Grundläggande fysik Flashcards Preview

BFM > Grundläggande fysik > Flashcards

Flashcards in Grundläggande fysik Deck (24):
1

Konventionell röntgen

Röntgen - Elektrontäthet

Röntgenstrålning är en typ av fotonstrålning, joniserande elektromagnetisk strålning med kort våglängd (0,01-10 nm) och höga fotonenergier (100 eV - 100keV).
De kortare våglängderna förmår tränga igenom en människokropp, bättre genom vävnad än genom ben.

2

Datortomografi

Datortomografi (DT/CT) - Elektrontäthet

I stället för att sända röntgenstrålning genom kroppen från en enda vinkel, som vid en vanlig slätröntgenundersökning, sänder man röntgenstrålar genom kroppen från flera olika vinklar.

Dessa strålar fångas upp av detektorer som registrerar strålarnas intensitet och sänder uppgifterna vidare till en dator för bildbehandling. Med kännedom om vid vilken vinkel som respektive mätdata har insamlats kan man återskapa en tvådimensionell tvärsnittsbild av objektet genom tillämpning av det som matematiskt kallas filtrerad återprojektion.

Röntgenstrålarna attenueras, det vill säga försvagas, i olika grad beroende på vilken typ av vävnad de passerar igenom. Vävnad med hög densitet försvagar röntgenstrålningens intensitet mer än vävnad med låg densitet.
Den information som registreras datorbearbetas och omvandlas till en tvådimensionell bild som visas på en datorskärm.

3

Datortomografen

– CT / DT / Computed tomography unit / Cat-scan / skiktröntgen
– samlar in ett antal tvådimensionella bilder under ett rotationsvarv

4

Rekonstruktion av bilddata (DT)

– snittbilder av en avbildad patient (olika plan)
– en snittbild = avbildning av patient för en given/vald snittjocklek

5

Datortomografen ger anatomisk bildinformation, goda egenskaper:

– avbilda olika vävnadstyper som ligger nära varandra i densitet
– snabba undersökningar!

6

Röntgenrör och detektor (DT)

– monterade motsatt varandra
– roterar runt patienten som ska avbildas.

7

Röntgenstrålning (DT)

– produceras i röntgenröret
– datortomografens detektor samlar information i många olika projektioner

8

Magnetisk resonanstomografi

Magnetkamera (MR/MRT) - Protontäthet + T1 + T2
MR är en icke-invasiv diagnostisk teknik som bygger på icke-joniserande strålning i radiovågsområdet (typiskt omkring 64 MHz).
MR = magnetisk resonans och betyder alltså inte magnetröntgen!!

9

Fördelar med MR

- Ingen joniserande strålning.
- Överlägsen differentiering mellan olika vävnader.
- Mängder av olika (valbara) kontraster.
- Bilder med hög upplösning.
- Snittorientering kan väljas fritt utan att patienten behöver flyttas.
- Funktionella undersökningar möjliga (flöden, fMRI, spektroskopi).

10

Nackdelar med MR

- Dyrt (dyr utrustning, långa undersökningstider).
- En del kontraindikationer:
- Klaustrofobi
- Vissa metallimplantant
- Pacemaker eller elektronik
- Tex svetsloppor, metallflagor och liknande.

11

Grundläggande MR-fysik: Spinn

- Visa atomkärnor, bland annat H+, har en kvantmekanisk egenskap som kallas spinn.
- Liknas vid att kärnan roterar kring sin egen axel.
- En laddning (H+) som rör sig (spinn) ger upphov till ett så kallat magnetiskt dipolmoment (stavmagnet).

Spinn i externt magnetfält
- Då en kärna med spinn placeras i ett externt magnetfält kommer den att rikta in sig parallellt eller anti-parallellt med fältet.
- Dessutom kommer spinnet att precessera runt i magnetfältets riktning med en specifik frekvens (Larmorfrekvensen som bestäms av fältstyrkan).

