Bazele fizice ale explorarilor radio-imagistice

BAZELE FIZICE ALE EXPLORARILOR RADIO-IMAGISTICE

RECOMANDARILE O.M.S. CU PRIVIRE LA ALEGEREA

"GESTULUI DIAGNOSTIC DE PRIMA INTENTIE"

1. sa poarte cea mai mare cantitate de informatii

2. sa fie cel mai putin iradiant

3. sa fie cel mai la indemana

4. sa poata fi urmat de masuri terapeutice adecvate

EXPLORARI RADIOLOGICE

Utilizeaza razele X pentru formarea imaginii:

- radiologia conventionala

- fluoroscopie

- radiografie

- angiografie

- tomografie computerizata

RADIOLOGIA CONVENTIONALA

Razele X = unda electromagnetica, alcatuita din fotoni ( = 0,1-150 A)

LANTUL DIAGNOSTIC Rx

Sursa de radiatii = tub radiogen si accesorii

Vector = radiatie X

Modulator = pacient

Receptor:

- film radiografic

- ecran radioscopic

- receptori digitali

Decodor = medicul radiolog

APARATUL ROENTGEN

Generator de joasa si inalta tensiune

Temporizatoare

Panou de comanda

Linie de alimentare

Receptori

Tub radiogen

si accesorii

- Cupola

- Diafragmele

- Centrorul

- Filtrele

Tubul radiogen

Componente:

- tub de sticla vidat

- catod

- filament catodic (Tg)

- anod rotativ

+ 2 circuite electrice COMPLET SEPARATE :

Circuit de joasa tensiune:

- alimenteaza numai filamentul catodic

- incalzeste filamentul catodic si astfel furnizeaza electroni instabili, care pot fi smulsi si aruncati spre anod

Circuit de Inalta tensiune (kV):

- intre catod si anod

- creeaza o mare diferenta de potential

care permite electronilor instabili de pe filamentul fierbinte sa zboare cu mare viteza spre anod

ACCESORIILE TUBULUI

1) Cupola: cilindru de otel (echivalent 3mm Pb)

- fanta pentru focarul real al tubului (nu este o gaura, ci o zona din metal radiotransparent)

- Roluri: - protectia si racirea tubului (contine uleiul de racire)

- radioprotectie (lasa sa iasa numai fascicolul util)

2) Filtrele = placi subtiri din metale usoare (Al, Cu) puse in fata focarului, in calea fascicolului X

Rol: absorb razele prea moi (fotonii cu energie prea mica) si omogenizeaza fascicolul

3) Diafragmele = placi mobile groase, din metal radioopac (Pb), asezate imediat in fata focarului.    Rol: limiteaza si modeleaza fascicolul util

4) Centrorul = mecanism de tintire (optic sau LASER) aliniat cu centrul fascicolului de raze X

Rol: permite vizualizarea punctului in care urmeaza sa intre raza centrala a fascicolului X

VECTORUL

PRINCIPIILE GEOMETRICE ALE FORMARII IMAGINII

Legea proiectiei conice: cu cat obiectul se afla situat mai departe de film si mai aproape de sursa, proiectia lui este mai mult marita

Legea proiectiei oblice: un obiect al carui plan este oblic fata de film se proiecteaza deformat

Legea incidentei tangentiale

Legea proiectiei ortograde

Legea sumatiei si sustractiei

Legea paralaxei

FACTORI DE PERTURBARE A IMAGINII:

Sursa fascicolului:

focar optic de forma liniara T aparitia penumbrei in vecinatatea contururilor imaginii obiectului.

zona de penumbra este mai larga cand obiectul este situat mai aproape de sursa.

un obiect cu dimensiuni mai mici decat focarul optic nu va putea fi reprezentat net in imagine.

