecografia - ultrasunete
Radiologia - radiaţii X
Computer tomografie (CT Scan) – radiaţii X
Medicina nucleară – radiaţii gama
Tomografie prin Emisie de Pozitroni (PET
Scan) – radiaţii gama
Imagistică de Rezonanţă Magnetică (IRM –
MRI)


16/02/2016

Rezonanţă Magnetică Nucleară (RMN)
Curs 1

5

Proceduri (modalities)
Medicină
CT

IRM / fIRM

nucleară

Ecografie

PET

SPECT

radiaţii X

16/02/2016

spin magnetic

Curs 1
trasor
metabolic radioactiv

6
unde ultrasonore

Premii Nobel







Röntgen (1901, fizică): descoperirea radiaţiilor X
Rabi (1944, fizică): rezonanţa magnetică nucleară
(RMN)
Bloch şi Purcell (1952, fizică): măsurători ale
precesiei RMN
Cormack şi Hounsfield (1979, medicină): tomografia
computerizată (CT)
Ernst (1991, chimie): spectroscopie RMN de înaltă
rezoluţie
Laterbur and Mansfield (2003, medicină): descoperiri
privind imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM)

16/02/2016

Curs 1

7

Concepte

obiect

algoritm de calcul

date

dispozitiv imagistic

imagine reconstruită
a unei secţiuni
transversale
16/02/2016

Curs 1

8

Imagistică Anatomică şi
Funcţională

16/02/2016

Curs 1

9

Radiologia
diagnostică
Imagistica cu radiaţii X

Descoperire

Aparatul lui Roengen (tub Crookes) care
a condus la descoperirea unui nou tip de
radiaţii la 8 Nov. 1895
16/02/2016

Curs 1

Radiografia mâinii sotiei
(Bertha Roentgen) la
11
22 Dec. 1895

Primele imagini X

16/02/2016

Curs 1

12

Radiaţii X


Fotoni cu lungime de undă: 10-9 - 10-11 metri



Cum se obţin imagini?






Traversează ţesutul uman fără deviaţii
Ţesuturile absorb în măsură diferită radiaţiile X
Imaginea reprezintă “umbre” lăsate de radiaţiile
ce au fost absorbite

Utilizări



16/02/2016

Detectarea afecţiunilor osoase
Diagnosticarea afecţiunilor dentare, pulmonare
etc.
Curs 1

13

Tuburi de radiaţii X


Tub din sticlă




Catod





termoemisiv
autoemisiv

Anod




vidat la 10-3 Pa

conţine ţinta

Componente de alimentare, răcire, focalizare
a fasciculului etc.

16/02/2016

Curs 1

14

Tuburi de radiaţii X (cont.)

16/02/2016

Curs 1

15

Tuburi cu filament (Coolidge)

16/02/2016

Curs 1

16

Accelerarea electronilor


Se aplică o tensiune ridicată (10-500 kV)
între doi electrozi plasaţi într-un tub din sticlă
vidat:





Electrodul negativ (catodul) este sursa de electroni (e-)
Electrodul pozitiv (anodul) este ţinta bombardată de
electroni

Electronii emişi de către catod sunt acceleraţi
către anod şi ajung la o energie cinetică
(E.C.) mare.

16/02/2016

Curs 1

17

Procese ce au loc în ţintă


Excitări şi ionizări ale electronilor din păturile
superficiale (cele mai frecvente):




Interacţiuni cu electroni de pe păturile
profunde:




conduc la încălzirea ţintei.

radiaţie X caracteristică.

Interacţiuni cu nucleele din ţintă:


16/02/2016

radiaţie X de frânare (Brehmstrahlung)
Curs 1

18

Procese ce au loc în ţintă

16/02/2016

Curs 1

19

Radiaţia de frânare






Aprox. 99% din E.C. se regăseşte sub formă de
căldură datorită ciocnirilor.
Aprox. 0,5 – 1% din E.C. Este transformată în
radiaţii X datorită interacţiunilor electrostatice
puternice (brehmstrahlung).
În foarte puţine ocazii (0,5%) un electron ajunge
foarte aproape de un nucleu pozitiv din ţintă.
Forţele electrostatice determină o scădere a
E.C. şi modifică traiectoria electronului.

16/02/2016

Curs 1

20

Spectrul radiaţiei de frânare

hν = Ec − Ec′
hν max = Ec

16/02/2016

Curs 1

21

Radiaţia caracteristică
 1
1
R(Z − σ )  2 − 2 
=
λ
 n1 n2 
1

Seria K: n1 = 1, σ = 1
Seria L: n1 = 2, σ = 3,5
Cel mai probabil se emit
liniile:
Kα hν = 59 KeV
Lα hν = 8,5 KeV
16/02/2016

Curs 1

22

Spectrul de emisie a unei ţinte din W

16/02/2016

Curs 1

23

16/02/2016

Curs 1

24

Tuburi de radiaţii X utilizate în
radiologie


Imagine cât mai clară a ţesuturilor:







sursa de dimensiuni mici
timpul de expunere scurt

Constructiv cele două cerinţe se exclud
deoarece conduc la distrugerea ţintei
Soluţia - Tuburi cu focalizare liniară



16/02/2016

suprafaţa bombardată cu electroni este mare
ţinta pare de dimensiuni mici
Curs 1

25

Construcţia anodului cu focalizare
liniară

ab ⋅ sinθ =
cd
Stinta
G=
Sfasc
ab ⋅ cd
1
=
G =
ab ⋅ cd ⋅ sinθ sinθ

θ= 6 ÷ 16
16/02/2016

Curs 1

26

Tubul cu anod rotitor


Proiectat pentru a creşte câştigul (G)




utilizat în cazul unor fascicule intense şi a unor
timpi mari de utilizare (Computer Tomografie)

Suprafaţa expusă creşte prin rotirea anodului


16/02/2016

se evită supraîncălzirea anodului

Curs 1

27

Tubul cu anod rotitor

16/02/2016

Curs 1

28

Tubul cu anod rotitor

Lungimea expusă L este mult mai mare decât
cd în cazul tubului cu focalizare liniară
16/02/2016

Curs 1

29

Filtrarea







Filtrarea reprezintă înlăturarea radiaţiilor X de
mică energie, care sunt absorbite integral de
pacient şi nu ajung la receptor
Există o filtrare inerentă la nivelului tubului de
sticlă
Se adaugă o filtrare suplimentară (Cu, Al, Fe)
Scopul este de a reduce doza la nivelul
pacientului

16/02/2016

Curs 1

30