Issuu

Spis treści

Część I. RENTGENOWSKA TOMOGRAFIA KOMPUTEROWA – od fotonu do obrazu – Maria Anna Staniszewska . . . . . .

1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Historia rozwoju tomografii komputerowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Elementy konstrukcji skanerów CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.

ϐ ¦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4. Zasady detekcji sygnałów w CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.1. 4.2. 4.3.

× . . . . . . . . . . . . . . . 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 . . . . . . . . . . 23

5. Algorytmy tworzenia obrazu w CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.1. 5.2.

Hardware’owe . . . . . . . . . . . . . . 27 Softwarowe × . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6. Parametry decydujące o jakości obrazu CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.1. 6.2. 6.3.

. . . . . . . . . . 37 ä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 ä . . . . . . . . 41

Spis treści

7. Praktyczne zastosowanie teoretycznych zasad obrazowania w CT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 7.1.

¦ × . . . . . . . . . . . . . . . 54

8. Nowości tomografii komputerowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 8.1. 8.2. 8.3.

Skanery dwuenergetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Photon counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Piśmiennictwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Część II. REZONANS MAGNETYCZNY – fizyczne podstawy zastosowania – Ï¦ ǡ . . . . . 75 9. Historia magnetycznego rezonansu jądrowego . . . . . . . . . . . . . . . . 77 9.1.

Ï ×Ï . . . . . . . . . . . . 79

10. Konstrukcja ogólna skanera MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 10.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81 85 86 87

11. Fizyczne podstawy rezonansu magnetycznego . . . . . . . . . . . . . . . . 89 11.1. ¦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 11.2. × Ï . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 12. Zapis sygnału FID i przetworzenie go na obraz . . . . . . . . . . . . . . . . 99 12.1. Ï k-space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 12.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 13. Sekwencje w obrazowaniu MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 13.1. Sekwencje spin-echo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 13.2. Sekwencje gradient-echo ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Spis treści

14. Zaawansowane techniki obrazowania MRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 14.1. ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 14.2. ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 14.3. Ñ ä ȋ Ȍ . . . . . . . . 161 14.4. × ȋ ǡ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . 172 14.5. ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 14.6. ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . 177 14.7. ϐ ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 14.8. MR ϔ ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 15. Znaczenie doboru parametrów badania MR w praktyce – skutki dobre i złe – Maciej Rachalewski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 15.1. Ï ȋ Ȍ ȋͳǡͷ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 15.2. Ï ȋ Ȍ ¸ Ï . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 15.3. Ï × Ï Ǧ Ǧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 15.4. Ï ¸ ×Ï × Ï ä© w badaniach MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 15.5. Ï oversamplingu na artefakt aliasingu Ï ȋ Ȍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 15.6. Ï voxela ä© w badaniach MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 16. Działanie silnego pola magnetycznego i pól elektromagnetycznych na organizm ludzki . . . . . . . . . . . . . . . 211 Piśmiennictwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Spis treści

4 Zasady detekcji sygnałów w CT

Ƿ Ï× ǳ ȋ Ƿ ǳȌǡ × ¦ Ǥ × Ï× Ï Ă ȋ ¸ Ȍ ¦ × Ǥ Ă Ï× ȋ × Ȍ Ƿ Ï× ǳ ǡ ¦ ¸ ä ǡ × Ă¦ ¸ ¦ Ï × Ǥ × Ï Ï× ǡ × ¦ ¦ ×Ï ¸ ȋ Ï Ñ Ȃ ǡ ǡ ȌǤ ¸ macierzy detektorówǡ × α × ä Ï έ ¸ × ȋ ȌǤ ȋ Ǥ hardwareȌ ¸ ¸ Ƿ ǳ Ï Ï Ï ȋ Ǥ Ȍ ä Ï Ă ȋ ×Ï ¸ Ƿ ǳȌ ä ä Ǥ Ï ä ¸ Ă Ǥ × Ï× Ï ä Ï ȋ ä ¦

4. Zasady detekcji sygnałów w CT

Ï Ȍǡ × ¦ Ƿ ¦ ǳ Ǥ Ǥ .

Rycina 4.1.