Miscarea obiectului sau a sursei

T stergerea contururilor obiectelor reprezentate

Proprietatile razelor X:

1. Propagare sub forma de fascicul conic

2. Luminiscenta: fluorescenta + fosforescenta

(sulfat de Zn si Cd, platicianura de Ba)

aplicatii: ecranul radioscopic, ecranele intaritoare

3. Absorbtia + difuziune = atenuare  

(absorbtia ~ Z, , grosimea structurii strabatute)

aplicatii: substante de contrast (Ba, I), protectie (Pb)

4. Divergenta = scaderea intensitatii fascicolului cu patratul distantei

aplicatii: radioterapie

5. Penetrabilitate ~ lungimea de unda (raze dure/moi)

6. Efecte biologice (ionizare)    

aplicatii: radioterapie

7. Efectul fotochimic asupra filmului

Propagare sub forma de fascicul conic

- fiecare foton in parte se propaga in linie dreapta.

- "raza" = "felie" foarte ingusta de fascicul in care toti fotonii sunt aprox. paraleli => raza se propaga in linie dreapta

- fascicul conic = manunchi de raze emise simultan, dar nu perfect paralel

Absorbtia + difuziune = atenuare

	ABSORBTIE		DIFUZIUNE

Penetrabilitate ~ lungimea de unda (raze dure/moi)

® Cu cat fotonul are energie mai mare (frecventa mare, lungime de unda mica) cu atat trece mai usor prin corpul radiografiat

Cresterea kV duce la cresterea penetrantei !

Intensitate (densitatea fotonica a fasciculului)

® Cu cat exista mai multi fotoni intr-un fascicul cu atat imaginea finala va fi mai clara si contururile mai nete (creste rezolutia)

Cresterea mA duce la cresterea intensitatii

RECEPTOR

FORMAREA IMAGINII PE FILM

Radiografia clasica:

Radiografie digitalizata [Eng. = Computed Radiography - CR]

= imagine obtinuta cu un aparat conventional si ulterior convertita digital

2 modalitati:

a) film radiologic clasic scanat

b) placa fosforica in locul casetei cu film

= receptor de forma si dimensiunile unei casete

- imaginea obtinuta nu se poate vizualiza direct

- necesita un cititor special = decodor CR (transfera imaginea pe computer)

Radiografia digitala

= imagine achizitionata direct cu un aparat digital.

Achizitia se face pe un senzor plat (CCD) "citit" si controlat direct de computer

TOMOGRAFIA COMPUTERIZATA

Definitie: metoda in care, cu ajutorul unui fascicol colimat de raze X, se produce imaginea unui plan selectat din regiunea de interes.

Principiul metodei:

masurarea atenuarii unui fascicol de raze X care strabate un corp si calculul coeficientului de absorbtie, deci al densitatii.

reconstructia imaginii unui obiect in functie de diversele sale proiectii.

APARATURA

Tubul

Circuitele de racire: ulei-apa / ulei aer

Colimatorul

Detectorii: cu iodura de cesiu sau cu xenon presurizat

Computerul:

reconstruieste imaginea

stocheaza imaginea

Gantry-ul: se poate bascula inainte-inapoi cu un unghi variind intre 15-39 ˚

Masa pentru bolnav: calitatile ei sunt apreciate in functie de viteza cu care poate introduce bolnavul in gantry si precizia cu care vine la o anumita distanta(0,5-1mm).

Orice instalatie CT cuprinde 3 operatiuni principale necesare obtinerii informatiei vizuale finale:

- achizitia

- reconstructia

- postprocesarea

ACHIZITIA

Utilizeaza un fascicul de raze X colimat la grosimi de 1-10 mm.

Sursa radiogena se roteste in jurul pacientului si emite continuu sau periodic in timpul unei rotatii de 360

Miscarea de rotatie: secventiala sau continua.

Prin efect de paralaxa pozitia reciproca a structurilor traversate se schimba pe masura deplasarii circulare a sursei de radiatie.

FORMAREA IMAGINII

Imaginea CT este o matrice de elemente individuale

Volumul studiat este descompus in mici elemente de volum numite voxeli = volumul elementar

Marimea unui voxel depinde de:

campul de reconstructie (FOV -field of view)

marimea matricei (64, 128, 256, 512, 1024 pixeli

grosimea sectiunii (1-20mm)

Pixelul unitatea elementara de imagine

= expresia plana (2D) a unui voxel

Marimea unui pixel= FOV/ marimea matricei

RECONSTRUCTIA

Imaginea finala = reconstructia digitala a matricei de pixeli pe baza datelor achizitionate.

