Sprzęt medyczny Portal Inżynieria Biomedyczna to serwis poświęcony tematyce inżynierii biomedycznej. Znajdziesz w nim artykuły naukowe, oferty pracy dla inżynierów biomedycznych, praktyki zagraniczne i dostępne w Polsce i zagranicą kierunki studiów. http://inzynieria-biomedyczna.com.pl Sat, 23 Sep 2017 03:28:55 +0000 Joomla! 1.5 - Open Source Content Management pl-pl Tomografia multimodalna - CT/PET, CT/MR, SPECT/CT - Zasada działania i zastosowania http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/71-tomografia-multimodalna-ct-pet-ct-mr-spect-ct-zasada-działania-i-zastosowania.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/71-tomografia-multimodalna-ct-pet-ct-mr-spect-ct-zasada-działania-i-zastosowania.html

tomograf Inveon

Począwszy od momentu skonstruowania pierwszego tomografu komputerowego przez Hounsfielda w 1968 roku rozwój tomograficznych technik obrazowania ciała ludzkiego polegał przede wszystkim na poprawie jakości uzyskiwanych danych obrazowych oraz zmniejszeniu czasu trwania badania. Z czasem pojawiły się nowe techniki, takie jak np. tomografia rezonansu magnetycznego (MR). Nowoczesne skanery tomograficzne stały się coraz bardziej powszechne i dostępne. Część z nich służy do ukazania anatomii ciała lub organu np. tomografia komputerowa, czy MR. Natomiast obrazy  uzyskane technikami medycyny nuklearnej takimi jak SPECT czy PET zawierają tylko informację o funkcji fizjologicznej narządu. Dlatego też często wykonanie skanu jedną techniką nie jest wystarczające do postawienia diagnozy i niezbędne staje się kolejne badanie. Ideałem byłoby więc stworzenie urządzenia, które pokazuje funkcję fizjologiczną narządu wraz z precyzyjną lokalizacją na tle struktury anatomicznej. Odpowiedzią na tą potrzebę są skanery będące połączeniem kilku, najczęściej dwóch różnych urządzeń tomograficznych.

W artykule przedstawiono istniejące rozwiązania sprzętowe: połączenie pozytonowej tomografii emisyjnej z tomografią komputerową PET/CT, pozytonowej tomografii emisyjnej z tomografią rezonansu magnetycznego PET/MR oraz tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów SPECT z tomografią komputerową. Wskazano również na możliwe obszary ich zastosowania w diagnostyce medycznej.

PET and CTZdjęcie po lewej ukazuje anatomię ciała człowieka uzyskaną w wyniku badania CT, środkowe   pochodzi z badania PET. Obraz po prawej to fuzja, czyli obrazowanie łączne PET/CT ? zawiera informacje obrazowe z obu technik tomograficznych. Obszary o podwyższonej aktywności, widoczne na obrazie PET jako czarne plamy, są precyzyjnie zlokalizowane na tle anatomii.

Obecnie inżynierowie pracują nad połączeniem działania kilku różnych technik tomograficznych w celu takiej poprawy jakości i kompatybilności obrazów, tak aby można było na podstawie jednego badania postawić kompleksową diagnozę. Dokładniejszą lokalizacja miejsc o podwyższonej aktywności może mieć zastosowanie w onkologii. Skanery takie nazywamy multimodalnymi lub hybrydowymi, gdyż stanowią połączenie dwóch lub więcej technik tomograficznych, zwanych modalnościami.

Do najczęściej występujących rozwiązań hybrydowych należą PET/CT, SPECT/CT oraz PET/MR. Ponadto na rynku dostępne są tomografy SPECT/PET/CT, czyli połączenie już trzech modalności, oczywiście w wersji dla małych zwierząt, mające zastosowanie głównie w badaniach przedklinicznych

Zasada działania PET/CT i jego zastosowanie

W badaniu PET/CT podawane są drogą dożylną poprzez iniekcję izotopy radioaktywne (radioznaczniki) o bardzo krótkim półokresie rozpadu, najczęściej FDA (fluorodeoksyglukoza) czyli glukoza związana z izotopem fluoru. Zastosowanie izotopów fluoru pozwala na obserwację zmian, jakim w organizmie podlega glukoza. Chore komórki inaczej przetwarzają ten związek, stąd możliwym staje się zlokalizowanie nieprawidłowości na poziomie komórki lub grupy komórek. Dodatkowo pacjent poddawany jest badaniu tomografii komputerowej, dzięki któremu można ocenić anatomię narządów pacjenta i wskazać precyzyjnie ewentualne ogniska gromadzenia radioznacznika PET.

otwarty tomografSkanery PET/CT składają się zarówno ze skanera CT jak i PET, łączy je wspólne łóżko, na którym leży pacjent. Oba badania wykonywane są bezpośrednio po sobie ? w ramach jednej procedury, co znacznie oszczędza czas. Pierwszy skaner to zazwyczaj tomograf komputerowy, a drugi PET. Na zdjęciu wykonanym przy użyciu CT widać strukturę anatomiczną badanego narządu. PET pozwala na ukazanie funkcji fizjologicznej np. po podaniu glukozy znakowanej fluorem widzimy, które komórki i w jakim stopniu ją wykorzystały. Taka informacja pomimo prawidłowego obrazu anatomicznego  pozwala wykryć patologie na poziomie metabolicznym i umożliwia wyciągnąć wnioski odnośnie funkcji komórek lub badanych narządów. Nałożenie obrazów na siebie zwane fuzją pozwala na precyzyjne zlokalizowane tych nieprawidłowości metabolicznych na tle struktur tkankowych.