× Ï× ȋ Ǥ ȌǤ

Ă ȋǷ ¦ ǳȌ Ï × hardware’u ¦ ¦ Ǥ × Ƿ ǳ × (tzw. raw dataȌǤ ¦ ¸ Ǥ ä© ¦ ǡ × Ă ©ǣ z × zapisanych warstw (tzw. surowe dane – raw dataȌǡ z ϐ ȋ ä ȌǤ Ï ¦ ä© ¦ Ă ä ¦ × ǡ Ǥǣ z ¸ ¸ä ǡ z × × ǡ ǣ — ä Ǧ Ï Ă nych linii, — ¸ ä© × ǡ — Ï ä© ¦ × Ǥ

Część I

Rentgenowska tomografia komputerowa – od fotonu do obrazu

ä© Ï ¦ ¦ ¦ Ǩ ǡ Ă ä© ¸ ¦ ¦ Ǩ

Ñ ǡ × Ï ¸ ǡ Ƿ ¦ ǳ ä ǡ Ƿ ǳ ȋ Ȍ ¸ Ï Ǥ Ï ϐ Ï Ï Ï ǡ Ï Ȃ Ï ǡ × Ă Ǥ

4.1. Fizyczne zasady tworzenia obrazów w CT Ï ä ä ¦ ¸ ×Ă ×Ï × Ï Ï ȋ Ï ȌǤ Ï Ă ϐ ȋ Ǥ ȏ ȐȌ ä ǣ

CT i

Pi E Pw E 1000 Pw E

Ă Ƿ ǳ Ïǡ Ƿ ǳ ȋ kontrast Ï ȌǤ Ï ä ä© ȋ Ǥ ȌǤ ϐ Ï ×Ï × Ï ȋɊȌ ȋsliceȌǤ

4. Zasady detekcji sygnałów w CT

4.2. Mody pracy skanera CT Ă ϐ × ×Ă ¸ ǡ ä × Ă lub tryby, tzn.: aksjalny i spiralny. Ă Ă ä© Ǥ

Tryb aksjalny ȋ Ȍ stwy ǡ ¸ Ï ȋ ¸ Ȍ Ï Ă ȋ ȌǤ × Ǥ Tryb spiralny Ƿ Ï× ǳ ȋ Ȍ ¸ Ï ä Ǥ ¦ ¸ ä ȋnon-planarȌ ǡ Ï Ă Ƿ ǳǡ ¦ ¸ Ǥ ×Ă ¸ ¸ ǡ Ă × Ǥ͵͸Ͳι × ǡ ä Ƿ Ï Ă ǳ Ƿ ǳ × ǡ nia spiralnego jest praktycznie jeden skan ¦ Ǥ͵͸Ͳιǡ × ¸ Ƿ ǳ ȋ Ǧ Ȍ ä × × Ï ȋ Ï ä© ¸ ǡ ä© × ä© Ă © ×Ă ǨȌǤ ¸ ä© ͳȂʹ Ǥ Ǥ ȋslice collimationȌ ͵͸Ͳι Ǥ

Część I

Rentgenowska tomografia komputerowa – od fotonu do obrazu

Ă ¸ ©ǡ Ă ¦ ¦ Ñ ¸ ä ȋ Ǥ overrangingȌǤ Ï ǡ ͵͸ͲιǤ Ă ¸ Ǥ ¦ Ǥ ä ¦ Ā × Ï ǡ × Ȃ ¸ Ï Ǧ Ȃ Ă ¸ ä pitch – nawet ͵ Ͷǡ × ¸ä ¦Ă Ǥ

4.3. Fizyczne parametry ekspozycji w badaniach CT ǡ × Ă ä ©ǡ ¦ ǡ ¦ ¸ ¦ ǣ z ä© ¸ ¸ ȋ ȏ ȐȌǡ z ¸Ă ¦ × ȋ ȏ ȐȌǡ z ȋ rot ȏ ȐȌǡ z ä© ϐ ȋslice collimation = slice thicknessȌ ȋ Ǥ Ǥ ȏ ȐȌǡ z ¦ ¦ Ă ¦ Ï ä ¦ Ï × Ï Ā ȋ ȌǤ ä ¸ Ă ǣ z Ï ä© ǡ z ¸ ¸ × × ȋ Ă © ä Ï ȌǤ ϐ ϐ ǡ Ă ¦ ä© ä© ¸

4. Zasady detekcji sygnałów w CT

¸ ȋ ȏ ȐȌǤ Ï w pikselu Ă ä ¸Ă ¦ × ȋ ȏ ȐȌǤ ä© ¸Ă ǡ Ƿ ǳǤ Ă ¦ ä© obrazu jest tzw. pitch ȋ Ƿ ×Ï ä ǳȌǤ Pitch ä obrazu oraz dawki. Ï ä© ¸ ȋsliceȌ ǣ