Calitatea imaginii depinde in principal de

Dimensiunea pixelilor

Rezolutie

GEOMETRICA: cea mai mica dimensiune a unui detaliu din imagine care poate fi individualizat (depinde de dimensiunea reala a pixelului)

DE DENSITATE: cea mai mica diferenta intre densitatile a doua structuri contigue la care acestea pot fi percepute separat.

Pixel mic T rezolutie geometrica buna T imagine neta

POSTPROCESAREA

Masuratori distante, unghiuri, circumferinte; modificari de contrast si luminozitate, zoom .

Scara conventionala de densitati

(unitati Hounsfield osul apa aerul

Postprocesarea: prelucrarea imaginilor obtinute pentru a pune cat mai bine in evidenta leziunile observate (se face dupa achizitie si NU mai necesita prezenta bolnavului

INDICATIILE EXPLORARII CT

- patologia SNC vasculara, tumorala, infectioasa

- patologia mediastinala

- patologia pleuro-pulmonara (nodulul pulmonar unic)

patologia organelor parenchimatoase (ficat,pancreas, splina, rinichi)

patologia spatiului extraperitoneal

- patologia vaselor mari

- patologia musculo-scheletala

AVANTAJELE CT

diferentiaza intre ele densitati radiologice apropiate

realizarea de cupe transversale (axiale) inaccesibile radiologiei standard

iradierea pacientului este limitata pe zona studiata

pentru CT spiral si multislice:

rapiditate

scanarea intregului volum, fara a "sari"

tehnici de reconstructie avansate

investigatie de electie a vaselor si vascularizatiei parenchimelor dupa adm. s.c.

INCONVENIENTELE CT SECVENTIAL

numar limitat de cupe, ce dau doar o imagine fragmentara (nu avem "vederea de ansamblu" din Rx)

exclusiv cupe axiale (cu exceptia craniului unde se pot efectua si cupe coronale directe)

iradierea in profunzime (valabila pentru orice tip de examinare CT)

IMAGISTICA PRIN REZONANTA MAGNETICA (IRM)

Metoda se bazeaza pe proprietatea protonilor de H+ plasati intr-un camp magnetic puternic (0,2- T) si excitati printr-o unda de RF (impuls), de a emite un semnal, care este tratat informatic si convertit in imagine.

H: - 2/3 din atomii organismului;

- poseda un moment magnetic intrinsec ridicat;

- momentul sau magnetic este aliniat pe axa sa de rotatie.

AVANTAJE:

metoda neinvaziva

reprezentare multiplanara

contrast spontan intertisular foarte bun

PRINCIPIILE FORMARII IMAGINII RM

Fiecare proton este un dipol magnetic, avand o miscare de rotatie in jurul axului propriu, orientat aleator.

Pacientul e introdus intr-un camp magnetic de intensitate crescuta ce aliniaza toti protonii din organism pe aceeasi directie

Cu ajutorul unor bobine de gradienti se induce un alt camp magnetic, oscilant, de scurta durata adica o unda de radiofrecventa, care sa determine rezonanta nucleilor (schimb de energie intre doua sisteme care oscileaza cu aceeasi frecventa - frecventa de rezonanta

Oprirea campului magnetic ce a interactionat cu campul magnetic principal determina intoarcerea la pozitia de echilibru = relaxare

longitudinala - relaxare spin-retea, refacandu-se magnetizatia longitudinala T1

transversala - relaxare spin-spin, legata de neomogenitatile de camp de origine moleculara T2

tesuturile au timpi de relaxare diferiti, ceea ce determina contrastul spontan in RM

(lichidele:T1 si T2 lungi, grasimea: T1 si T2 scurte

magnetizatia depinde si de concentratia protonilor:

semnal crescut - lichide, edem

semnal absent - corticale osoase, calcificari, aer

substantele de contrast paramagnetice scad timpii de relaxare

TR = timp de repetitie

corespunde timpului de recuperare a magnetizatiei longitudinale, stabilind la ce interval se reaplica impulsul de RF

conditioneaza ponderarea in T1 a unei secvente (cu cat TR e mai scurt, cu atat secventa e mai ponderata in T1)

TE = timp de ecou

momentul la care este masurat semnalul

conditioneaza ponderarea in T2 (cu cat TE e mai lung, cu atat secventa e mai ponderata in T2)

SEMNALUL IN IRM - NOTIUNI DE SEMIOLOGIE IRM

Semnalul corespunde aspectului unei structuri in imagine (alb, negru, gri inchis, gri deschis).

