ΓΕΩΡΓΙΑΔΗ ΑΝΝΑ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΠΕΥΘ.:Θ.ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ

Παρουσίαση με θέμα: "ΓΕΩΡΓΙΑΔΗ ΑΝΝΑ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΠΕΥΘ.:Θ.ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΓΕΩΡΓΙΑΔΗ ΑΝΝΑ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΠΕΥΘ.:Θ.ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ
ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ ΓΕΩΡΓΙΑΔΗ ΑΝΝΑ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΠΕΥΘ.:Θ.ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τομογραφία:προέρχεται από τις λέξεις <<τομή>> και <<γραφή>>.Λέγεται και Υπολογιστική Τομογραφία. Μέθοδος αποτύπωσης και απεικόνισης του εσωτερικού του ανθρώπινου σώματος. Η ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ εφευρέθηκε το 1972,παράλληλα και ανεξάρτητα,από το Βρετανό Godfrey Hounsfield (Nobel), και το Νοτιοαφρικανό Allan Cormack. Βασίζεται σε ένα εξαιρετικά μεγάλο πλήθος μετρήσεων της διάδοσης ακτίνων Χ δια του σώματος των εξεταζομένων σε απολύτως καθορισμένη γεωμετρία.

3 Οι εικόνες αποτελούν τομογραφικούς χάρτες του γραμμικού συντελεστή εξασθένισης των ακτίνων Χ των ιστών του εξεταζομένου.

4 ΒΑΣΙΚΗ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
Βασίζεται στην αρχή της Φυσικής κατά την οποία όταν δυο σημεία μετακινούνται γραμμικά η προβολή σε ένα επίπεδο αυτού που εκτελεί τη μεγαλύτερη κίνηση είναι ασαφέστερη σε σχέση με τη προβολή του άλλου σημείου. Στο ανθρώπινο σώμα η χωρική κατανομή του συντελεστή εξασθένησης δεν είναι σταθερή έτσι κάθε στοιχειώδης μονάδα της τομής της υπό εξέταση περιοχής,έχει δικό της συντελεστή εξασθένησης και για να ανακατασκευαστεί η εικόνα, προαπαιτείται υπολογισμός των συντελεστών εξασθένησης όλων των στοιχειωδών μονάδων (voxels-3D)που απαρτίζουν τη τομή

5 Αν υποθέσουμε πως μια εγκάρσια τομή του ανθρώπινου σώματος παρουσιάζεται υπό μορφή τετραγωνικής διάταξης στοιχειωδών κύβων (μήτρα), κατά τη διέλευση των ακτίνων Χ μέσα από αυτή, γίνεται απορρόφηση των ακτίνων, με αποτέλεσμα η εξερχόμενη ένταση τους Ι να είναι μικρότερη της προσπίπτουσας στο αντικείμενο έντασης Ι0. Ι = Ι0e -μx

6 Θεωρούμε κατ’ αρχήν ότι η δέσμη διαδίδεται κατά μήκος της πρώτης οριζόντιας σειράς κύβων.Σε αυτή τη περίπτωση η εξίσωση εξασθένισης γράφεται I = I0e (-μ1+μ2+…)x δηλαδή στη θέση του συντελεστή μ υπάρχει το άθροισμα όλων των συντελεστών που αντιστοιχούν σε κάθε ξεχωριστό κύβο της πρώτης οριζόντιας σειράς(ακτινικό άθροισμα). Οι τιμές αυτών των αθροισμάτων υπολογίζονται από τις εξισώσεις ln (I/I0) = -∑ μi x ή (1/x) ln(I/I0) = ∑ μi

7 Οι ανιχνευτές που βρίσκονται απέναντι από τη πηγή της ακτινοβολίας καταγράφουν την ένταση Ι .Υπάρχει επίσης ένας ειδικός ανιχνευτής κατάλληλα τοποθετημένος ώστε να μετρά την αρχική ένταση Ι0. Διαδικασία ακτινοβόλησης για όλες τις διευθύνσεις.Κάθε οριζόντια, κατακόρυφη και πλάγια σειρά μετρήσεων της έντασης Ι της εξερχόμενης δέσμης ονομάζεται προβολή (projection) Σύνολο προβολών δίνει σύστημα εξισώσεων το οποίο επιλύει Η/Υ.Βρίσκει τις τιμές μ1, μ2 κλπ.Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή μίας σειράς μαθηματικών τεχνικών που ονομάζονται μαθηματικές μέθοδοι ανακατασκευής εικόνας.

