Томографи


Веселин Бориславов Петков, Радослав Димов Георгиев
II курс на ПГ по КТС гр. Правец, към ТУ – София
Ръководител ст. Преп. Цеца Цолова Христова

Томографията е метод за получаване на двумерен образ на тънък слой от тъкани, лежащи между два напречни трансверзални среза на определена дълбочина в тялото. Формирането на образа става в три фази – скениране, компютърно реконструиране и визуализиране. Компютърната томография е метод, при който томографски образ се получава чрез математична обработка с компютър на масив от едномерни сигнали, получени в резултат от някакво въздействие.
Видове томографи :
Според вида на въздействието, компютър-томографските методи биват:
• pентгенова компютърна томография (СТ);
• магнитно-резонансна томография (MRI);
• емисионна компютърна томография (SPECT);
• позитрон-емисионна томография (PET).
Формирането на образа става в три фази – скениране, компютърно реконструиране и визуализиране.
История:
През 1956 г. Мак Кормак разработва математичната теория за реконструиране на образа, а през1972 г. английският физик Хаунсфийлд разработва първия СТ-скенер за изследване на главния мозък (EMI Mark I). За откритието си, двамата получават през 1979 г. Нобелова награда по физиология и медицина.За повече информация можете да видите сайтът Nobelprize.org.
П о к о л е н и я к о м п ю т ъ р н и т о м о г р а ф и
Те се различават по формата на рентгеновия сноп; по геометрията на детекторната система и по времето за скениране.
Първото поколение CT
Разработен е от Хаунсфийлд през 1972, с който е възможно изследване само на глава. При него се използва тесен колимиран сноп рентгенови лъчи и само един срещулежащ детектор. Системата рентгенова тръба-детектор извършва транслационно-ротационно движение.Осъществяват се 160 успоредни линейни сканирания (транслации) в множество направления в трансверзалната равнина, осигурявани чрез ротация на тръбата и детектора. За получаването на образа на един срез са необходими 5 минути.
Второто поколение СТ
Второто поколение СТ се различават от първото по наличието на няколкодесетки детектори и по използването на разходящ ветрилообразен сноп рентгенови лъчи с ъгъл при върха на ветрилото 100, който не обхваща целия обект. Поради това, за да се осъществи скенирането на целия обект, системата тръба-детектори извършва транслационно-ротационно движение. Това означава, че системата скенира обекта чрез успоредни премествания и чрез завъртане в трансверзалната равнина, поради което за получаване на един срез са необходими около 20 секунди. Трето поколение
Трето поколение томографи е в ъведено през 1975 г., използва широк ветрилообразен сноп рентгенови лъчи, изцяло покриващ обекта и голям брой срещулежащи детектори.При това отпада транслационното движение; системата тръба-детектори извършва само ротационно движение, осигуряващо скенирането на целия обект. Образът на един срез се получава за време, по-малко от секунди. Много от съвременните скенери са базирани на тази геометрия на системата рентгенова тръба-детектори. При компютъртомографите от трето поколение след всяка ротация въртенето трябва да спре, защото детекторите и тръбата са свързани чрез кабели с неподвижна електроника. В началото на 90-те години на ХХ век се е използвала технологията “ хлъзгащ се пръстен”– контактен пръстен, чрез който се осъществява подаването на високо напрежение и отвеждането на сигналите. Това позволява непрекъснатото въртене рентгеновата тръба. Добавен към скенерите от трето или четвърто поколение, контактният пръстен прави възможно въвеждането на “спиралната” компютърна томография , отделяна в някои публикации като шесто поколение СТ. Разликата между този тип СТ и предходните е в това, че по време на скенирането масата с пациента се движи постъпателно, докато рентгеновата тръба се върти непрекъснато, като по този начин скенирането на обекта е по спирална траектория. Това съкращава времето за изследване.

Схема изобразяваща принципът на действие на трето поколение томографи
Четвъртото поколение
Четвърто поколение томографи притежават много на брой неподвижни детектора, изцяло запълващи пръстена около пациента. При това,ротационно движение извършва само рентгеновата тръба. след всяка ротация При компютъртомографите от четвърто поколение след всяка ротация въртенето трябва да спре, защото детекторите и тръбата са свързани чрез кабели с неподвижна електроника. В началото на 90-те години на ХХ век се е използвала технологията “ хлъзгащ се пръстен”– контактен пръстен, чрез който се осъществява подаването на високо напрежение и отвеждането на сигналите. Това позволява непрекъснатото въртене рентгеновата тръба. Добавен към скенерите от трето или четвърто поколение, контактният пръстен прави възможно въвеждането на “спиралната” компютърна томография , отделяна в някои публикации като шесто поколение СТ. Разликата между този тип СТ и предходните е в това, че по време на скенирането масата с пациента се движи постъпателно, докато рентгеновата тръба се върти непрекъснато, като по този начин скенирането на обекта е по спирална траектория. Това съкращава времето за изследване.

