Avbildningsmetoder

Niklas Marklund, överläkare, docent Neurokirurgiska Kliniken + enheten för Neurokirurgi

Niklas Marklund- Uppsala, 2015

Tekniker

• Slätröntgen, ”konventionell” röntgen, • Datortomografi • Magnetresonanstomografi • PET, SPECT, Scintigrafi • Ultraljud • Angiografier (kärlröntgen; kombination av

flera av dessa tekniker)

Upplägg föreläsningar

• Genomgång av teknikernas fördelar och nackdelar (viktigast) – Målsättningen är att ni ska få en basal förståelse

för samtliga tekniker – Målet är också att ni ska få en känsla för vad som

är möjligt och vad som kanske är orealistiskt i utredningsväg

– Utredningsvägar vid några sjukdomar – Allmän översikt av en icke-radiolog

Joniserande strålning Icke-joniserande strålning (?) (kort våglängd, höga energier) Slätröntgen, datortomografi 10-10m Ultraljud Nuklearmedicin- gammastrålning 10-12m MR-elektromagnetiska fält

Röntgenabsorption- slätröntgen, ”enkel” röntgen - datortomografi Radiovågor from atomkärnor- MRT Tracerkoncentration (tracer= ”spårämne”) -PET, SPECT, Scintigrafi Skillnader i akustiskt impedans- ultraljud

”Röntgen”

Slätröntgen, ”enkel röntgen”, ”konventionell röntgen”

Upptäcktes av William Conrad Röntgen 1895 som forskade på ”X-Strahlen” och fick första nobelpriset 1901.

Är joniserande elektromagnetisk strålning, fotoner, med kort våglängd (5pm-10nm) och hög energi. Strålningen absorberas av vävnader, bättre i ben än i mjukdelar och en bakomliggande digital detektor (finns ju knappt fotografisk film längre) registrerar mängden strålning.

Ger ”platta”, tvådimensionella bilder. Relativt ringa information/datamängd per bild. Behövs ofta två projektioner (en frontal- dvs rakt framifrån och en lateral- från sidan)

Röntgenstrålning skapas då elektroner accelereras i vakuum mot exempelvis ett platta av volfram (eller molybden). När elektronerna uppbromsas av atomkärnor i anoden, uppstår röntgenstrålning av olika våglängder beroende på grundämnet i anodmaterialet. Densitet/tjocklek av undersökt vävnad avgör hur mycket strålningen (fotonerna) bromsas upp och skapar en “skugga” som registreras. Luft bromsar inte upp fotonerna och ses som svart på bilden- och ger bra kontrast! Skelett har högre densitet och högre uppbromsande effekt vilket blir vitt på bilden

Röntgenrör

Endast en liten del av den tillförda effekten blir strålning av önskad våglängd, 1%, resten blir värme. Strålningen avtar med kvadraten på avståndet Energin i strålningen relaterad till spänningen (100kV= som mest 100keV). Antalet fotoner relaterad till strömstyrkan. Låg energi ger högre kontrast- fotoner mer känsliga för uppbromsning i kroppen- mer strålning i kroppen längre tid. Blir energing Hög energi mindre uppbromsning, lägre stråldos till patienten, sämre upplösning. Om strömmen ökas- fler fotoner (ungefär som fler pixlar) och bättre upplösning men mer strålning till patienten

Mer slätröntgen

Applikationer för slätröntgen

• Skelett, leder,brosk- FRAKTURER! Kontroller efter operation, läge av implantant, skruvar etc. Tänder. Metaller

• Lungor (förtätningar, stasade kärl) • Bukundersökningar- buköversikt • Under behandlingar, injektioner, operationer

Slätröntgen

+ Snabb, billig, enkel Bra för skelett (frakturer),

felställningar, artros Lättillgänglig, kan

användas under operation eller för injektioner/behandling

- Dålig mjukdelskontrast

och detaljrikedom ”Allt projiceras på

vartannat” 3D-verklighet blir till 2D-

bild och information förloras

Strålningsrisk

CT/CAT/DT/Datortomografi Tomografi- avbildning eller indelning i skikt/snitt

Mäter täthet Lägesbestämmer

Snabb utveckling senaste åren Standardmetod vid stora trauma Med och utan kontrast Bra för kärlröntgen (till stora

delar tagit över från konventionell, ”klassisk” angiografi)

• Bra anatomisk detalj • 3D-rekonstruktioner

http://www.physicscentral.com/

• Vid CT roterar röntgenröret

• Absorptionen mäts punktvis i ca 500-900 detektorer

• Fotoner omvandlas till elektrisk energi och bilden räknas ut matematiskt

Hounsfield units vid datortomografi

• Ett mått på tätheten, uppbyggda av 4096 gråtoner • Kalibreras till luft och vatten Vatten =0 (likvor + 15) Luft: -1000 Ben: +1000 (700-3500) Fett: -500 Vit substans: +20 - +30 Grå substans:-37 - +45 Vid hjärnundersökning är färskt blod vitt

Fönstersättning

”Vanligt” hjärnfönster Benfönster ”Centrum” på skalan (fönsternivå) väljs utefter förväntad attenuering på det organ som ska Undersökas, bredden på fönsternivån avgör kontrast (allt utanför fönstret blir svart eller vitt)

Datortomografi

+ Snabb, blir allt

snabbare. Bra för trauma

Bra för anatomisk lokalisation

Kan användas för punktioner/

behandlingar

- Strålningsrisk Kontrastmedlen

medför risker Känslig för artefakter

från tätt ben, metall etc.