8 Βήματα λειτουργίας : Λεπτή τριγωνική δέσμη ακτινοβολεί τον ασθενή από διάφορες γωνίες έτσι ώστε να ακτινοβολείται μια νοητή φέτα του σώματος. Η ακτινοβολία που διαπερνάται καταμετράται από τους ανιχνευτές. Κάθε ανιχνευτής παράγει ηλεκτρικό σήμα με ένταση ανάλογη αυτής της καταμετρούμενης ακτινοβολίας Σήμα διοχετεύεται στον Η/Υ. Η/Υ υπολογίζει τους συντελεστές μ που αντιστοιχούν σε κάθε κύβο. Σε κάθε κύβο αποδίδεται ένας τόνος του του γκρι ανάλογα με τη τιμή του μ. Πίνακας Hounsfield. CT=K( μ / μw) μw.

9 Μέθοδοι ανακατασκευής εικόνας
Μαθηματική διαδικασία σχηματισμού εικόνας αντικειμένου όταν γνωρίζω τις προβολές του. Αλγόριθμος.Μαθηματική τεχνική με την οποία υπολογίζονται οι τιμές των συντελεστών εξασθένησης που αντιστοιχούν σε κάθε pixel. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται σήμερα στα περισσότερα συστήματα είναι η λεγόμενη «οπισθοπροβολή με φίλτρο». Σάρωση δυαδικής ενέργειας:τεχνική κατά την οποία η ίδια η ανατομική περιοχή ακτινοβολείται με δύο δέσμες διαφορετικής ενέργειας.Επιτυγχάνεται προσδιορισμός χαρακτηριστικών βιολογικών ιστών.Δυο διαφορετικοί συντελεστές εξασθένησης,ένας για κάθε τιμή ενέργειας για τον ίδιο τύπο ιστού.

10 Βασικές φυσικές αρχές Σκέδαση Compton:
Φωτόνιο ακτίνας Χ αλληλεπιδρά με ελεύθερο ή χαλαρά δεσμευμένο ηλεκτρόνιο εξωτερικών στοιβάδων του ατόμου με αποτέλεσμα σκέδαση (ελάττωση της ενέργειας) του φωτονίου σε άλλη κατεύθυνση και αύξηση της κινητικής ενέργειας του ηλεκτρονίου.

11 Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο.
Έχει ως αποτέλεσμα συνολική απορρόφηση ενός φωτονίου ακτίνας Χ από στενά συνδεδεμένο ηλεκτρόνιο εσωτερικής στοιβάδας του ατόμου το οποίο απελευθερώνεται.

12 Γενιές Ανάλογα με την χρησιμοποιούμενη γεωμετρία οι υπολογιστικοί τομογράφοι κατατάσσονται σε διάφορες γενιές (generations) που περιγράφουν την εξέλιξη αυτών των απεικονιστικών συστημάτων. Κυρίως πέντε γενιές.

13 1η γενιά: Γεωμετρία παράλληλης δέσμης
Μια εξαιρετικά ευθυγραμμισμένη δέσμη ακτινών Χ και ένας ανιχνευτής κινούνται γραμμικά σε σχέση με τον ασθενή για την απόκτηση μίας προβολής και στη συνεχεία περιστρέφονται γύρω από τον ασθενή για την απόκτηση της επόμενης προβολής. Περιστροφή κατά 180ο με γωνιακά βήματα εύρους 1ο. Μεγάλο χρονικό διάστημα περίπου 5 min για την ολοκλήρωση της λήψης μίας τομής.