Analiza semnalului intrinsec al unei structuri

- hipersemnal (alb): LCR, bila, urina  in ponderatie T2

- hiposemnal (negru): corticala structurilor osoase

- semnal intermediar (gri): muschiul, ficatul, parenchimul cerebral

Analiza semnalului in raport cu structurile invecinate

Tesut de referinta: parenchim cerebral, ficat, splina

- hipersemnal

- hiposemnal

- izosemnal (semne indirecte: efect de masa)

INDICATIILE I.R.M.

In completarea altor metode radioimagistice

De prima intentie (situatii particulare, rare sectiunea medulara)

Principalele indicatii:

- Neuroradiologie

- Osteoarticular

- Cord si vase mari

- Ficat , CB, pancreas

- Retroperitoneu: rinichi, SR, RP median

- Ginecologie/ Obstetrica (IRM fetal)

- Pediatrie

- Spectroscopie/ IRM functional

CONTRAINDICATII

Absolute:

- pacemaker cardiaci

- corpi straini feromagnetici (clipuri anevrismale, clipuri vasculare, corpi straini intraoculari, valve cardiace metalice, filtre cave, implante cohleare)  

obezii (peste 130 Kg)

Relative:

- femeile insarcinate in trimestrul I)

- claustrofobii

- pacientii intubati, ventilati 

COMPARATIE IRM-CT

Avantaje:

- Neiradianta

- Sectiuni multiplanare.

- Foarte buna rezolutie in contrast.

- Vizualizarea structurilor vasculare fara contrast

Limite:

- susceptibilitate la artefactele de miscare.

- evidentierea hemoragiei recente.

- explorare dificila a structurilor osoase si calcificarilor.   

- explorarea pacientilor reanimati.

ECOGRAFIA

Metoda diagnostica si terapeutica

Utilizeaza radiatiile ultrasonore

Ultrasunetele = vibratii mecanice care se propaga in mediul inconjurator sub forma de unde.

Proprietatile ultrasunetelor

- amplitudinea

- frecventa (16KHz-103 MHz); in ecografia medicala: 2,5-20 MHz

- perioada de oscilatie

- intensitatea acustica

- viteza de propagare: este diferita in functie de mediul de propagare; in mediile biologice (valoarea medie- 1540 m/sec)

COMPONENTE CONSTRUCTIVE

Transductor (sonda) = emitator/receptor de US; contine generatorul de US;

Amplificator semnal  

Computer (procesare semnal);

Consola/tastatura/reglaje a emisiei si postprocesare semnal;

Monitor TV;

Accesorii pentru stocare imagini, transmisie, printare etc.

PRINCIPIUL ULTRASONOGRAFIEI

Ultrasunetele (US) sunt vibratii mecanice la fel ca si sunetele, dar de o frecventa mult mai ridicata.

Pentru ecografie sunt folosite frecvente intre 1MHz - 12 MHz.

reflexia ultrasunetelor (US) in structurile corpului omenesc,  diferentiata de impedanta acustica a acestora, permite realizarea unor imagini anatomice (mod B) sau curbe grafice (mod A, TM)

REFLEXIA la trecerea unei unde dintr-un mediu in altul, o parte din energia incidenta este reflectata. Conditiile de reflexie la interfata dinte 2 medii depind de diferenta de impedanta acustica a celor 2 medii.