Magnetisering
- Då spinnen linjerar sig med fältet så uppstår en svag övervikt parallellt med fältet, ca 1 ppm.
- Denna svaga övervikt ger en resulterande magnetisering som vi kan mäta (nästan).

12

Grundläggande MR-fysik: Mätning

Att mäta en väldigt svag magnetisering i ett väldigt starkt magnetfält
- Eftersom den mycket svaga magnetiseringen ligger parallellt med det starka fältet kan vi inte mäta den direkt.
- Genom att tippa magnetiseringen (excitera) vinkelrätt mot magnetfältet får vi en mätbar signal.
- Excitation utförs genom att lägga på ännu ett magnetfält (B1) vinkelrätt mot huvudfältet (B0).


RF-puls och flipvinkel
- Eftersom spinnen precesserar, måste B1 också snurra med exakt samma frekvens (Larmor) för att resultera i någon tippning.
- B1 är alltså ett radiofrekvent (RF) fält som är på under en kort stund (kallas därför ofta RF-puls).
- Hur länge RF-fältet är påslaget avgör flipvinkel.


Relaxation (signalförlust i mätplanet)
- Efter excitationen strävar spinnen (som alltid) till att uppnå jämvikt, och kommer därför att relaxera mot utgångsläget parallellt med magnetfältet.
Detta kallas T1-relaxation.
- Samtidigt pågår en process där spinnen fasar ur i förhållande till varandra, vilket leder till att magnetiseringen minskar och signalen förloras.
Detta kallas T2-relaxation.

13

MR T1 och T2

T1 viktad bild --> vätska mörk
T2 viktad bild --> vätska ljus
T1 och T2 är tidsparametrar som definieras:
- T1: tiden det tar till att 63% av magnetiseringen återgått i magnetfältets riktning.
- T2: tiden det tar till att 63% av signalen försvunnit i transversalplanet.
- T2 är alltid kortare än T1.

14

Nuklearmedicin

Nuklearmedicin (NM) - Aktivitetsfördelning
- Avbildar fördelningen av radionuklider i objektet
- Radionuklid + bärarmolekyl = radiofarmaka
- Funktionella bilder
- Jämför med röntgen som avbildar objektets förmåga att attenuera röntgenstrålningen

15

Nuklearmedicin Stråldoser

Patienten utsätts för joniserande strålning och stråldoserna varierar (jämförbara med röntgenundersökningar).

- Grupper att ta speciell hänsyn till:
- Barn (lägre aktiviteter)
- Gravida (undersökningen får oftast vänta)
- Ammande (uppehåll (timmar eller dagar) eller avsluta amning, beroende på radiofarmaka)

Vanligaste radionukliderna för nuklearmedicin = Teknetium-99m

16

Nuklearmedicin Skelett scintigrafi

- 99mTc-MDP – metyl difosfonat
- iv injektion → gammakameraregistrering 2-3 h senare
- Ser osteoblastaktivitet
- Ser ”all” förändrad aktivitet i skelettet
- Hög känslighet

17

Nuklearmedicin rCBF SPECT

- 99mTc – HMPAO
- Lipofil substans
- Avspeglar blodflödet i hjärnan 15- 45 sek post inj
- Hjärnblodflödet regleras lokalt → visar funktionen

18

Nuklearmedicin Leukocytscintigrafi (99mTc)

- Inflammatorisk tarmsjukdom!!
- Akut bukabscess
- Appendicit, divertikulit etc.
- Graft infektion
- Ockult feber
- Osteomyelit
Inte möjligt att skilja inflammation från
Infektion

19

Vad gör man med PET/CT?

- Studera tumörmetabolismen med hög känslighet och karaktäriserar vävnad med funktionella parameterar
- Studera hjärnfunktion avseende global funktion och signalsubstanser
- Studera hjärtfunktion och kranskärl

20

Ultraljud

Ultraljud (US) - Impedans

Ultraljud är ljud med frekvens över 20 000 svängningar per sekund (20 kHz), vid medicinska undersökningar används ultraljud med avsevärt högre frekvenser, vanligtvis 2 till 10 MHz.