Rörelsekänsligt Dyrt

Kontrastmedel DT • Kontrast kan förbättras med kontrastmedel

(luft/gas!, barium (tarm, matstrupe), jod (exv. angiografier)). Ofta höga atomnummer/atommassor, bromsar röntgenstrålningen bättre

• Vattenlösliga (urografier, angiografier, för DT etc) är ofta jodbaserade

• Ej vattenlösliga, exempelvis Barium, kan blandas med luft

Risker kontrastmedel

• Viktigast är de vattenlösliga/jodbaserade • Allergier (tidiga eller sena) kan bli mycket

allvarliga • Njurpåverkan ses i upp till 12% av alla som

genomgår DT med kontrast, kan bli allvarlig. Patienter med atheroscleros, diabetes, hypertoni, njurpåverkan etc har högre risk

• Bör inte ges till diabetiker som står på Metformin (om man ”måste” utföra rtg med kontrast- sätt ut Metformin i några dagar)

Lite om strålning

1 Gray= 1 J/kg, absorberad strålningsenergi/ Massenhet Hög absorberad dos- ökad risk 1 Sievert= ”effektiv” dos, och tar hänsyn till antalet doser till varje organ och deras strålkänslighet Risk för cancer: 3-4%/Sv vuxna, 10-20%/Sv små barn(?

Röntgenundersökning Dos (mSv)

Extremiteter 0.02/bild

Lungrtg 0.1

DT hjärna 2

DT buk 10

Intervention 10-100

Scintigrafi 3.4

PET/CT 8

Cancerrisk under livet för en undersökning har beräknats till 1/10 000 för DT hjärna, 1/1000 för DT buk Fosterrisk: >100 mSv/år (300) Hudrodnad: 2000 mSv/år Hudskada 20 000 mSv Röntgen 200 nya cancerfall/år??

Dos vid olika undersökningar

Bakgrundsstrålning - 1 mSv/år

MR

-Magnet -Radiofrekvenssändare och mottagare -Gradientsystem (skapar kontrollerade variationer i magnetfältet) -Dator Starka magnetfält (1.5-3 Tesla) kräver supraledande tekniker med nedkylning i flytande kväve.

MR-fysik ”for dummies”

• Atomkärnor med udda antal protoner har magnetiska egenskaper, ett ”spinn”

• Väte vanligast, de ställer in sig i relation till det utifrån kommande magnetfältet

• En radiofrekvens (RF) skickas in i det undersökta objektet vilket vrider väteatomernas magnetfält. När RF avslutas (relaxation) återgår väteatomerna till sitt ursprungliga läge.

• På grund av induktion avges svaga radiosignaler som kan insamlas och analyseras av dator

Mer MR-basics

• Gradientsystemet (svagare magnetfält i tre olika riktningar) möjliggör bildframställning (Nobelpriset 2003).

• Bild avgörs mest av vattenhalt och oregelbundenheter i magnetfältet beroende på vattenmolekylernas omgivning

• En MR-sekvens skapas av variationer i RadioFrekvensen och gradientsystemet och kontrastmedel kan läggas till

MRT + Fantastisk

mjukdelskontrast Bra för anatomisk

lokalisation, 3D, projektioner

Ger möjlighet att karakterisera vävnaden (fett, vätskeinnehåll, olika ämnen med spektroskopi)

- Känslig för artefakter från

metall Inte bra på att avbilda ben Rörelsekänsligt och ännu

ganska långsamt Dyrt Cellskräck för patienten

(trångt, mörkt, låter) Njurpåverkan (med

kontrast)

Kontrastmedel MRT

• Indelas i paramagnetiska (vanligare, exv. Gadolinium) eller superparamagnetiska (exv. för leverundersökningar)

• Används vanligen med T1 och T2-viktade undersökningar

• Risker är njurpåverkan (nefrogen systemisk fibros) • Undvikas under graviditet, OK vid amning

PET Research Centre – molekylär bildframställning

• Positron Emissions Tomografi (PET) är en teknik som använder non-invasiva tracers som är kortlivade, positron-utsöndrande radionuklider som avbildar biokemi och fysiologi i kroppen