' V t rot Ƿ ǳ ¸ ä© Ï ȋ Ȁ Ȍǡ rot ȋ Ȍ ͵͸ιǤ Pitch ϐ ¸ ¦ : z ¸ ǣ pitch α ȟȀ gdzie S.C. oznacza slice collimation, z ¸ ǡ × ȋsliceȌ ä ǣ α ȟȀ έ ȋ έ Total collimationȌǤ Ă ©ǡ Ă Ă ǡ © × ϐ ¸ × × Ǥ ¸ × ǡ ¸ ¸ ¦ ¸ × Ǥ Ƿ ǳǡ ¦ ϐ ¦ Ǥ W uproszczeniu pitch Ă ϐ © × ¦ ¸ © × ǡ ǣ

Część I

Rentgenowska tomografia komputerowa – od fotonu do obrazu

͵ ȋ Ï ǡ ǡ ¸ Ā Ǧ Ă Ï ȌǤ

13.2. Sekwencje gradient-echo (GRE) ǣ ȋgradient echoȌǡ ȋgradient recalled echoȌǡ ȋϔ Ȍǡ ȋ ϔ ȌǤ

¦ ¦ ¸ Ï spin-echo ȋ ȌǤ Ï× Ï Ï Ȃ Ï ¸ Ǥ

Impuls RF

Gradient wyboru warstwy

Gradient kodowania fazy

Gradient kodowania częstotliwości

Odczyt sygnału (odbiornik)

Rycina 13.12.

Ǧ Ǥ

136

Część II

REZONANS MAGNETYCZNY – fizyczne podstawy zastosowania

Ǧ ȋ Ȍ Ï Ǥ Ă Ï klasycznej sekwencji gradient-echo.

Impuls wzbudzający Ǧ ¸ ȋ Ȍǡ × Ï Ă MZǤ ¸ ¦ Ƚ Ă ͻͲιǡ Ǧ Ǥ ¦ Ƚ ¦ (ϔ Ȃ Ȍ ä© ͷι ͹ͲιǤ × ä ¦ Ƚ Ă Ă¦ ä Ǥ Ă Ï Ă z ¸ä ǡ Ï dowa poprzeczna Mxy Ă ǡ Ă Ï ȋ ȌǤ ¦ Ă¦ ¸Ǥ Ă ¸ä© Ï Ă Ƿ ¸ ǳ ǡ ¦ × ȋ Ȍ Ï Ï Ǥ ǡ ä Ï¦ Gssǡ × × Ï¦ obszarze.

Uporządkowanie ä ͻͲι Ï¦ ss ¦ ¦ ¦ × Ï ä ǡ Ă Ȱ i gradient kodo ¸ ä ZǤ ¸ ×Ă ¸ Ȃ ¦ ͳͺͲιǤ Z ¦ Ï¦ ¦ ¦ǡ × Ǥ Ï

13. Sekwencje w obrazowaniu MR

137

ͳͺͲι ȋ ¸ ¸ ¸ä *ȌǤ

Powstanie echa i odczyt sygnału ¸ ȋ ¦ ϐ Ȍ zaniku Mxy Ï¦ Ƚ ¸ Ï Ñ × Z Ǥ odczytu GZ Ï¦ ¦ǡ Ȃ × ä Ï Ȃ ¦ Ƿ © ¸ǳ Ǥ ǡ Ï × Ă ä Ï ǡ ǡ × ¸ Ǥ

Powtórzenie ¸ ǡ Ǥ ¸ × ȌǤ sekwencji spin-echo Ȃ Ă Ï Ï ¦ ¸ kǤ © Ï ǡ Ǥ ¸ ʹͷ͸ ǡ © × ǡ Ǥ ¸ × Ï Ï Ǥ ¸ × Ă Fast ȋ × Ï ¦ ȽȌǡ Ă Ǥ 1 ä ultra-fast ͳͺͲι ǡ Ǥ Ï ͵ ͳͷȂʹͲǦ Ǥ

138

Część II

REZONANS MAGNETYCZNY – fizyczne podstawy zastosowania

* z

Podczas odczytu danych dodatni gradient GZ × × Ï ǡ Ï ȋ Ȍ Ï ǡ Ï Ă Ǥ

Gradient kodowania częstotliwości obwiednia T2*

Odczyt sygnału (odbiornik) sygnał nie odczytywany

sygnał odczytywany

Rycina 13.13.

Ï gradient-echo.