Wraz z poprawą jakości obrazowania rośnie także szybkość wykonania badania. Jest istotne z uwagi nie tylko na komfort pacjenta, ale także niższe prawdopodobieństwo zakłóceń powstałych na skutek mimowolnych ruchów badanego np. przy oddychaniu. Skrócenie łącznego czasu obrazowania pozwala na uzupełnienie badania PET o strukturalną ocenę stanu serca i naczyń oraz identyfikację zwapnień w tętnicach wieńcowych.

Technika PET/CT może się stać unikatową kompleksową metodą diagnostyczną i prognostyczną do oceny  chorych z przewlekłą niewydolnością serca o etiologii niedokrwiennej. Dane anatomiczne i czynnościowe oraz ocena żywotności mięśnia sercowego pomogą w identyfikowaniu pacjentów ze wskazaniami do poszerzenia i udrożnienie zwężonego naczynia krwionośnego, czyli rewaskularyzacji, a także w uniknięciu poddawania chorych niepotrzebnym procedurom inwazyjnym.

Warto wspomnieć także o możliwości korekcji osłabienia w PET wykorzystującej dane  z CT.  Fotony anihilacji wychodzące z ciała pacjenta są osłabiane zanim dotrą do pierścienia detektorów, co jest zjawiskiem niepożądanym. Niezbędna jest zatem korekcja osłabienia (AC). W PET standardowo tzn. bez połączenia z CT, odbywa się ona poprzez wykonanie kilku dodatkowych skanów. Skan emisyjny uzyskiwany jest poprzez detekcję promieniowania emitowanego przez pacjenta - izotop wewnątrz pacjenta. Podczas skanu transmisyjnego źródło jest poza obiektem badanym ? mierzy się wówczas intensywność promieniowania przechodzącego przez obiekt. Niezbędny jest jeszcze skan pusty - pomiar promieniowania emitowanego przez izotop, bez udziału badanego. Na podstawie skanów uzyskuje się współczynnik korekcji AC. Dzięki danym z CT nie ma potrzeby wykonywania dodatkowych skanów. Ma to szereg zalet, do których należą m.in. szybkość wykonywania badania, lepsza rozdzielczość obrazu, niższe szumy i dobry kontrast tkankowy. Problemem przy stosowaniu PET/CT może być różnica rozdzielczości obu modalności oraz artefakty oddechowe, spowodowane ruchami klatki piersiowej podczas oddychania. Powyższe czynniki mogą skutkować błędnie wykonaną korekcją osłabienia, co po dopasowaniu może oznaczać błędy rzędu 20%!

W Polsce istnieje 10 ośrodków wykonujących badania PET/CT. Jak podaje Organisation for Economic Co-operation and Development w Health Data Survey, biorąc pod uwagę liczbę pacjentów oddziałów onkologicznych, kraj nasz powinien dysponować 28-ma  skanerami PET/CT. Jednak do osiągnięcia tego celu droga jeszcze jest bardzo daleka. Istotną barierą w zakupie  skanerów jest ich znaczny  koszt. Jeden aparat PET/CT kosztuje bowiem nawet 5 mln euro.

Zasada działania PET/MR i jego zastosowanie

Biograph PET/MTOprócz najbardziej powszechnej hybrydy PET/CT  istnieje także kombinacja PET/MR. Po otrzymaniu akredytacji FDA (Food Drug Administration) takie rozwiązanie jest dostępne na rynku od czerwca 2011. Udało się to Siemensowi - i tak powstał Siemens Biograph mMR, który jest pierwszym systemem z w pełni jednoczesną akwizycją. W tej metodzie badanie wykonywane jest podczas jednej procedury, gdyż skanery są połączone, a dane pobierane są w tym samym czasie. Jest to pierwsze i jedyne na świecie tego typu rozwiązanie Umieszczenie detektorów PET w polu magnetycznym jest rewolucyjnym wyzwaniem technicznym dla inżynierów.

Jako detektory zastosowano fotodiody (APD), które rejestrowały scyntylacje z BGO (bizmutek germanu). Mogą one działać w wysokim polu magnetycznym bez ich degradacji, a właśnie ten czynnik opóźniał powstanie PET/MR. PET zapewnia wykrycie miejsc o odmiennej aktywności, poprzez np. podawania FDA.

Podobnie jak w przypadku PET/CT, jedna z modalności odpowiada za ukazanie anatomii (MR), druga zaś za funkcję fizjologiczną (PET). MR cechuje się lepszym kontrastem tkanek miękkich niż CT, stąd PET/MR jest lepszym rozwiązaniem do obrazowania tkanek miękkich niż PET/CT. Istotną kwestią jest także jednoczesna akwizycja, w odróżnieniu od badań wykonanych na oddzielnych tomografach PET i MR, lecz wizualizowanych łącznie w formie fuzji.