Impedanta acustica(Z) - produsul dintre densitatea mediului cu viteza de propagare a undei

ATENUARE - energia undei este atenuata in cursul propagarii datorita unor mecanisme complexe

MECANISMELE ATENUARII

sunt interactiuni in urma carora energia fascicolului incident este transmisa in directii diferite (difuziune, reflexie) sau absorbita de tesut si transformata in caldura (absorbtie).

Intensitatea semnalului US scade exponential cu profunzimea penetrarii.

La valori de atenuare egale, profunzimea penetratiei este cu atat mai slaba cu cat frecventa este mai ridicata.

Viteza de propagare a undelor ultrasonore depinde de tipul de tesut:

Majoritatea tesuturilor din organism au viteze de propagare apropiate;

Aerul si osul au insa au viteze total diferite de propagare a US,

ceea ce face ca imaginea sa fie afectata

FORMAREA IMAGINII

Undele ultrasonore propagate in tesuturi sunt atenuate si reflectate de diferitele tipuri de tesuturi si de interfetele dintre acestea.

Semnalele generate de undele reflectate sunt utilizate si interpretate pentru a obtine imaginea precum si informatiile Doppler.

PROPRIETATILE US

Cu cat frecventa undelor US este mai mare cu atat scade profunzimea de penetrare a US dar creste rezolutia spatiala, si invers;

Rezolutia este determinata in principal de frecventa US produse de sonda precum si de calitatea echipamentului (hardware, software);

Lungimea de unda a fascicolului US este invers proportionala cu frecventa; o sonda de 10 MHz emite US cu o lungime de unda de 3x mai mica decat o sonda de 3,5 MHz

US sunt caracterizate si de amplitudine (puterea semnalului), de care depinde amplitudinea semnalului reflectat.

FRECVENTA

2-12 MHz;

cu cat frecventa este mai mare cu atat penetrarea este mai redusa.

LUNGIMEA DE UNDA

inversul frecventei;

determina rezolutia spatiala.

AMPLITUDINEA

puterea semnalului;

determina amplitudinea semnalelor reflectate.

Afisarea informatiei US:

MOD A: curbe grafice exprimand pe orizontala profunzimea si pe verticala amplitudinea undelor reflectate (perimata);

MOD TM (time motion): mod A + miscarea in timp - pe orizontala - dinamica; permite inregistrarea in dinamica a miscarilor cordului;

MOD B (brightness=stralucire): afisarea in tonuri de gri, bidimensional, a unor sectiuni anatomice corespunzatoare zonei anatomice explorate; afisarea in timp real permite si analiza miscarilor (cord, fetus in uter etc);

Mod DOPPLER: calculare de fluxuri, debite (cord,vase) cu afisare grafica (doppler spectral) sau cod de culoare (doppler color).

Elemente de semiologie US (mod B):

NEGRU = ZONA TRANSONICA - lichide (vas, vezica, chist);

ALB = ZONA REFLECTOGENA - gaz, calcul, interfata;

TONURI DE GRI = organe parenchimatoase, procese patologice etc; traduc grade diferite de reflexie/absorbtie a US in tesuturi;

INTERFATA = zona reflectogena - limita de separatie intre medii diferite ca impedanta acustica (pereti vasculari, cavitati, etc)

VID SONIC = absenta semnalului - posterior de zone cu maximum de reflexie (calculi, gaze, oase)

ULTRASONOGRAFIA - Aplicatii:

US ABDOMINALA = toate organele parenchimatoase, vase;

US CARDIACA = studiu morfologic, dinamica, fluxuri;

US VASCULARA = mod B, Doppler

US PARTI MOI = tiroida, san, musculara, articulara, ochi;

US IN OBSTETRICA = sarcina normala si patologica;

US DIGESTIVA = ecoendoscopie

US TRANSCRANIANA (Doppler);

US INTERVENTIONALA = ghidare punctii percutane diagnostice si terapeutice

ECOGRAFIA MEDICALA

Metoda de prima intentie

Dg. pozitiv si diferential

Orientare spre o alta metoda de explorare

Avantaje

neinvaziva

accesibila

cost scazut

repetabila - monitorizare

Sensibilitate diagnostica limitata pentru leziunile mici

Operator si pacient dependenta