B i o D a t G r o u p

Lékařské přístroje

Diagnostické Terapeutické (včetně implantabilních)

Invazivní Neinvazivní

Krátkodobé snímání Dlouhodobé monitorování (Holter, JIP,…)

Podle charakteru měření Jednotlivé údaje (tonometr, váha, …) Více údajů (spirometr, bioimpedance) Jednorozměrné signály (EKG, EEG, EOG, EMG…) Zobrazovací (2D), případně s 3D rekonstrukcí

B i o D a t G r o u p

Zobrazovací systémy

zdroj energie spektrum viditelného světla rtg záření infračervené záření zvuk

výsledek - obraz fotografie zobrazení na monitoru možnost počítačové 3D rekonstrukce

úloha zobrazování v medicíně diagnostika plánování léčby léčba podporovaná obrazovou informací hodnocení odezvy na léčbu odhad prognózy komunikace, výuka, výzkum

B i o D a t G r o u p

Diagnostika (1)

viditelné světlo oftalmologie (retinální fotografie) dermatologie (studium kožních projevů) patologie (mikroskopie) endoskopie

zvuková energie - forma ozvěny od interních struktur přeměna zvukového signálu na obrazový - ultrazvuk kardiologie (echokardiografie) interní lékařství (orgány v dutině břišní, štítná žláza) gynekologie využití Dopplerova jevu (posun frekvencí zvukového signálu) hodnocení průtoku krve orgány a hlavními cévami

B i o D a t G r o u p

Diagnostika (2)

rtg záření radiografické a CT obrazy většiny částí těla princip - rozdílná absorpce rtg paprsků různými tkáněmi - různé hustoty -

různé zobrazení normálních a abnormálních struktur nukleární medicína

emise izotopů radioaktivních částic zobrazení - výsledek rozdílné koncentrace radioaktivně označených molekul

v různých tkáních zobrazení magnetickou rezonancí - fluktuace energie určitých atomových jader

(primárně vodíku) - uspořádána v magnetickém poli a následně narušena kolmým radiofrekvenčním impulsem

sledované parametry hustota protonů rychlost, se kterou se jádra vracejí do uspořádaného stavu rychlost ztráty fázové koherence poté, co je impuls měřen v různých

kombinacích, závisejících na konfiguraci zařízení a sekvencích impulsů odlišnost v různých tkáních díky různým koncentracím atomů vodíku

B i o D a t G r o u p

Hodnocení a plánování

hodnocení stavu pacienta ve vztahu k vývoji nemoci (např. určení stádia rozvoje nádoru)

reakce na léčbu odhad prognózy

analýza stavu srdce - hodnocení velikosti a pohybu srdce - echokardiografie ultrazvuk - hodnocení velikosti plodu a jeho růstu a vývoje počítačová tomografie - pro určení chirurgického zákroku nebo radiační terapie radiační terapie - přesné výpočty konfigurace ozařovacích paprsků -

maximalizace dávky do nádoru, minimalizace absorpce v okolních tkáních plánování chirurgického zákroku - využití 3D zobrazení z CT nebo MRI pro

nalezení nejvhodnějšího postupu

B i o D a t G r o u p

Řízení

Řízení procedur využití obrazové informace jako řídicí informace v reálném čase např. metody virtuální reality - superpozice chirurgova pohledu na zobrazení

v projekci ukazující abnormalitu endoskopická a minimálně invazivní chirurgie

výhled do budoucnosti teleprezence telerobotika

B i o D a t G r o u p

Komunikace, vzdělávání, výzkum

komunikace obrazy - důležitá informace pro lékaře - součást multimediálních

elektronických zdravotních záznamů vzdálené prohlížení, interpretace a konzultace - teleradiologie, telepatologie,

teledermatologie - telemedicína

vzdělávání zobrazování a zejména intepretace obrazové informace knihovny případů, tutoriály, atlasy, 3D modely,… využití virtuální reality pro nácvik např. v endoskopii, chirurgii přenosy operací

výzkum strukturální modelování DNA a bílkovin, včetně 3D konfigurací buněčná biologie funkční mapování

B i o D a t G r o u p

Základní pojmy a parametry

digitální obraz - bitová mapa pixel - reprezentuje intenzitu dostatečně malé 2D oblasti (čtverec) voxel - objemový element (krychle), intenzita 3D oblasti

parametry kvality prostorové rozlišení - ostrost obrazu

• říká, jak dobře daná zobrazovací modalita rozlišuje body na objektu, které jsou blízko u sebe

• počet pixelů na plochu obrazu rozlišení kontrastu

• říká, jak malé rozdíly v intenzitě jsou ještě rozlišitelné• vztah k měřitelným parametrům• počet bitů na pixel

časové rozlišení• říká, kolik času je potřeba pro vytvoření obrazu• aplikace v reálném čase - taková zobrazovací metoda, která vygeneruje

minimálně 30 obrazů za 1 sekundu

B i o D a t G r o u p

Další parametry

specificky relevantní k zobrazování

velikost rizika pacienta stupeň invazivnosti dávka ionizačního záření stupeň pacientova nepohodlí velikost (přenosnost) zařízení schopnost zobrazení fyziologické funkce a anatomické struktury finanční náročnost procedury