Kolejny mający znaczenie czynnik to minimalna ekspozycja na promieniowanie jonizujące - ważna w przypadku osób często poddawanych badaniu i dzieci. Nowe urządzenie pozwala na wykonanie jednego badania zamiast dwóch, zajmuje mniej miejsca i jest korzystne ze względów ekonomicznych. Może znaleźć zastosowanie w onkologii, neurologii a nawet kardiologii.

Zasada działania SPECT/CT i jego zastosowanie

Philips ScylightHybryda SPECT/CT łączy zdolność SPECT do obrazowania funkcji z precyzją warstw anatomicznych CT podczas jednego badania. Warto wspomnieć o zaletach zastosowania SPECT nad PET do hybrydy. Jest to związane z różnorodnością możliwych do zastosowania radiofarmaceutyków (w PET tylko FDA), które wnikają do przeciwciał i łańcuchów peptydowych, dzięki czemu są transportowane do wyspecjalizowanych receptorów tkankowych.

Im bardziej specjalistyczny jest cel diagnostyczny, tym trudniej z powodu mniejszej liczby markerów zinterpretować jego anatomiczne położenie. Może to stanowić utrudnienie dla przeciętnego diagnosty. FDG pozwala na ukazywanie głównie aktywności metabolicznej. Zastosowana fluorodeoksyglukoza emituje kwanty  promieniowania zarówno w tkankach zdrowych jak i chorych, z tym że w tkankach patologicznych zachodzi to intensywniej z powodu większego tempa metabolizmu. Diagnostyka z wykorzystaniem SPECT bazuje na radiofarmaceutykach takich jak technet, które charakteryzują się stosunkowo niższym stopniem degradacji niż FDG.

Ukazany na zdjęciu aparat Philipsa SKYLight jest gamma kamerą bez charakterystycznej obudowy czyli gantry, co pozwala na zamontowanie detektorów bezpośrednio w strukturze pomieszczenia. W ten sposób można obrazować pacjentów o różnej budowie ciała, na dowolnym podłożu i w dowolnej pozycji. Kolejna generacja tych urządzeń umożliwi obrazowanie jednocześnie dwóch różnych pacjentów przez co znacznie wzrośnie efektywność obrazowania. Jest to istotne z uwagi na to, że nie jest to sprzęt powszechnie występujący.

Gamma kamera SKYLight aby przyspieszyć i usprawnić cały proces obrazowania od jego początku aż do końca zawiera JETStream Workspace. System ten pozwala na uzyskanie wielu zestawów danych jednocześnie, każdy z innymi parametrami. Zatem pojedyncze pobranie danych ? akwizycja, wytwarza nawet piętnaście różnych obrazów uwzględniających różne czynniki. Skutkuje to możliwością doboru takich parametrów akwizycji, aby otrzymany obraz był w jak najlepszej jakości.

Rewolucyjny i dynamiczny rozwój medycznych technik pomiarowych spowodował, że skanery multimodalne stały się są nie tylko przyszłością obrazowania medycznego, lecz także  koniecznością. Opracowywanie nowych technologii tomografii multimodalnej będzie się wyzwaniem  dla  inżynierów i lekarzy, co może zaskutkować konstrukcją skanera, który będzie połączeniem nawet trzech technik. Pomimo większych kosztów finansowych współczesne tempo życia wymusza stosowanie coraz szybszych i dokładniejszych systemów obrazowania ciała ludzkiego. Czas jest jedyną rzeczą której kupić się nie da. Często to on decyduje o życiu pacjenta, należy więc zrobić wszystko, aby poprzez szybką i skuteczną diagnozę zdążyć pomóc choremu.

{faqslider inline/sliders}

Literatura

[1] www.siemens.com/inveon

[2] www.petct.pl

[3] Sylwia Miernik, Mirosław Dziuk,Metody hybrydowe (SPECT-CT, PET-CT) w diagnostyce choroby wieńcowej i ocenie żywotności mięśnia sercowego, Choroby Serca i Naczyń 2008, tom 5, nr 2, 93?101

[4] Markus Schwaiger, M.D.,Sibylle Ilse Ziegler, Ph.D., Stephan Gerhardt Nekolla, Ph.D., MR-PET:Combining Function,Anatomy, and More, Technical University Munich

{/faqslider}

]]>
aleksandra.mardofel@gmail.com (Aleksandra Mardofel) Sprzęt medyczny Tue, 15 Nov 2011 14:12:16 +0000
Tomografia Komputerowa - zasada działania http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/81-tomografia-komputerowa-zasada-działania.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/81-tomografia-komputerowa-zasada-działania.html

tomografia komputerowaTomografia komputerowa (ang. Computed Tomography ? CT)  jest systemem pośredniego obrazowania ? dokonywana jest rekonstrukcja obrazu na drodze obliczeń matematycznych. Badanie to pozwala na uzyskanie obrazów  przestrzennych (wizualizacja narządów 3D) i przekroju badanego obiektu dzięki wykorzystaniu promieniowania rentgenowskiego.

Tomografia komputerowa umożliwia ustalenie rozpoznania do leczenia operacyjnego, dlatego stosuje się ją bardzo szeroko w diagnostyce. Umożliwia lekarzowi dokonanie oceny niemal wszystkich narządów wewnętrznych człowieka i rozpoznanie w nich zmian chorobowych. Badanie nie jest długie ? średni czas to 15-30 minut. Ponadto tomografia komputerowa jest bezbolesna i zupełnie nieinwazyjna. Do przeprowadzenia tomografii nie jest potrzebne żadne przygotowanie przez pacjenta, jednak jeżeli jest to badanie z użyciem kontrastu to powinien on nie przyjmować posiłków na około 6 godzin przed badaniem. Metoda obrazowania za pomocą tomografii komputerowej jest ciągle doskonalona poprzez czołowe firmy z branży aparatury medycznej pragnące jak najlepiej sprostać oczekiwaniom nowoczesnej medycyny.