14 2η γενιά: Αποκλίνουσα δέσμη, πολλαπλοί ανιχνευτές.
Μια αποκλίνουσα δέσμη ακτινών Χ και μια γραμμική διάταξη ανιχνευτών κινούνται γραμμικά και στη συνέχεια περιστρέφονται. Είναι δυνατή η χρήση γωνιακών βημάτων μεγαλύτερου εύρους και συνεπώς η μείωση του χρόνου σάρωσης σε 30sec.

15 3η γενιά:Αποκλίνουσα δέσμη, περιστρεφόμενοι ανιχνευτές.
Μια πηγή αποκλίνουσας δέσμης ακτινών Χ και μια μηχανικά συζευγμένη καμπυλοειδής διάταξη ανιχνευτών, η οποία αποτελείται από μερικές εκατοντάδες (~800) ανεξάρτητους ανιχνευτές, περιστρέφονται συγχρόνως γύρω από τον ασθενή κατά 360ο. Ο χρόνος συλλογής των δεδομένων είναι περίπου 1 sec. Για την απόρριψη της σκεδασμένης ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται διαφράγματα βολφραμίου. Δυνατή η εξέταση οργάνων διαφορετικής διαμέτρου.

16 4η γενιά: Αποκλίνουσα δέσμη, ακίνητοι ανιχνευτές.
Η πηγή μιας αποκλίνουσας δέσμης περιστρέφεται ,ενώ η ανιχνευτική διάταξη παραμένει ακίνητη. Δακτύλιος ανεξάρτητων ανιχνευτών. Οι χρόνοι σάρωσης είναι της ίδιας τάξης με εκείνους της τρίτης γενιάς. Δεν είναι δυνατή η χρήση διαφραγμάτων για την απόρριψη της σκεδασμένης ακτινοβολίας. Οι ανιχνευτές βαθμονομούνται 2 φορές και τα παράσιτα εξουδετερώνονται. 2 γεωμετρίες : περιστρεφόμενη πηγή μέσα σε σταθερή διάταξη και περιστρεφόμενη πηγή έξω από διάταξη ανιχνευτών με δυνατότητα μεταβολής του επιπέδου.

17 5η γενιά:Σάρωση δέσμης ηλεκτρόνιων
Έχουν την ιδιαιτερότητα ότι η πηγή των ακτινων Χ αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα της σχεδίασης του συστήματος.Η διάταξη των ανιχνευτών παραμένει σταθερή ενώ μια υψηλής ενέργειας δέσμη ηλεκτρόνιων οδηγείται ηλεκτρονικά σε μια κυκλική άνοδο βολφραμίου.Οι ακτίνες Χ παράγονται στο σημείο πρόσπτωσης των ηλεκτρονίων στην άνοδο με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας πηγής ακτινοβολίας που περιστρέφεται γύρω από τον ασθενή χωρίς κινούμενα τμήματα.Χρόνος σάρωσης msec.

18 Ελικοειδής σάρωση: Εξαιτίας του τρόπου συλλογής των πληροφοριών θεωρείται ξεχωριστή περίπτωση. Ταυτόχρονη περιστροφή πηγής. Μετακίνηση εξεταστικής τράπεζας Ταυτόχρονη συλλογή δεδομένων προβολών για πολλαπλές τομές που καλύπτουν μια περιοχή του σώματος του ασθενή με ρυθμό μίας με τρεις τομές το δευτερόλεπτο.

19 Διάταξη Πηγή ακτινών Χ-Κατευθυντήρες Ανιχνευτές
Σύστημα απόκτησης δεδομένων Εξεταστική τράπεζα Η/Υ

20

21 Πηγή Ακτινών Χ:Επιταχυνόμενη δέσμη ηλεκτρονίων προσπίπτει στην άνοδο προκαλώντας παραγωγή ακτινών Χ.
Κατευθυντήρες(Collimators):Στην έξοδο της λυχνίας και στις εισόδους των ανιχνευτών.Καθορίζουν τις διαστάσεις της εξερχόμενης και της προσπίπτουσας δέσμης και το πάχος της απεικονιζόμενης φέτας.