B i o D a t G r o u p

RTG přístroje

konvenční radiografie obrázky anatomické struktury - stínové - založené na absorpci rtg záření jas bodu na obrázku - vztah k intenzitě rtg paprsku v daném bodě zvýšení kontrastu - absorbéry rtg záření např. barium - používané při zobrazování gastrointestinálního traktu

rtg záření - elektromagnetické vlny - pro medicínu energie 5 - 150 keV

negativní vliv na zdraví - co nejnižší dávky

B i o D a t G r o u p

Rentgenka (1)

standardní zařízení pro generování rtg záření - rtg elektronka s rotační anodou elektrony

urychlovány ve vakuu od katody k anodě emitovány vinutím připevněným na katodě uvolňovány při ohřevu vinutím procházejícím proudem

B i o D a t G r o u p

Rentgenka (2)

po dopadu na anodu: přeměna v tepelnou energii malé množství elektronů přeměněno na rtg záření

• zpomalení nabité částice způsobí emisi elektromagnetického záření -široká, kontinuální distribuce energie, počet rtg paprsků relativně malý na vyšších energiích, vyšší na nižších energiích

• urychlený elektron dopadne na atom na anodě a vyrazí vnitřní elektron z atomu - velký počet rtg paprsků na několika diskrétních energiích, závislých na materiálu povrchu anody

např. molybden - v mamografických rentgenkách - energie 20 keV

nízkoenergetické rtg paprsky - nežádoucí - zátěž pacienta, ale nepřispívají k obrazu - téměř úplně absorbované

redukce - pomocí vrstvy absorbéru ideální - bodový zdroj větší zdroj - rozmazání konečného obrazu zaostření - pomocí elektrických polí určených přesným tvarem katody

B i o D a t G r o u p

Generátor

dodává napětí a proud pro rentgenku řídí napětí katoda-anoda vyšší napětí generuje rtg paprsky, které procházejí hlouběji, ale dávají méně

kontrastní obraz

maximální keV, mA a sec pro expozici - manuální nastavení podle odhadu anatomie

napětí anoda-katoda - 15 - 150 kV

B i o D a t G r o u p

Detekce obrazu

nejběžnější - světlo-citlivý negativní film

vlastnosti kontrast rozsah - schopnost vytvořit použitelný obraz při širokém rozsahu vstupních

úrovní světla rozlišení - schopnost zobrazit malé objekty

standardní využití - pro statické snímky

fluoroskopie - zesilovače rtg obrazu spolu s televizní kamerou fluoroskopické snímky - pro on-line zobrazování např. při zavádění katetru do

cév při angiografii

B i o D a t G r o u p

Základní struktura zesilovače rtg obrazu

B i o D a t G r o u p

Angiografie

diagnostický a čím dále častěji i terapeutický nástroj projekční radiografie princip - radioaktivní kontrastní látka vstříknutá do příslušných cév - série

snímků sledující průtok kontrastní látky

B i o D a t G r o u p

Mamografie

rtg zobrazovací procedura pro vyšetřování prsu detekce a diagnostika rakoviny prsu prechirurgická lokalizace podezřelých oblastí a při navádění jehly při biopsii

4 typy znaků charakteristická morfologie nádorové hmoty mikrokalcifikace narušené uspořádání textury normální tkáně asymetrie mezi odpovídajícími oblastmi na obrazech levého a pravého prsu

B i o D a t G r o u p

Mamograf

B i o D a t G r o u p

Geometrické uspořádání

B i o D a t G r o u p

Digitální mamografie

optimalizace každé operace - získání obrazu, zobrazení, ukládání získání obrazu - nízkošumové, vysoce lineární detektory rtg záření

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (1)

velký počet měření průchodů rtg paprsků tělem - projekční data matematické metody pro rekonstrukci CT obrazů z projekčních dat

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (2)

generace CT 1. generace - geometrie

rovnoběžných paprsků 2. generace - kuželový

paprsek, násobné detektory 3. generace - kuželový

paprsek, rotující detektory 4. generace - kuželový

paprsek, fixní detektory 5. generace - skenující

elektronový paprsek

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (3)

typické CT obrazy - mozek, hlava, hrudník s plícemi, břicho

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (4)

hlavní komponenty CT 4. generace

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (5)

schematická ilustrace ultrarychlého CT systému 5. generace

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (6)

zdroj rtg záření (s výjimkou 5. generace) zpomalení nabité částice způsobí emisi elektromagnetického záření - široká,

kontinuální distribuce energie, počet rtg paprsků relativně malý na vyšších energiích, vyšší na nižších energiích

výkon - 120 kV při 200 až 500 mA - energetické spektrum záření 30-120 keV vysokofrekvenční generátory - 5-50 kHz

detektory rtg záření vysoká efektivita - minimalizace radiační dávky velký dynamický rozsah velmi stabilní v čase necitlivé na změny teploty uvnitř zařízení pevnolátkové detektory detektory s ionizovaným plynem

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (7) - detektory

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (8)

využití v diagnostice i terapii př. terapie - léčba plicního tumoru - stereotaktická radiační terapie

B i o D a t G r o u p

Počítačová tomografie (9)