Współczesne tomografy komputerowe (ang. CT scanner) wykonują nawet do 2 000 000 projekcji. Dzięki temu ich rozdzielczość sięga dziesiątków mikrometrów. Standardem staje się tomografia komputerowa wielorzędowa, w których liczba odbierających elementów zwiększona została do 64, choć takie firmy jak Toshiba czy Philips wprowadziły już na rynek  skanery 128 i 256 rzędowe. Kolejnym etapem rozwoju jest wprowadzenie dwóch lamp rentgenowskich. Zmiany pozwalają na znaczne skrócenie czasu badania, zmniejszenie dawki promieniowania rentgenowskiego, a jednocześnie uzyskanie dużo większej ilości danych, pozwalających na dokładniejsze obrazowanie badanych narządów i  lepszą projekcję przestrzenną obrazu (3D). Kierunek postępów w rozwoju tomografii komputerowej jest nakreślany w stronę tomografii spektralnej.

Budowa tomografu komputerowego

tomografia komputerowa, tomografW tomografii komputerowej możemy wyróżnić trzy charakterystyczne fragmenty: stół na którym w pozycji unieruchomionej  podczas badania leży pacjent, skaner (gantry), który jest głównym urządzeniem dokonującym pomiaru oraz oprzyrządowanie, czyli konsolę operatora za pomocą której operator steruje systemem tomografu, wyświetla i archiwizuje obrazy.

Podstawowym elementem skanera jest system pomiarowy zawierający: komorę pomiarową, lampę rentgenowską i kolimator, system detektorów, układ obracający, układ zasilania lampy rentgenowskiej.

Lampa rentgenowska posiada wirującą anodę oraz jest odporna na duże obciążenia termiczne wynikające z dużej liczby następujących szybko po sobie skanów. Detektory służą do przetwarzania promieniowania rentgenowskiego na sygnał elektryczny. Najczęściej stosowane są dwa typy detektorów ? kseonowe i półprzewodnikowe. Kolimatory znajdują się w pobliżu lampy rentgenowskiej i przy każdym z detektorów. Mają za zadanie kształtować wiązkę promieniowania i minimalizować rozpraszanie promieniowanie. Od ich wysokości zależy grubość skanowanej warstwy.

Ogólna zasada rekonstrukcji obrazu w tomografii komputerowej

tomografia komputerowa , zasada działaniaPodczas skanowania pacjent umieszczany jest w komorze pomiarowej, a rejestrowanie obrazu odbywa się za pomocą obrotu (3 ? tor ruchu lampy) dookoła obiektu/pacjenta (5)  obręczy pomiarowej, w której znajduje się lampa rentgenowska (4) i nieruchome detektory (1) wykonujące serię prześwietleń (2 ? wiązka promieniowania). Podczas każdorazowej emisji promieniowania przez lampę detektory przesyłają do komputera  informację o pochłoniętym przez tkanki promieniowaniu. Dzięki odpowiedniej obróbce przy użyciu metod matematycznych uzyskuje się czytelny obraz, który może być już interpretowany przez lekarza. Wszystkie metody przetwarzania danych z detektorów bazują na odtworzeniu osłabień promieniowania w podstawowym elemencie objętości obiektu. Powstałe obrazy są monochromatyczne (czarno-białe), tak samo jak w przypadku podstawowych zdjęć rentgenowskich.

tomografia komputerowa, wizualizacjaSkanowanie pojedynczych przekrojów wymaga przesunięcia pacjenta oraz przerwy na wzięcie przez niego oddechu (badanie płuc czy wątroby) w celu wykonania prześwietleń dla kolejnego. Stwarzało to ryzyko przemieszczenia organów w czasie oddychania oraz poruszenia się pacjenta w czasie przerwy. W związku z tym obecnie standardowo stosowanym rozwiązaniem jest tomografia spiralna. Lampa rentgenowska i detektor obracają się wokół pacjenta w sposób ciągły po linii śrubowej.

Tomografia komputerowa spiralna pozwoliła skrócić czas badania jak i zmniejszyć dawkę podawanego kontrastu. Spowodowała ona szybki i wciąż postępujący rozwój angiografii - technice umożliwiającej obrazowanie dużych naczyń krwionośnych, pozwalając na diagnozowanie (trójwymiarowa CTA) zwężenia tętnicy nerkowej czy tętniaka jamy brzusznej.

Algorytmy rekonstrukcji i wizualizacji dla tomografii komuterowej

Metoda sumacyjna (Back Projection)

Polega na zsumowaniu poszczególnych prześwietleń (projekcji) wykonywanych pod różnym kątem. Im większa jest ich ilość tym dokładniejszy otrzymujemy obraz, dzięki któremu możemy wnioskować o budowie wewnętrznej obiektu. Metoda ta nie jest wykorzystywana obecnie w praktyce.