Vid medicinsk ultraljudsundersökning alstras ljudet av kristaller med piezoelektriska egenskaper.
Sådana kristaller kan omvandla elektrisk energi till mekanisk (ex ultraljud) och omvänt.
Kristallerna kallas därför transducers.

21

Ultraljud Tvådimensionell registrering

Fördelen med tvådimensionell registrering framför den endimensionella är främst att strukturer som ligger bredvid varandra ses samtidigt, vilket gör att det är betydligt lättare att få anatomisk information.

Endimensionella registreringar (M – mode) används dock fortfarande bland annat för mätning av hjärtrummens diameter eller hjärtväggens tjocklek.

22

UL Dopplersonografi

Det är den förändring i frekvens hos elektromagnetisk strålning (ex ljus) eller andra vågrörelser (ljud) som uppstår när källan rör sig mot eller från observatören eller vice versa.

När en ljudkälla rör sig mot oss blir frekvensen högre än när den rör sig från oss, ex sirenen på en förbirusande ambulans.

Om utsänt ultraljud reflekteras från ett föremål i rörelse, ex blodkroppar som strömmar igenom ett blodkärl eller ett hjärtrum, kommer det reflekterade ultraljudet på motsvarande sätt at få en någon annan frekvens än det utsända.
Denna frekvensändring benämns dopplerskiftet.
När ultraljudet reflekteras från blod som strömmar mot ultraljudsgivaren kommer det reflekteras från blod som strömmar mot ultraljudsgivaren kommer det reflekterade ljudet att få högre frekvens än det utsända (positivt dopplerskift) och lägre frekvens om blodet strömmar från givaren (negativt dopplerskift).

Frekvensskillnaden (i kHz) mellan utsänt och reflekterat ultraljud beror i praktiken på endast tå faktorer, nämligen blodets flödeshastighet och vinkeln mellan riktningarna för ultraljudssignal och blodflöde.

Frekvensskillnad (kHz) ≈ v ∙ cos α

Där v är blodets flödeshastighet i m/s, och cos α är cosinus för vinkeln mellan blodflödets och ultraljudssignalens riktning. Denna ekvation är dopplerekvationen.

23

Kontinuerlig och pulsad dopplersonografi

Med den kontinuerliga dopplern sänds och mottas reflekterade signaler kontinuerligt, vilket innebär att registreringar erhålls från alla mätdjup i signalens riktning.

Med pulsad doppler sänder givaren ut mycket korta ultraljudspulser.
Eftersom ultraljudens hastighet i vävnad är känd, kommer reflekterade signaler från ett givet mätdjup tillbaka till givaren en viss tid efter att pulsen har sänts ut (den tid det tar för ultraljud att passera från givaren till det givna mätdjupet och tillbaka).

Med pulsad teknik kan man inte mäta höga flödeshastigheter.
När flödeshastigheten överstiger en viss gräns blir frekvensändringen så stor att den uppfattas som ett flöde åt motsatt håll.
Detta fenomen kallas vikningsdistorsion men oftast används engelska termen aliasing.

Ju djupare mätstället ligger, desto lägre blir den flödeshastighet vid vilken vikningsdistorsionen inträffar. Detta medför att gränsen för mätbara flödeshastigheter blir lägre ju djupare samplingsvolymen placeras.

I hjärtat som ligger relativt djupt, är den pulsade dopplern oanvändbar för detta ändamål, eftersom aliasing uppträder redan vid relativt låga flödeshastigheter.

Användning av kontinuerlig doppler är därför nödvändig vid hjärtundersökningar.
Den pulsade dopplern är däremo värdefull vid lokalisation av patologiska flödessignaler, ex vid insufficienta klaffar, eftersom samplingsvolymen kan placeras exakt i det misstänkta området.

24

UL Imaging methods

A mode (amplitude modulation)
The amplitudes of the echoes are displayed as a function of depth.
B mode (brightness modulation)
The echoes are displayed as pixels with a gray scale depending on the amplitude.
M mode (motion mode)
Brightness mode with an added time scale to follow movement.