22 Ανιχνευτές: Σπινθηριστές συνδεδεμένοι με φωτοπολλαπλασιαστές ή φωτοδιόδους. Θάλαμοι ιονισμού. Πρέπει να έχουν υψηλή συνολική απόδοση για να ελαχιστοποιείται η δόση ακτινοβολίας του ασθενή,να μην είναι ευαίσθητοι στις μεταβολές της θερμοκρασίας και να είναι σταθεροί στο χρόνο.Η απόδοση τους είναι το γινόμενο της γεωμετρικής απόδοσης,της κβαντικής απόδοσης και της απόδοσης μετατροπής.

23 Το σύστημα απόκτησης δεδομένων:Εκτελεί μετρήσεις της εξερχόμενης έντασης σε μια δυναμική κλίμακα της τάξεως του 104,κωδικοποιεί τα αποτελέσματα σε ψηφιακή μορφή και μεταφέρει τις τιμές σε Η/Υ για τη διαδικασία της ανακατασκευής. Η/Υ:Πραγματοποιεί την ανακατασκευή και ελέγχει το σύστημα. Εξεταστική τράπεζα:Εκεί βρίσκεται ξαπλωμένος ο ασθενής.Εκτελεί διάφορες κινήσεις.

24 Πλεονεκτήματα & Χρήσεις
Πλεονεκτήματα & Χρήσεις Είναι δυνατή η μελέτη ολόκληρων οργάνων σε διάφορες φάσεις της αιμάτωσης τους και τη διάκριση της συμπεριφοράς και των υγιών ιστών και των βλαβών σ’αυτές τις φάσεις. Εξέταση σε ελάχιστο χρόνο Μεγαλύτερη αξιοπιστία στην ανίχνευση μικρών βλαβών. Ακριβέστερες πυκνομετρήσεις&ογκομετρήσεις . Μεγαλύτερη ακρίβεια στον αριθμό των βλαβών. Η εξέταση είναι ανώδυνη χωρίς καμιά προετοιμασία Χρήση ενδοφλέβιων σκιαγραφικών

25 Σε σύγκριση με παλιότερες μεθόδους όπως η απλή ακτινογραφία είναι πιο αξιόπιστη,ακριβέστερη,με καλύτερη ανάλυση ενώ έχουμε πλήρη ανατομική περιγραφή δισδιάστατα και τρισδιάστατα Δυνατότητα νευρο-αγγειο-απεικόνισης του εγκεφάλου, χρησιμοποιείται για την αγγειογραφία,προσφέρει βοήθεια για τη διερεύνηση όγκων και δίνει τη δυνατότητα καλύτερης απεικόνισης τραυμάτων και εσωτερικών αιμορραγιών.

26 Μειονεκτήματα Πολύ μεγάλη δόση ακτινοβολίας.
Ψευτοενδείξεις:Στη τελική εικόνα παρουσιάζονται αλλοιώσεις που δεν έχουν καμιά σχέση με τη πραγματική ανατομική εικόνα. Οφείλονται στις αλληλεπιδράσεις των ακτινοβολιών με το σώμα αλλά και στα δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του συστήματος λειτουργίας.( Φαινόμενο σκλήρυνσης της δέσμης,φαινόμενο μερικού όγκου-ιστοί που προκαλούν υψηλή εξασθένιση ακτινοβολίας,κίνηση του υπό εξέταση αντικειμένου αφού ο ασθενής κινείται κατά τη διάρκεια της εξέτασης,μεταλλικά αντικείμενα στο σώμα κλπ).