Metoda iteracyjna

Rekonstrukcja polega na odszukania współczynnika pochłaniania promieniowania w poszczególnych elementach objętości obiektu (voxelach), tak aby był on zgodny ze zmierzonymi wartościami. Początkowo określa się wartość współczynnika na równym poziomie dla wszystkich elementów, a następnie porównuje z wynikami. Przez kolejne powtórzenia porównywania i modyfikacje wartości dla kolejnych projekcji doprowadza się do uzyskania zgodności pomiędzy wartościami zmierzonymi, a wyznaczonymi.

Możemy wyróżnić trzy odmiany metody iteracyjnej:

  • rekonstrukcja jednoczesna ? obliczenia dla wszystkich prześwietleń i całej matrycy voxeli
  • korekcja promień po promieniu ? obliczenia i poprawki prowadzone są dla każdej projekcji
  • korekcja punkt po punkcie ? powtórzenie obliczeń i poprawek następuje oddzielnie dla każdej prześwietlenia i dla każdego voxela.

Metody analityczne

Metody analityczne są używane we wszystkich współczesnych tomografach komputerowych. Do najpopularniejszych z nich należą analiza w oparciu o transformatę Fouriera oraz, obecnie powszechnie stosowana, filtrowana projekcja wsteczna, występująca również w literaturze jako filtrowany rzut wsteczny czy też metoda sumacyjna z filtrowaniem (ang. FBP ? Filtered Back Projection).

Metoda FBP zapobiega powstawaniu rozmycia występującego przy bezpośrednim zastosowaniu metody Fouriera. Do poprawy dokładności szukanego obrazu przyczynia się zastosowanie odwrotnego przekształcenia Radona oraz twierdzenia o przekroju Fouriera. Na rekonstrukcję składają się dwie główne czynności: filtracja i operacja rzutu wstecznego.

Stopień eliminacji rozmycia obrazu zależy od zastosowanego filtru. Źle dobrany filtr rekonstrukcji (górnoprzepustowy) może bardzo dobrze eliminować rozmycie, ale również uwypuklać szum, co przełoży się znacznie na jakość obrazu, dlatego w literaturze można spotkać szczegółowe rozważania na temat doboru optymalnego filtru.

Wśród filtrów rekonstrukcyjnych należy wymienić filtr: Shepp-Logana, Parzen, Ram-Laka czy Hamminga.

Najpopularniejsze zastosowania diagnostyczne tomografii komputerowej


Diagnostyka:

  • mózgowia i odcinka lędźwiowo-krzyżowego kręgosłupa-tętniaki aorty
  • guzy mózgu
  • nowotworów pęcherza moczowego, prostaty, jajnika, macicy
  • udarów mózgu
  • nieurazowe zmiany w centralnym układzie nerwowym ? tętniak, krwawienie, wodogłowie
  • dokładne badanie jamy brzusznej i miednicy
  • świeże urazy czaszki ? łatwe wykrycie krwiaków
  • badanie nie nadaje się do diagnozowania chorób jelit

Firmy zajmujące się produkcją tomografów komputerowych

Polska nie posiada rodzimej korporacji produkującej tomografy komputerowe, lecz na jej terenie działają filie firm światowych liderów specjalizujących się w tej branży, np. Philips Healthcare Polska, GE Medical Systems Polska.

Do największych z nich,  zajmujących się produkcją sprzętu medycznego, a w tym tomografów komputerowych należą między innymi:  Johnson & Johnson, GE Healthcare, Siemens Healthcare, ANDA Medical, Philips Healthcare, Almana Medical Imaging, Tyco Healthcare, Neusoft, Hitachi Medical Systems.

Istnieje ponadto wiele firm, które są dystrybutorami takich producentów jak: TMS ? przedstawiciel Toshiba Medical Systems, Mar-med ? przedstawiciel Neusoft, KIE ? przedstawiciel Hitachi Medical Systems, Consultronix - Philips.

{faqslider inline/sliders}
Literatura

[1] ?Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000. Tom 8 ? Obrazowanie biomedyczne? pod red. Macieja Nałęcza , wyd. EXIT, 2003 Warszawa

[2] http://pl.wikipedia.org

[3] http://www.resmedica.pl

[4] http://www.hospital-technology.com

[5] http://chemba.w.interia.pl

Zdjęcia:

[1] http://commons.wikimedia.org

[2] http://ed.ac.uk

[3] http://medgadget.com
{/faqslider}
]]>
patryk.lamprecht@gmail.com (Patryk Lamprecht) Sprzęt medyczny Sat, 27 Nov 2010 21:04:32 +0000
Ultrasonografia - opis metody http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/80-ultrasonografia-opis-metody.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/80-ultrasonografia-opis-metody.html

usg ultrasonografiaUltrasonografia jest nieinwazyjnym badaniem pozwalającym na diagnozę narządów wewnętrznych człowieka. W badaniu wykorzystuje się zjawisko rozchodzenia się fal ultradźwiękowych oraz zjawiska mu towarzyszące (zjawisko interferencji, rozproszenia oraz tłumienia fal). Ultradźwięki umożliwiają wizualizację struktur wewnętrznych organizmu bez wykonywania zabiegu oraz bez podawania środków kontrastowych. Znalazły one zastosowanie w diagnostyce medycznej w takich dziedzinach jak: okulistyka, położnictwo, chirurgia naczyniowa, neurologia, ortopedia etc. Z oceny badanych struktur można wysunąć główne założenia diagnostyczne: określić rodzaj i charakter zmiany ? zapalna, zwyrodnieniowa, zanikowa, nowotworowa, a w ostatnim przypadku zasugerować czy przebiega w postaci łagodnej czy złośliwej. Zmiany patologiczne wewnątrz narządów inaczej odbijają ultradźwięki niż ich zdrowe otoczenie.