Ï¦ nego dodatniego gradientu GZ. ¸ ¦ ͳͺͲι Ï Ï¸ ¦ ä Ǥ Ï ä 2*ǡ Ï 2 Ϊ ä© ȋ 2* × Ă 2ȌǤ ¦ Ă ä ǡ × ¦ Ă Ǥ Ï ¦ © Ï ǡ Ï ¦ Ǥ ¸ǡ Ă Ă ä© Ă © Ǥ Ǥ ȋ

13. Sekwencje w obrazowaniu MR

139

cos D Ernst

e T1

Ï ǣ ä © Ï 1 α ͳͲͲͲ × α ͷͲ ǡ ¦ Ï ͳͺιǡ Ă ä© ¸ ǡ Ă Ï ȋ ¸ Ă ä© Ï ä ¦ ¦ ȌǤ ¦ © ǡ × © ä Ǥ ¦ Ȃ Ǥ strzeni k ǡ × Ȃ ¦ Ȃ Ă ¦ ȋ Ǥ Ȍǡ Ă Ǥ

140

Część II

REZONANS MAGNETYCZNY – fizyczne podstawy zastosowania

Ï ȋǷspoilingǳȌ Ï Ǥ ¦ steady-state ¸ ǡ × × ¦ ¦ × Ǥ Ă ×Ă © Ï× ǣ ͳǤ Spoiled gradient echo ȋ Ȍ Ȃ Ǥ ʹǤ Unbalanced SSFP Ȃ × Ă Ǥ 3. Balanced steady-state free precession ȋ Ȍ – sekwencje × Ă Ǥ Ï steady-state jest znacz Ă Ȃ ǡ ȋ ×Ï ¦Ă ǡ ¸ ä© Ă ä × Ï ȌǤ

Spoiled gradient-echo Spotykane nazwy sekwencji: spoiled ǡ ǡ 1Ǧ SPGR, LAVA.

ǡ ǡ

steady-stateǡ × ¸ Ï 1Ǧ Ă × Ǥ porzecznej Mxy ¸ ä ǣ z gradient wyboru warstwy G , ss z gradient odczytu G , Z z Ƚ Ǥ

13. Sekwencje w obrazowaniu MR

141

spoiler RF (przesunięcie fazy)

Impuls RF spoiler

spoiler

Gradient wyboru warstwy Gradient kodowania fazy Gradient kodowania częstotliwości Odczyt sygnału (odbiornik)

Rycina 13.14.

spoiled gradient-echo.

¸ ȋǷspoilingǳȌ xy Ï Ï Ă 2ǡ Ă © 1-waĂ Ǥ ǡ Ă spoiled ¸ ǡ Ă Ï ȋ Ȍǡ Ï ȋǷä ǳȌǤ * Czym jest steady-state ȋ Ȍǫ W klasycznych sekwencjach spin-echo ¦Ă ¸ ǡ Ă ¦ poprzeczna Mxy Ï Ï Ǥ Ï × ǡ Ï Ă Ǥ steady-state ȋ Ȍ Ï ¦ ¸ ¸ǡ Ǥ z

142

Część II

REZONANS MAGNETYCZNY – fizyczne podstawy zastosowania

Ă × × 1 2 ǡ ¦Ă × © × ¸ Ǥ ǡ ¸ Ă ¦ ¦© × ¸ ¦ǡ Ǥ ǡ ä Ï ¦ ¸ ¦ ǣ Ȍ ǡ ¦ ȋȽȌ ¦ Ï ǡ Ȍ ¸ 1 ȋȰȌ ¦ Ï © × ǣ Ȱn α Ϊ έ Ϊ έ 2. Ï ¦ ¦ × ¸ ȋ ä© Ƿ ǳ Ï × Ă ¸ ¦ Ă ȽȌ czasie 5* 1ǡ × cyklu su ¸ Ǥ Koncepcja steady-state free precession ȋ Ȍ Ï Ă ͷͲǤ ǡ Ï ǡ Ï Ñ ϐ Ǥ ǡ ¸ ǡ Ă Ï ¸ Ă Ǥ Sekwencje steady-state Ă ¦ ǡǡ Ă ǳǡ ¸ Ă Ǥ © ¦ Ï ¸ ¦ ¦ ¸ä ǡ © Ï × ȋ Ă Ă Ȍ © ǡ Ï Ï Ǥ

1 ×Ï ǡ ǡ ¦ ǣ Ï¦ ¸ ¦ ¦

ȋ Ȍǡ ǡ Ǥ phase cyclingǡ × ȋ Ȍ ǡ Ǥ ǡ ȋ ȌǤ

13. Sekwencje w obrazowaniu MR

143