Radiološke metode

radiološke diagnostične metode, ki jih poznamo

• rentgenska → rentgenska svetloba

• nuklearno medicinske → sevanje gama radioaktivnih elementov

• magnetnoresonančne → radiofrekvenčno elektromagnetno valovanje

• ultrazvočne → mehansko, zvočno valovanje

mehanizem nastanka rentgenske slike

slika nastane zaradi interakcije med virom sevanja in človeškim telesom → zaradi razlik v absorbciji energije

nastanek rentegnskega žarka

rentegnska cev:

• katoda: negativna elektroda, ki jo segrevamo. Zaradi segrevanja elektroni zapuščajo katodo in letijo proti anodi

• anoda: pozitivna elektroda, ki jo sestavlja volframova plošča. Elektroni potujejo k njej z veliko hitrostjo zaradi razlike v napetosti; večinoma je razlika v napetosti med anodo in katodo med 20 do 150 kV (pri mamografiji so te vrednosti manjše - med 22 in 34 kV); z večjo napetostjo lahko dosežemo manjše valovne dolžine

rentgenski žarek nastane, ko se elektron zaleti v volframov atom → to povzroči prehod elektrona iz višjega energetskega nivoja v nižji → sproščanje energije v obliki fotona z veliko energije

manj kot 1% energije se pretvori v rentgenske žarke; večina energije se pretvori v toploto, zato anodo hladimo!

značilno sevanje

ko trči elektron na anodo, lahko izbije elektron iz atoma v njej → na izpraznjeno mesto elektrona “preskoči” elektron višjega energijskega stanja

elektron pri preskoku v nižje energijsko stanje odda energijo v obliki fotona; energijska stanja atoma so točno določena → foton ima točno določeno energijo (odvisno od vrste atomov, iz katerih je sestavljena anoda)

mehanizmi interakcije žarkov s snovjo

fotoni tipa A: gredo skozi objekt in sprejemnik → ne vplivajo na nastanek slike oz. na absorbirano dozo

fotoni tipa B: se absorbirajo v objektu → prispevajo k nastanku slike in k absorbirani dozi

fotoni tipa C: gredo skozi objekt in se absorbirajo v sprejemniku → prispevajo k nastanku slike, ne pa tudi k absorbirani dozi

fotoni tipa D: se sipajo v objektu in absorbirajo v sprejemiku → prispevajo k absorbirani dozi in nastanku slike (poslabšajo parametre kontrasta in ločljivosti)

fotoni tipa E: se sipajo v objektu, a ne proti sprejemiku → prispevajo k absorbirani dozi, ne pa tudi k nastanku slike

Rayleighovo in Comptonovo sipanje

Rayleigh-evo sipanje: foton se v atomu absorbira in trenutek za tem odda foton z enako energijo in spremenjeno smerjo; pri napetostih do 30 keV (pomembno predvsem pri mamografiji)

Compton-ovo sipanje: foton izbije elektron iz molekule, elektronu gre manjši del fotonove energije, smer je spremenjena

fotoefekt

pride do absorbcije fotona in do njegovega izginotja; celotna energija fotona se preda elektronu

elektron, ki zleti iz molekule ima isto smer kot prileteli foton

5 osnovnih atenuacij ali absorbcij rentgenskih žarkov

zrak → popolno prepuščanje žarkov (na rtg sliki črno - radiolucentno)

maščoba → prepušča veliko žarkov

tekočina, mehka tkiva

kost → močno absorbira žarke

kovina → popolna absorpcija žarkov (na rtg sliki belo - radiodenzno/radioopaktno)

rentgenske diagnostične metode

• projekcijske ali površinske rtg metode: klasičen rtg, mamografija, diaskopija, nuklearno medicinsko slikanje z gama kamero

• tomografske ali globinske: geometrijska tomografija, računalniška tomografija (CT), SPECT, PET, MR, UT-tomografija

projekcijske ali površinske rtg metode

• preslikamo preiskovani del na sprejemnik v dveh razsežnostih

• izgubljamo podatke → posamezni slikani deli se na rtg prekrivajo

disakopija

omogoča prikaz in zapis v realnem času in s tem spremljanje in opazovanje procesov in njihove dinamike brez zakasnitve

izpostavitev rtg žarkom je velika

disakopija - vrste

• kontinuirana ali zvezna: generator deluje brez prekinitve

• pulzni način: oddajanje toka fotonov v kratkih pulzih (dolžino in pogostost pulzov na časovno enoto lahko spreminjamo)

digitalna subtrakcijska angiografija = posebna diaskopska metoda, pri kateri z odštevanjem časovno zaporednih slik prikažemo del bolnikovega ožilja