Aparat ultrasonograficzny składa się z głowicy oraz aparatu z monitorem. Głowica jest niewielkim urządzeniem, o właściwościach zarówno wysyłania ultradźwięków jak i odbierania ich echa. Zwykle do dyspozycji mamy kilka głowic.  Czasami wykorzystujemy też sondy ultrasonograficzne. Różnią się one w zależności od rodzaju struktury, do której badania służą. Np. do badania jamy brzusznej używa się głowic ultradźwiękowych o częstotliwości 2 MHz, natomiast do badania oczu stosuje się głowice o wyższej częstotliwości, dochodzącej nawet do 20 MHz. Głowice wysyłają fale ultradźwiękowe, które padając na granicę dwóch tkanek niemalże całkowicie przez nie przenika (99%), natomiast jedynie 1% fali ulega odbiciu. Większość energii fali ultradźwiękowej przedostaje się do głębszych warstw i daje echo od każdej napotkanej granicy tkanek. W przypadku, gdy napotkany zostaje obszar napełniony całkowicie gazem, następuje prawie całkowite odbicie fali. Zjawisko podobne uzyskamy po odbiciu się fal od granicy tkanek miękkich i kostnych. Jeśli do badania wykorzystamy impulsy fal ultradźwiękowych, powstaje niewielkie echo, które po odbiciu od ośrodka i wzmocnieniu elektronicznym, może być zarejestrowane na ekranie lampy oscyloskopowej. Informacje te można przedstawić na ekranie w różnych prezentacjach:

  • Prezentacja A - przetwornik piezoelektryczny wytwarza krótkie impulsy. Echa od badanych narządów leżących w pewnej odległości od przetwornika powracają do niego. Mierząc czas, w którym odbite echa powrócą do przetwornika, możemy wyznaczyć wymiary badanych narządów. W tej prezentacji jest wykonywane np. badanie wzroku.
  • Prezentacja B ? wymaga to liniowej konstrukcji głowicy, która składa się z kilku przetworników wysyłających wiązki ultradźwiękowe, umieszczonych jeden obok drugiego tak, aby penetrowane obszary mogły stykać się ze sobą. W danym momencie pracuje tylko ten przetwornik, którego wiązka może penetrować badany obiekt pod określonym kątem.
  • Prezentacja M - echom od ruchomych narządów odpowiadają poruszające się rozjaśnione plamki, pozostawiające ślad na ekranie. Prezentacja ta jest jedną z podstawowych w badaniach czynności i obrazowania struktur serca i aorty brzusznej.
  • Prezentacja D ? polega na odbiorze rozproszonej fali od będących w ruchu krwinek; służy do badania przewężeń w naczyniach krwionośnych.
  • Prezentacja CFM ? polega na nałożeniu na czarno-biały obraz prezentacji B barwnego zobrazowania przepływów mierzonych techniką korelacyjną.
  • Prezentacja CFA ? polega na zidentyfikowaniu przepływów, przypisaniu im barwy oraz nałożeniu ich na czarno-biały obraz B.

Sondy ultrasonograficzne

Do dyspozycji jest również kilka rodzajów specjalistycznych sond ultrasonograficznych. Sondy biopsyjne umożliwiają precyzyjne wkłucie się w obserwowany narząd czy zmianę, co umożliwia np. pobranie materiału do badania histopatologicznego. Inny rodzaj sond można przykładowo założyć do przełyku i dokładnie określić echostrukturę serca. Istnieją również sondy do śródoperacyjnej oceny jamy brzusznej czy ośrodkowego układu nerwowego po trepanacji czaszki. Jeszcze inne sondy pozwalają ocenić wnętrze gałki ocznej i oczodół.

Ceny najdroższych ultrasonografów mogą sięgać nawet 1 mln zł. (Nowością, którą możemy zobaczyć niedługo na rynku, będą głowice silikonowe). Cena aparatu USG uzależniona jest od rodzaju i ilości zastosowanej technologii, a także od jego konfiguracji, czyli np. rodzaju i ilości głowic czy dostępnych aplikacji. Według jednej z wiodących na rynku firm produkujących sprzęt medycznych, ultrasonografy można podzielić na adiologiczne/wielozadaniowe, kardiologiczne oraz przenośne. Należy pamiętać, że sprzęt przenośny nie będzie osiągał parametrów urządzeń stacjonarnych.