-kan användas till klinisk diagnostik och forskning

Bilder från Gunnar Antoni, PET-centrum

Cyklotron Radionuklid produktion

Radiokemin PET-tracer produktion

PET-CT kamera in vivo molekylär bildbearbetning

Data analys diagnos

Kombinerad PET och DT! Bilder från Gunnar Antoni, PET-centrum

• PET och radioaktivitet–

[14C]methionine T1/2= 5730y [11C]methionine T1/2= 20 min

14C 14N + β-

11C 11B + β+

Båda radionuklider sönderfaller med utsöndring av beta-partiklar 14C β- = elektron 11C β+ = positron (=elektronens antipartikel)

Varken elektronen eller positronen kan penetrera vävnader och kan inte analyseras av detektorer

Hur kan vi då använda [11C]methionine i PET-kameran?

Var kommer [11C]methionine signalen ifrån? Bilder från Gunnar Antoni, PET-centrum

För- och nackdelar PET + Ger information om vävnad

bortom en ”vanlig” bild, dvs bättre funktionell information

Bra forskningsmetod Bra för att leta metastaser,

upptag och ämnesomsättning specifik för vissa sjukdomar

- Dyrt och ”tungrott” Finns enbart på vissa centra Dålig upplösning Svår efterbearbetning av

bilder och dess tolkning Strålning

Scintigrafi Vid scintigrafi upptas en injicerad tracer i relevant organ och avger gammastrålning som lätt fångas upp av detektorer (gammakameran) Vanliga användningsområden är: - Skelettscintigrafi (Teknetium 99m en vanlig tracer) Förekomst och utbredning av skelettmetastaser. Misstanke på frakturer som inte syns på DT eller slätröntgen Misstanke på ben infektioner (osteomyelit). - Myocardscint (thallium)- hjärtischemi, genomblödning i hjärtmuskel - Lungscintigrafi- genomblödning, exv. Vid misstanke om blodproppar i lungor Njure, thyroidea (radioaktivt jod), matstrupe etc går att undersöka med scintigrafi

SPECT • Single-photon emission computed tomography, ”Poor man´s PET” • Samma detektering som vid scintigrafi med gammakamera där

data insamlas och rekonstrueras som vid DT då gammakameran roterar runt patienten

Exempel på tracers -Technetium 99m -Jod123 -Gallium 67

Användningsområden Tumörer/metastaser Alzheimers sjukdom Infektioner Hjärtsvikt, hjärtsjukdomar

För-nackdelar SPECT och scintigrafi

+ • Känsliga för sjukliga

förändringar i ett tidigt skede av sjukdomen

• Funktionell information • Relativt billigt

- • Strålning • Dålig upplösning • Långsamt

Ultraljud Inga säkerställda biverkningar när det används för diagnostik •Örat hör 20-20 000 Hz, alla frekvenser över det kallas ultraljud •2.4 Mhz-20 mHZ används vanligen i medicinsk diagnostik, 2.5-5 Mhz för buk och hjärta •Hastigheten i vävnad >1500 m, dvs mycket högre än i luft. Upplösningen beror på frekvens och ultraljudstrålens bredd. Ultraljudspulser utsänds och ekon registreras, oftast som sektorformad bild. 3D-ultraljud finns numer. Doppler reflekterar hastigheter

Användningsområden ultraljud

• Undersökning av gravida, fosterundersökning • Hjärta (”hjärt-EKO”) • Bukorgan (gallvägar! Lever, pankreas) • Vaskulärt (halskärl, bukaorta, perifera kärl) • Punktioner och vid operationer • Nerver?

Ultraljud + Ofarligt och billigt Bra för screening av foster,

aneurysm etc. Bekvämt för patienten Kan påvisa flöden exv. i kärl Kan användas för punktion,

injektioner och under operationer

Valfri snittriktning Ej invasivt

- -litet område undersöks i

taget -skelett och gas (och fett)

skymmer, genomträngligheten begränsad

- användarberoende -(personalkrävande)

Kontrastmedel ultraljud

• Ökar signalen med 300 ggr • Ges vanligen intravenöst • Mikroluftbubblor som är mindre än 8-10

mikrometer stannar strikt i blodbanan i flera minuter

• Används mest/bäst vid leverundersökningar men även vid hjärtundersökningar

Avbildning av blodkärl (angiografier)

DSA (Digital subtraction angiography) CT-angiografi MR-angiografi

Ultraljud av blodkärl med/utan doppler

NACKDEL FÖRDEL RISKER

DSA (the golden standard)

Risker, strålning, kontrast

Hög precision Stroke, död

MR-angiografi Kontrast, patient-faktorer

Hög precision Njurpåverkan

CT-angiografi Strålning, kontrast, förkalkningar/metaller/ben

Tillgänglig Njurpåverkan

Ultraljud Förkalkningar Användar- beroende

Smidig, tillgänglig

inga

Olika angiografi-metoder