27

28 Λόγο της σχετικά καλής διαπερατότητας των ακτίνων Χ η Α. Τ
Λόγο της σχετικά καλής διαπερατότητας των ακτίνων Χ η Α.Τ. επιτρέπει τον μη καταστρεπτικό φυσικό και σε έκταση χημικό χαρακτηρισμό της εσωτερικής δομής των υλικών.Είναι ένα ισχυρό συμπλήρωμα στις συμβατικές ακτινογραφικές επιθεωρήσεις και όταν χρησιμοποιείται από κοινού με άλλες μεθόδους όπως το SPECT, το PET, μπορεί να παρέχει τις αξιολογήσεις της υλικής ακεραιότητας που δεν μπορεί αυτή τη περίοδο να παρασχεθεί δίχως καταστροφή με άλλα μέσα.

29

30 Ακτινογραφίες κίνδυνος για καρκίνο!
Οι ακτινογραφίες και οι Αξονικές τομογραφίες είναι πολύ χρήσιμες εξετάσεις.Δυστυχώς όμως είναι η αιτία κάθε χρόνο παγκοσμίως για χιλιάδες καρκίνους που προκαλούν το θάνατο. Στις ΗΠΑ άρχισε να παρουσιάζεται μια νέα κατάσταση που παίρνει ανησυχητικές διαστάσεις.Πρόκειται για τη διεξαγωγή Α.Τ. σε όλο το σώμα με ετήσιο ρυθμό για την ανίχνευση κάποιου πιθανού καρκίνου.Πολλοί πηγαίνουν μόνοι τους σε κέντρα για να κάνουν Α.Τ. χωρίς να έχει ποτέ τεκμηριωθεί η αναγκαιότητα μίας τέτοιας εξέτασης για ανίχνευση καρκίνου και κυρίως χωρίς να συνίσταται.

31 Η ακτινοβολία που δέχονται οι ασθενείς που υποβάλλονται σε Α. Τ
Η ακτινοβολία που δέχονται οι ασθενείς που υποβάλλονται σε Α.Τ. είναι 500 φορές μεγαλύτερη από αυτή που λαμβάνουν με μια κανονική ακτινογραφία και 100 φορές μεγαλύτερη από τη μαστογραφία.Όταν ένας ασθενής υποβάλλεται σε ολόσωμη Α.Τ. η ακτινοβολία που δέχεται ισοδυναμεί με τη δόση που δέχτηκαν οι κάτοικοι της Χιροσίμα που βρίσκονταν 2,4 χιλιόμετρα από το σημείο που είχε εκραγεί η ατομική βόμβα.Έρευνες που έγιναν σε 15 χώρες από γιατρούς του πανεπιστήμιου της Οξφόρδης δείχνουν ότι οι θάνατοι από καρκίνους λόγω ακτινοβολίας για ιατρικούς διαγνωστικούς λόγους ανέρχεται σε ποσοστό 0,6%του συνόλου θανάτων από καρκίνο σε Ην.Βασίλειο,0,9% σε ΗΠΑ ενώ 3,2% σε Ιαπωνία.

32 Οι εξετάσεις αυτές πρέπει να γίνονται μόνο όταν είναι απόλυτα αναγκαίες λαμβάνοντας πάντα υπόψη πόσες ακτινογραφίες και Α.Τ. έχει κάνει στα παρελθόν ο ασθενής και όχι με αδιαφορία.Σε περιπτώσεις που είναι δυνατό, καλό θα ήταν να χρησιμοποιούνται άλλες εξετάσεις όπως είναι το υπερηχογράφημα,η μαγνητική τομογραφία και γενικά εξετάσεις που δεν βασίζονται σε ιονιζουσα ακτινοβολία.

33 Και δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το θέμα δεν είναι να βρούμε πιο ανώδυνους τρόπους εξέτασης και θεραπείας αλλά τρόπους πρόληψης!

34 Βιβλιογραφία-Πηγές «Ιατρικά Απεικονιστικά Συστήματα» Κουτσούρης Δ.,Νικήτα Κ.,Παυλόπουλος Θ. Εκδόσεις Τζιολα,2004. «Ακτινογραφική Απεικόνιση» Αλειφεροπουλος Δ. Εκδόσεις ΒΗΤΑ,2000