{faqslider inline/sliders}

Literatura 1. http://www.rehasport.pl/
2. http://www.uwm.edu.pl/
3. http://www.szpitalmsw.pl/
4. http://www.nowoczesna-klinika.pl/
5. ?Biofizyka. Podręcznik dla studentów? Feliks Jaroszyk, wyd. PZWL

{/faqslider}

]]>
iwaniec.marzena@gmail.com (Marzena Iwaniec) Sprzęt medyczny Mon, 18 Oct 2010 19:50:04 +0000
Ultrasonografia Dopplerowska kodowana kolorem http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/79-ultrasonografia-dopplerowska-kodowana-kolorem.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/79-ultrasonografia-dopplerowska-kodowana-kolorem.html

kolorowy doppler zdjęcieEfekt Dopplera ? powoduje on zwiększenie się częstotliwości fali (dźwiękowej, świetlnej) zbliżającego się źródła (np.pojazdu) i zmniejszenie się jej dla źródła oddalającego się. Ultradźwiękowe przepływomierze emitują falę ultradźwiękową w sposób ciągły. Wszystkie krwinki poruszające się w naczyniach krwionośnych w obszarze objętym polem ultradźwiękowym są źródłem fal odbitych, których część wraca do detektora odbiorczego. Częstotliwość fal odbitych rośnie wraz ze wzrostem prędkości krwinek poruszających się w kierunku sondy ultradźwiękowej.

Badanie dopplerowskie pozwala na ocenę przepływu krwi w dużych tętnicach i żyłach wykorzystując zmiany długości fal ultradźwiękowych odbitych od poruszających się krwinek. Poszukuje się w tych naczyniach między innymi obecności zwężeń spowodowanych skrzeplinami lub innych procesów chorobowych.

Kolorowy Doppler (color Doppler, kolorowe obrazowanie przepływu, kolorowe kodowanie prędkości).

W ultrasonografach z kolorowym Dopplerem piksele obrazowe odpowiadające echom odbitym od tkanek kodowane są w skali szarości, natomiast echom odbitym od elementów poruszających się (np. krwinki) przypisywana jest różna barwa, zależna od prędkości i kierunku poruszania się. Im większa prędkość, tym intensywniejsze barwy. Ta technika jest rozwinięciem Dopplera impulsowego. USG z kolorowym Dopplerem umożliwia precyzyjną lokalizację nawet małych naczyń zaopatrujących poszczególne struktury.

Ultrasonografia dopplerowska kodowana kolorem (USG-D) umożliwia także precyzyjną ocenę układu  naczyniowego. Pozwala wykryć i ocenić stopień nasilenia refleksu (przepływu wstecznego) w układzie żył powierzchownych i głębokich kończyn dolnych, obecność i zaawansowanie zmian miażdżycowych w tętnicach obwodowych i aorcie, obecność i strukturę tętniaków aorty brzusznej i innych tętnic. Kolorowy Doppler pomaga także w ocenie niektórych szybko rosnących guzów, w tym nowotworów złośliwych. W różnych powikłaniach ciąży ważną rolę ogrywa ocena przepływu krwi w małych, niewykrywalnych zwykłym USG naczyniach płodu.

Zalety:

  • Nie inwazyjność metody
  • Mała dawka energii wiązki ultradźwiękowej
  • Niedrogie, przenośne urządzenia

Wady:

  • Ultradźwięki są rozpraszane przez gazy (płuca, żołądek)
  • Utrudnieniem jest też tkanka tłuszczowa, która tłumi fale dźwiękowe (otyłość).
  • Chora tkanka zlokalizowana przez Doppler USG i tak wymaga biopsji aby potwierdzić przypuszczenia o nowotworze.
]]>
gtoporek@gmail.com (Grzegorz Toporek) Sprzęt medyczny Sat, 06 Mar 2010 11:04:55 +0000
Spektroskopia Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (NMR) http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/78-spektroskopia-magnetycznego-rezonansu-jądrowego-nmr.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/78-spektroskopia-magnetycznego-rezonansu-jądrowego-nmr.html

spektroskopia NMRSpektroskopia NMR jest najważniejszą metodą identyfikacji związków organicznych, a także jedną z ważniejszych metod określania ich struktury. Każdy związek organiczny ma swoje charakterystyczne widmo NMR (?odcisk palca?). Wiele związków można rozpoznad przez porównanie obserwowanego widma z widmami znanych substancji.

Spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego NMR polega na wzbudzaniu spinów jądrowych znajdujących się w zewnętrznym polu magnetycznym poprzez szybkie zmiany pola magnetycznego, a następnie rejestrację promieniowania elektromagnetycznego powstającego na skutek zjawisk relaksacji, gdzie przez relaksację rozumiemy powrót układu spinów jądrowych do stanu równowagi termodynamicznej. NMR jest zatem jedną ze spektroskopii absorpcyjnych.

Spektroskopia NMR ma wielkie możliwości wykorzystania w biologii i w medycynie. Dlatego jej dalszy rozwój zwrócił się właśnie w tym kierunku. Szerokie zastosowania NMR w wynikają z faktu, że najbardziej ?rezonansowe? jest wszechobecne w materii biologicznej jądro wodoru 1H (czyli proton). W zastosowaniu do spinów protonu metoda ta bywa nazywana protonowym rezonansem magnetycznym (1H-NMR). W medycynie metoda ta znana jest pod nazwą: Magnetyczny Rezonans Jądrowy (MRI).

