Bildgebende Modalitäten und Technik der Bilderzeugung Röntgenthorax Thomas M Deserno Institut für Medizinische Informatik Skelettradiographie Skelettradiographie Mamographie (Weichstrahltechnik) Durchleuchtung mit Kontrastmittel
Digitale Subtraktionsangiographie (DSA) DSA Füllbild Tomographie Tomographie Fulkrum Digitales Röntgen R (Digiscan( Digiscan) Computertomographie (CT)
CT Topogramm (Übersichtsbild) Magnetresonanztomographie (MR) MR MR Funktionelle Volumendaten MR (morphologische Daten)
PET (funktionelle Daten) Fusion (morphologisch + funktionell) Ultraschall Sektorscan Ultraschall Sektorscan mit Piktogramm Ultraschall Sektorscan mit Notation Ultraschall Linearscan mit Pictogramm
Ultraschall gepulster Doppler Ultraschall kontinuierlicher Doppler Ultraschall Farbdoppler Fotographie Naevi Melanom Endoskopie Weitere optische Bildgebung Laryngo... Broncho... Gastro...... Mikroskopie Optisch (fokal, confocal) Elektronisch (Rastermikroskop) Auch als Film Histologie Gefärbte Gewebeschnitte Scanning Laser Ophthalmoskopie (SLO) Fundusbilder
Technik der Bilderzeugung Bohrsche Atommodell Röntgenstrahlung Erzeugung Interaktion mit Gewebe Radiologische Modalitäten ten Magnetresonanztomographie Bildgebung mit Ultraschall Bohrsches Atommodell Elementarteilchen Masse Ladung Proton 1 1 Neutron 1 0 Elektron 0-1 Positron 0 1 Elektronen auf Schalen Erzeugung von RöntgenstrahlungR Beschuss der Anode mit Elektronen Röntgenspektrum Charakteristische Strahlung Bremstrahlung Wechselwirkung mit Anodenatomen Hülle (Anregung von Atomen) Kern (Impulsänderung des Elektrons) Quantenspektrum von Wolfram (120kV) Festanodenröhre Beamhardening (Strahlenaufhärtung) rtung)
Drehanodenröhre hre Strahlenaustrittsfenster Prinzip der RöntgenbildaufnahmeR Bildqualität Röntgenquelle Größ öße e des Brennfleckes Energie und Spektrum der Strahlung Aufnahmegeometrie Abstand Quelle und Detektor Abstand Patient und Detektor Aufnahmedauer Konstanz der Strahlung Effizienz des Detektors Photonenausnutzung (DQE) Signal/Rausch-Verh Verhältnis (SNR) Übertragungsfunktion (MTF) Wechselwirkung mit Materie Streustrahlenraster Hülle Absorption Streuung kohärent (Thomson) inkohärent (Compton) Kern Absorption (Paarbildung) Absorptionsgesetz:
Beispiel RöntgenR 1896 Wilhelm Conrad Röntgen R erstes publiziertes X-StrahlenbildX life angefertigt vor der Physikalisch-Medizin. Ges. WürzburgW Seit 1895: Bilderzeugung (Röntgenbild) Statische RöntgenbilderR 1896 1934 Radiologienetz.de Deutsches RöntgenmuseumR Penn State University Seit 1895: Bilderzeugung (Röntgenfilm) Fluoroskopie bzw. Durchleuchtung 1901 1973 Deutsches RöntgenmuseumR Röntgenbildgebung Hartstrahltechnik Luft Weichteile Knochen Weichstrahltechnik Mammographie Kontrastmittel Blutgefäß äßdarstellung (Angiographie( Angiographie) Magen / Darm / etc. Nachteile keine Abbildung von Bewegungsabläufen ufen keine Volumendarstellung Penn State University Computertomographie CT Prinzip der CT Bildrekonstruktion
Hounsfield Einheiten Seit 1972: Bilderzeugung (CT) Godfrey N. Hounsfield: : Computertomographie Aufnahmedauer pro Schichtbild 1974 300 s (5 min) 1994 0,72 s 2004 0,005 s (Spiral-CT) 64 Schichten / Rotation á 0,33 s Auflösung in Pixel 1974 80 x 80, Schichtdicke 10 mm 1994 512 x 512, Schichtdicke 0,8 mm 2004 1024 x 1024, Schichtdicke 0,4 mm Ganzkörper rper-scan ohne Umlagerung Seit 1972: Bilderzeugung (CT) Seit 1972: Bilderzeugung (CT) Geräte 1974 1981 Bilder 1974 1994 Interventionelle Computertomographie Kernspin und Präzession Larmortheorem Präzessionsfrequenz hängt nur von Feldstärke ab
Makroskopische Magnetisierung Relaxation MRI physics Example: The Spin-Echo Sequence Here, the image contrast is manipulated by echo time, TE, and repetition time, TR (as set in the sequence). MR - Messgröß ößen Spin-Gitter Relaxationszeit (T1) Spin-Spin Relaxationszeit (T2) Protonendichte M 0 weighted TE << T 2 TR >> T 1 T 1 weighted TE << T 2 TR T 1 T 2 weighted TE T 2 TR >> T 1 MR-Messung Messung MR-Volumenrekonstruktion Anregung nur möglich m mit Larmorfrequenz Feldgradient in x-richtung: x Scheibe Feldgradient in y-richtung: y Linie Rekonstruktion wie beim CT
MR-Anlage mit supraleitenden Magnet Interventionelle MRT Beispiel: VR-gest gestützte tzte Chirurgie Virtuelle Realität Minimal- invasive Chirurgie Harvard Medical School, Boston Seit 1940: Bilderzeugung (Ultraschall) Messung der Laufzeit reflektierter Schallimpulse 1940 Karl T. Dussik: Hyperphonographie Darstellung der Seitenventrikel Seit 1940: Bilderzeugung (Ultraschall) Messung der Laufzeit reflektierter Schallimpulse 1940 Karl T. Dussik: Hyperphonographie Darstellung der Seitenventrikel 1956 Donald & Brown: Kontaktbildgebung Schallkopf direkt aus der Haut 1965 : Vidoson mechanischer Parallelscanner (14 cm) Echtzeit (16 Bilder / s) Deutsche Gesellschaft für f r Ultraschall in der Medizin (DEGUM) Nicht-invasive invasive Bildgebung Beispiel: Prenataldiagnostik 1965 Siemens Vidoson (2D Linearscan) Beispiel: Prenataldiagnostik 1977 Kretz Combison (2D Sektorscan) Mechanischer Trommelscanner DEGUM Joseph Woo, Hong Kong
Beispiel: Prenataldiagnostik 1981 General Electric Diasonic (2D) Piezoelektrischer Sektorscanner Beispiel: Prenataldiagnostik 1998 Siemens Sonoline (2D) Wikipedia.de General Electric Joseph Woo, Hong Kong Beispiel: Prenataldiagnostik 1998 Kretz Technik (3D) Beispiel: Prenataldiagnostik 1998 Kretz Technik (3D) Medison,, Korea Najeeb Layyous, Jordanien Najeeb Layyous, Jordanien Najeeb Layyous, Jordanien Beispiel: Prenataldiagnostik 2003 General Electric Voluson (4D) General Electric, USA Najeeb Layyous, Jordanien