Пето поколение :
Това са компютърните-томографи, предназначени за кардиологията – т.н. кино СТ скенер. При него не се използва рентгенова тръба; електроните се генерират в електронна пушка и бомбардират волфрамови мишени, разположени в 4 успоредни пръстени във вид на арка с ъгъл 2100 около пациента. Всички елементи са неподвижни.Електронният лъч се направлява по мишената чрез магнитно поле. Срещу мишените е разположена арка от кристални фотодиодни детектори. Образът на един се получава за около 50 ms.

Схема изобразяваща принципът на действие на Пето поколение томографи

Как работи ПЕТ?
Рентгенови снимки се получават чрез облъчване с рентгенови лъчи на човека или на филма. Това изображение на сянката показва н якои структур и в т ялото , като хрущяли и кости. CT скенерите използват финни пото ци от рентгенов и лъчи. Чрез обстрелване на тялото в няколко направления CT скенера може да изгради с ъ ставно изображение на анатомически те дета й л и в ътре през част от пациента. Образът на магнитния резонанс прави много от тези неща, но използва магнитно поле и радиовълни. За разлика ПЕТ скенера използва радиацията, излъчена от пациента за да се прояв и изображени е . На всеки пациент му дават незначително количество радиоактивно лекарство, близко до естествен ото вещество , използвано от тялото. П ример за тако ва лекарство е з ахар та дву-флуор-дву-деокси-дву-глюкоза ( FDG ), ко йто е подобен на естествен ата захар, глюкоза, с добав яне на радиоактив ен атом на флуора.Гама радиация та, произведен а от емитирания по з итрон от ф луора се улавя от ПЕТ и показва във финни детайли метаболизм а на глюкоз ата в моз ъка . При анихилацията се излъчват два гама кванта с енергия 511 keV , под ъгъл 180 o от точката на колизията. Двойките анихилационни фотони се разпространяват в диаметрално противополжни посоки и се регистрират от сцинтилационни детектори влючени в схема на съвпадене. Детектира се анихилационно лъчение получавано при взаимодействието на позитроните излъчени от радиофармацефтика, с електрони от изследваните тъкани.
Клинични приложения на позитронно-емисионната томография



Областа на Кардиологията:
• Изследване на кардиологичен статус

• Диетологични изследвания на FDG метаболизъм в миокарда
• Параметрични изследвания (изследване на сърдечния метаболизъм на глюкозата)


• Изследване на коронарните кръвоносни съдове ( Polar Maps )

• Заболявания на кръвоносните съдове
• Изследване жизнеспособността на миокарда

• Изследване на различни видове исхемия и др.
Неврология
• Изследване функциите на мозъка
• Метаболитно развитие на мозъка

• Болест на Алцхаймер
• Мозъчни тумори
• Дeфекти в развитието на мозъка
• Диагностициране на ранни стадий на спазми в мозъка

• Паркинсонова болес

Травми на главата
Онкология
• Онкологична диагностика на цялото тяло

• Изследване на бял дроб
• Откриване на мозъчни тумори
• Онкологично изследване на цялата глава и шията
Какви болести могат да бъдат изследвани?
Пет томографа има все повече важна клинична роля. Пет сканирането, използвайки радиоактивен флуор FDG довежда до облъчване на пациента около или по-малко от другите медицински процедури, като рентгенови снимки например.В таблицата по-долу са дадени клинични приложения на изотопите за ранно откриване на дадените заболявания:
Легенда
m – минути h - часове
d - дни y – години

Нуклиди използвани в позитронно-емисионната томография
За диагностика Период на полуразпад T 1/2
Приложение
11 C (20.4 m ) Онкология
13 N (9.97 m ) Миокардиален поток
15 O (2.04 m ) Изучаване на мозъчната дейност
18 F (110 m ) Онкология, неврология, кардиология
52 Fe (8.28 h )
55 Co (17.53 h )
61 Cu (3.33 h )
6 2 Cu (9.74 m)
64 Cu (12.7 h)
62 Zn (9.19 h)
63 Zn (38.47 m)
70 As (52.6 m)
71 As (65.28 h)
74 As (17.77 d)
76 Br (16.2 h)
82 Rb (1.27 m)
86 Y (14.74 h)
89 Zr (78.4 h)
110 In (4.9 h)
120 I (81.0 m)
124 I (4.18 d)
122 Xe (20.1 h)
За калибровка на томографа
22 Na (2.60 y)
68 Ge (270.8 d)
68 Ga (67.6 m)
За терапия
89 Sr (50.5 d)
153 Sm (46.3 h)

Маркери се прилагат при:
• Изследване на процеси като: кръвнен поток, мембранен транспорт, метаболизъм, синтез и комплексно-рецепторно взаимодействие.
• Картографиране на полетата на аксоналната - ентеро и ретроградна дифузия.

• Изследване на взаимодействието но лекарствените препарати с биохимичните системи на организма.
• Изследване на ДНК (Количествен анализ на рекомбинантни ДНК
• Определяне точната възраст на клетките.

Използвана литература:
1. Д.Кюнцел “Човешкият организъм-здрав и болен” Издателство: Медицина и физкултура София 1985
2. http://medimg.hit.bg/
3. Индустриална томография — Уикипедия
4 . Элементы - новости науки: Томограф проследил за работой человеческой памяти