Zastosowanie NMR w medycynie

Jedno z najbardziej zaskakujących zastosowao znalazł jądrowy rezonans magnetyczny w medycynie. Jeśli gradient pola zmienia sie w poprzek próbki, to protony ulegają rezonansowi przy różnych częstościach, zgodnie z ich umiejscowieniem w polu magnetycznym. Wielkośd sygnału rezonansowego przy określonym polu jest proporcjonalna do liczby protonów w miejscu odpowiadającym określonej wartości pola. Po wielu takich pomiarach absorpcji, z których każdy został wykonany pod nieco innym kątem, zebrane dane analizuje komputer i tworzy dwuwymiarowy obraz przekroju próbki. Obraz odzwierciedla rozkład protonów ? z grubsza biorąc, rozkład wody w organizmie. Obraz MRI wiadra wody jest zupełnie jednorodny. Lecz w organizmie rozkład wody w rożnych tkankach nie jest jednakowy i na tej podstawie można identyfikowad organy. Stosowanie środków kontrastowych znacznie zwiększa możliwości metody. Stosuje się m.in. związki jonowe o powinowactwie do tkanki guza *metaloporfiryny+, środki kontrastowe mające powinowactwo do zmienionych odczynowo bądź przerzutowo węzłów chłonnych czy przeciwciała znakowane środkami paramagnetycznymi.

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (MRI)

Metoda MRI ma wielką przewagę nad metodami rentgenowskimi, ponieważ pacjent nie jest narażony na bardzo szkodliwe promieniowanie. Inną zaletą MRI jest to, że tą metodą można oglądad ?plasterki? tkanki, bez zakłóceo ze strony struktur znajdując się przed lub za nimi. Po otrzymaniu serii ?plasterków? można je połączyd w trójwymiarowy obraz, który jest znacznie dokładniejszy niż obraz rentgenowski. Najbardziej precyzyjnym pomiarem w fizyce jest pomiar częstości, którego dokonuje się już z dokładnością 10-14, a właśnie na pomiarze częstości opiera się zjawisko NMR.

Główną cechą MRI jest wieloprofilowośd tej metody, tzn. możliwośd obrazowania narządów i oceny ich funkcji, a także obserwacja zjawisk na poziomie molekularnym. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie zastosowao to badania spektroskopowe wykonywane in vivo, pozwalające na śledzenie procesów metabolicznych w wybranym voxelu żywego człowieka. Spektroskopia ta oparta jest często
na innych niż wodór jądrach rezonansowych takich jak: fosfor 31P, węgiel 13C oraz fluor 19F. Pozwala to na otrzymywanie selektywnych informacji m.in. o działaniu leków.

Podsumowując spektroskopia MR dostarcza informacji o metabolizmie tkanek, badania czynnościowe o ich funkcji, zaś obrazowanie MR *MRI+ dzięki wysokiej rozdzielczości liniowej i kontrastowej oraz wysokiej swoistości tkankowej pozwala na uwidocznienie poszczególnych narządów i w konsekwencji umożliwia rozpoznanie zmian chorobowych.

{faqslider inline/sliders}
Literatura 1. L. Jones, P. Atkins, Chemia Ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, PWN, Warszawa 2006
2. P. Atkins, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 2002
3. http://pl.wikipedia.org/wiki/Spektroskopia_NMR
4. http://www.ftj.agh.edu.pl/~Suszycki/wyklad/fizykacialastalego/Spektroskopia_NMR.html
5. http://www3.uj.edu.pl/alma/alma/80/09.pdf
{/faqslider}
]]>
gtoporek@gmail.com (Grzegorz Toporek) Sprzęt medyczny Fri, 05 Mar 2010 17:24:49 +0000
Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa (PET) http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/77-pozytonowa-emisyjna-tomografia-komputerowa-pet.html http://inzynieria-biomedyczna.com.pl/sprzet-medyczny/item/77-pozytonowa-emisyjna-tomografia-komputerowa-pet.html

pozytronowa emisyjna tomografia komputerowa

Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa (PET - Positron Emission Tomography) jest techniką obrazowania, należącą do medycyny nuklearnej.

Zasada działania opiera się na rejestrowaniu promieniowania powstającego podczas anihilacji pozytonów. Powstające w rozpadzie promieniotwórczym pozytony, zderzają się z elektronami zawartymi w tkankach ciała, ulegając anihilacji. W jej wyniku powstają dwa kwanty gamma poruszające się w przeciwnych kierunkach (pod kątem 180°) i posiadające energię o wartości 0,511 MeV. Są one rejestrowane jednocześnie przez dwa z wielu detektorów ustawionych pod różnymi kątami w stosunku do ciała pacjenta, w wyniku czego można określić dokładne miejsce powstania pozytonów. Informacje te rejestrowane w postaci cyfrowej na dysku komputera, pozwalają na konstrukcję obrazów będących przekrojami ciała pacjenta.

Na tomograf PET składają się z następujące elementy:

  • pierścień wypełniony detekorami
  • cyklotron
  • stół
  • komputer

Do diagnozowania wykorzystywane są izotopy promieniotwórcze o krótkim czasie życia (krótki czas połowicznego rozpadu wynoszący ok 1-15 min), takie jak: 150, 13N, 11C.

PET stosuje się do badań mózgu, serca, stanów zapalnych oraz nowotworów. Wykorzystuje się fakt iż zmianom chorobowym towarzyszy podwyższony metabolizm niektórych związków chemicznych. Zastosowanie odpowiednich markerów, znakowanych izotopami, umożliwia wykrycie regionu w którym uległy one nagromadzeniu.

]]>
pnajder@gmail.com (Przemysław Najder) Sprzęt medyczny Mon, 15 Feb 2010 19:38:51 +0000