Hounsfildove enote

= CT število - govori o absorpciji rtg žarkov

voda ima 0 HU (50% se absorbira, 50% se prepušča), zrak ima -1000 HU, maščoba -150 HU, sveža kri 80 HU, kortikalna kost 1900 HU

večja HU → svetlejše oz bolj denzne strukture

okno na CT

= interval CT števil, ki bodo predstavljala celotno skalo črnine

tkiva, ki imajo CT št. nižja od spodnje meje bodo na sliki črna, tkiva z višjimi vrednostmi pa bodo bela

mehko okno: -160 do 240 HU

pljučno okno: -1400 (ali -1000) do 100 HU

kostno okno: - 600 do 1400 HU

rentgenska kontrastna sredstva

• pozitivna rentegnska KS: rentgensko svetlobo oslabijo močneje → povečana atenuacija (manj žarkov doseže detektor) in konstrastnost med tkivi

primeri: barij, jod (elementi z visokim vrstnim številom)

• negativna rentgenska KS: slabše oslabijo rentegsnko svetlobo kot okolna tkiva

primeri: plini (zrak)

kontrastna sredstva in ledvična okvara

pri vrednosti eGFR < 30 ml/min/1,73 m²

principi delovanja MRI

mehanizem temelji na tem, da imajo nekatera atomska jedra magnetni dipol; jedro ima magnetni dipol, če je v njem liho število nukleonov (protoni in nevtroni) → primer je vodik, ki ima en sam nukleon = proton

za MRI se najpogosteje uporabljajo vodikova jedra, zaradi sestave človeškega telesa

za mehanizem delovanja je pomembno razumevanje konceptov: energijska stanja, vzbujanje in relaksacija, detekcija signala, spinski odmev

energijska stanja

vodikova jedra obravnavamo kot delce, ki imajo spin (= lastna vrtilna količina), zaradi česar imajo magnetni dipol:

• če se vodikova jedra NE nahajajo v magnetnem polju → njihovi magnetni dipoli kažejo v vse smeri

• ko postavimo vodijova jedra v zunanje magnetno polje → njihovi magnetni dipoli se uredijo: paralelno ali antiparalelno glede na smer zunanjega magnetnega polja

magnetni dipoli imajo v magnetnem polju različne energije - odvisno od njihove usmeritve; za vodikov atom dobimo dve energijski stanji, ki ustrezata paralelnemu in antiparalelnemu stanju

vzbujanje

vodikova jedra v magnetnem polju lahko vzbujamo v višje energetsko stanje, če jim dovedemo energijo z EM valovanjem določene frekvence = resonančna frekvenca (ustreza energijski razliki med stanjema jedra

• z dovajanjem energije jedra preidejo iz paralelnega v antiparalelno stanje in št. jeder, katerih magnetni dipoli kažejo v smeri z se povečuje

• po prenehanju vzburjenja, se vzbujena jedra vračajo v stanje z nižjo energijo in oddajajo EM valovanje enake frekvence, kot so jo prejeli

relaksacija

opisujemo jo z dvema procesoma

• spinsko-mrežna relaksacija: gre za prenos energije iz jeder v okolico; pride do vračanja razporeditev jeder med paralelnim in antiparalelnim stanjem proti ravnovesju → to vračanje opisujemo s karakterističnim časom T1 = spinsko-mrežni relaksacijski čas ali lngitudinalni relakcijski čas (čas v katerem se sistem vrne v prvotno stanje oz. vzdolž z osi)

• spinsko-spinska relaksacija: gre za medsebojni vpliv posameznih jeder zaradi njihovega magnetnega dipola - magnetni dipol posameznih jeder se spreminja zaradi magnetnih dipolov jeder v okolici → to imenujemo T2 = spinsko-spinski relaksacijski čas ali transverzalni relaksacijski čas (ostanek signala v xy osi oz. signala atomov, ki ostanejo v vzbujenem stanju)

T1 - večina sistema v mirujočem stanju: tekočina je črna, maščoba je bela

T2 - dokončna vrnitev v relaksacijo

glavni vzroki, ki vplivajo na T1 in T2

• koncentracija vode v tkivu

• lastnosti makromolekul, obdanih z vodnimi molekulami

• koncentracija lipidov in paramagnetnih ionov

maligno tkivo ima običajno večje vrednosti T1

različne vrednosti T1 in T2 sta osnova za kontrast na sliki; če sta T1 in T2 enaka za zdravo tkivo in tumor → uporaba KS

detekcija signala na MRI

potrebno je, da je človek v magnetnem polju → gostota med 0,5 in 3T

obdan mora biti tudi s tuljavo, s katero ustvarimo in zaznavamo EM valovanje (detekcijska tuljavica)

spinski odmev

jedra vzburjamo z EM valovanje,, ki ga pošiljamo v tkivo v obliki kratkih sunkov resonančnih frekvenc; najbolj osnovna sunka sta 90° in 180°:

• 90°: št. jeder v antiparalelnem stanju se izenači s številom jeder v paralelnem stanju

• 180°: zasedenosti v paralelnem in antiparalelnem stanju se zamenjata

normalno je vzburjanje sestavljeno iz več sunkov - zaporednje spinskega odmeva (= najpogosteje uporabljeno zaporedje): 90° sunek, ki mu sledi 180° sunek

pri dvakratniku časa, se med tema sunkoma pojavi signal spinskega odmeva; zaporedje teh dveh sunkov ponavljamo v časovnem zaporedju

T1 vs T2 poudarjena sekvenca

T1 poudarjena sekvenca = kratek TE, kratek TR

T2 poudarjena sekvenca = dolg TE, dolg TR

MR angiografija

omogoča prikaz pretoka krvi v žilah brez KS; signal je odvisen od hitrosti pretoka krvi (hiter pretok = svetel signal)

sveža kri ima visoko začetno magnetizacijo v nasprotju s stacionarnimi tkivi

difuzijsko poudarjena MR

MR je občutljiv za naključno gibanje vodnih molekul, ki je odvisna od okolja → odraža celovitost celične membrane ali celične gostote

manjše gibanje molekul vode → hiperintenziven signal

• akutna možganska kap: zaradi hipoperfuzije in edema se molekule vode ne gibljejo preko membrane

• gostoceličnost tumorjev: tumorske celice ovirajo prosto gibanje molekul vode

MR kontrastna sredstva

uporablja se pozitivna paramagnetna sredstva - gadolinijev atom → skrajšajo T1 relaksacijo (signal se kaže bolj hiperintenziven - bel)

zdravo tkivo po gadolinijevem KS nima ojačitve signala

ojačitev signala pri: ožiljeni tumorji, povečana prepustnost kapilar ali povečanje zunajceličnega prostora

UZ - mehanizem delovanja

gre za zvočno valofanje - vzdolžno (longitudinalno) valovanje

zvočno valovanje se razširja zaradi elastičnosti in gostote medija

pri UZ se uporablja valovanje visokih frekvenc (nad 20 kHz) → uklon valovanja je manjši pri visokih frekvencah

UZ - lastnosti valovanja

z valovanjem so povezani naslednji pojavi:

• interferenca

• uklon: ko valovanje pride do ovire, se deloma razširja tudi v geometrijsko senco

• odboj in lom: če valovanje, ki se širi po neki snovi pride do snovi z drugačno akustično impedanco, se del valovanja odbije, del pa potuje naprej po drugi snovi; smer potovanja valovanja se spremeni

do odboja in loma ne pride samo med dvema različnima tkivoma (telo je dokaj nehomogeno): uporaba mikroskopsko majhnih mehurčkov zraka kot KS → kontrastna ehografija

• Dopplerjev pojav

• sipanje: ko je ovira približno enake velikosti ali manjša kot valovna dolžina → prejeti signali vsebujejo informacije o odbojih med tkivi in o sipanju v njih; malo sipalnega odboja = hipoehogena tkiva

• absorpcija: energijski tok se s prepotovano razdaljo po snovi zmanjšuje, absorbirana energija se v tkivih pretvarja v toploto

UZ - izvor in detektor signala

pizoeletrični kristali → ustvarjanje in zaznavanje zelo visokih frekvenc mehaničnega valovanja

različne radiološke tehnike in strokovno izražanje

• rentgen: radiolucentno → črno na sliki (slaba absorbcija žarkov oz. prepuščanje žarkov) in radioopakno → belo na sliki

• CT: denziteta - hiper oz. hipodenzno

• MR: intenziteta signala - hiper oz. hipointenzivno

• UZ: ehogenost - hiper oz. hipoehogeno

funkcionalna radiologija

• fMRI: ugotavljanje mesta vedenjskih in intelektualnih funkcij v možganih (znižanje T2 zaradi porabe kisika)

• perfuzijski MRI ali CT: prekrvavitev organov

• difuzijska MRI: gibanje molekul vode preko celične membrane

• MR sprektroskopija: metaboliti v določenem organu

hibridne tehnike

• hibridne tehnologije: PET/CT, PET/MR

• metabolno slikanje: PET, SPECT, fMRI, spektroskopije

• molekularna MRI ali CT → tumorska angiogeneza