tıbbi görüntüleme teknikleri

TIBBIGRNTLEME

TEKNKLER

Erturul Y AZGAN(')f':')Prof. Ur., stanbul Teknik niversitesi, ElektrkElektronik Fakltesi

GR

TIBB grntleme tekniklerinikronolojik bir sralamaya koyarsak; 19. yy sonlarna doruretinann incelenmesi (optalmoskop) ve ilk yars iinde X nlgrntleme sistemlerinin geliimi,

ikinci yarsnda nkleer grntlemeteknikleri, X nl bilgisayarl tomografi, ultrasonik grntleme dzenleri, nkleer magnetik rezonansgrntleme dzenleri ve dijital radyografidir. Gnmzde halen ariyon radyografisi, mikrodalga veelektriksel empedans tomografisi degelime aamasndaki grntlemeteknikleridir.

Grntleme amacyla kullanlanyntemlerin ounda elektromagnetik, parack veya akustik radyasyondan bir tanesi kullanlr. Biyolojikyapdan geen radyasyon alannnzaman ve/veya uzaydaki deiiminin belirlenmesi sonucu i yap ileilgili bilgi edinilebilir.

Medikal grntleme amacyla kullanlan teknikleri temelde iki grubaayrmak mmkndr.

1 Hastann ilgilenilen blgesi birradyasyon ile aydnlatlr. Radyasyon hastann anatomik yaps ile etkileir. Etkileimden sonra radyasyon iddeti dalmnnbelirlenmesiyle grnt elde edilir.

2 Hastann ilgilenilen organnn yaynlanan bir radyasyonunun dalm hasta dnda yaplan lmleryardmyla grntlenir. Radyasyonvcuttan doal olarak yaylan radyasyon olabilir (rnein termal radyasyon) veya nkleer tpta olduugibi yapay olarak oluturulmu olabilir.

RADY OLOJDE KULLANILANGRNTLEME Y NTEMLERKlasik Radyografi

Klasik radyografi, X nlarnn deiik ortamlarda deiik oranlardasourulmas zelliinden yararlanr.Bir Xm reten tpn oluturduuXn demeti vcut ierisinden geerken katettii ortamn fiziksel younluu, atomik yaps, Xnnnenerjsi ve katettii yola bal olaraksourulur ve sanma urar. Vcu

390 E L E K T R KM H E N D S L

ekil 1. Klsik radyografi teknii

Istc otclltr o

rlamanKatoda. \

rhiyK,|,(

~~*|\ Anod )t i *

X j n (a )

ekil 2. Sabit anodlu Xn tp

ekil 3. Dner anadlu Xn tp

ekil 4. Radyografk grntleme sisteminin blok diyagram

du geen Xnlar, Xnlarna duyarl bir film zerine drlmelerihalinde bir grnt oluur (ekil 1).Bu grnt boyutlardan bir tanesininyok olmas nedeniyle vcudun grntlenen i yapsnn bir glgesidir. Bu nedenle elde edilen sabitgrntye "glge resim" ad verilmektedir.

Byle bir grntleme sisteminin ennemli paralarndan biri Xnretecidir. rete olarak kullanlanbu tplerde, vakum ierisinde hzladrlan elektronlarn anoda arptrlmalar sonucu Xn elde edilir.Elde edilen Xnnn zellikleri hzlandrma geriliminin, akmn ve nlama sresinin deitirilmesiyleayarlanr. Elektronlar, flaman yardmyla stlan bir katod yzeyindenyaynlanr. Bir Xn tpnn kk bir sabite; I, akm; t zaman ve V detpn anod ve katoduna uygulananhzlandrc gerilim olmak zere,

Q= kltV2 (miliamper. saniye) (1)bantsyla verilmitir. BalangtaXn tpleri tamamen statik biryapda oluturuluyordu (ekil 2).Tpe verilen enerjinin % 99'ununsya dnmesi nedeniyle soutmaproblemlerini azaltmak amacylagnmzde Xn tpleri dneranodlu olarak imal edilmektedirler(ekil 3). Bu zmleme elektronlarn apod zerinde arpt nokta birerit haline getirilmitir. Anodundnmesi cam tpn dndan uygulanan bir demeti ekillendirilir.

Bir radyografik grntleme sistemiekil 4'de gsterildii gibi drt niteden olumaktadr.

1 ok ulu A.C. ototransformatr:Deiik uygulamalar iin gerekli farkl gerilimlerin elde edilmesine olanak salar.2 Flaman devresi transformatr:Katot flamannn beslemesini salar. Flamana verilen gcn deitirilmesi ile flaman ss ve dolaysylaXnlarnn toplam enerjisi kontroledilebilir.

3 Yksek gerilim devresi transformatr ve dorultma devresi: Katottan kan elektronlarn anodadoru hzlandrlmalar iin gerekli

3 9 0 E L E K T R .KM H E N D S L

olan D.C. yksek gerilimi salar.Yksek gerilimin ayarlanmasyla toplam Xn enerjisi deitirilebilir.4 Xnn reten Xn tp: Xnlarnn olumasn salar.Fluoroskopik grntleme

Fluoroskopide incelemenin uzun birsre boyunca yaplm olmas nedeniyle Xn dozunun hastayazarar vermemek amacyla mmknmertebe kk tutulmas gereklidir.Bu nedenle radyografide n plandaolan ayrdedicilik (resoluton), fluoroskopik grntleme sistemlerindenemini yitirmektedir. Byle bir dzenle organlarn fonksiyonel almalar izlenebilmektedir. ekil 5'tebyle bir grntleme sistemininprensibi gsterilmitir.

Ekranda aktif madde olarak genellikle inko kadmiyum slfid kullanlr.Yaylan sarms yeil k, gznmaksimum duyarll iin uygundalga boyundadr. Ekran ile gzlemci arasna, Xnnn dorudangelmesini nlemek amacyla kuruncam tabakas konmutur.

Fluoroskopik ekrann verimi dktr. Foton enerjisinin sadece % 7'sigrlebilir a dnmektedir.Ekran da zayf bir k iletimi yapmaktadr (1115 mcd/m^) milicandela/m2). Parlaklk seviyesinindk olmas nedeniyle gzn ayrdedicilii ve kontrast farkedebilmesiok azalmaktadr. Bylece bilgikayb meydana gelmektedir.

Xn grnt younlatrc (kuvvetlendirici image intensifie): Grntnn dk parlaklk seviyesinigz iin en uygun seviyeye gelecekekilde arttrmak amacyla kullanlr.

ekil 6'da bir grnt younlatrcnn kesiti gsterilmitir. Fluoresansekrana arpan Xnlar grnrk meydana getirir. Bu n fotokatod ile etkileimi sonucu fotokatoddan elektronlar yaynlanr. Buelektronlarn yrngeleri bir elektronik mercek yardm ile ekillendirilir,hzlandrlr ve ktaki kk alanlfluoresans ekran zerine arpanelektrodlar k grntsn oluturur. Xnlarnn arpt ekrannap genellikle 22 cm kadardr.

x sntbii

Fluoroskopikekran

^Kursuncam

ekil 5. Fluoroskopik grntlemenin prensibi

Objeden gelenx sn

Fotokatod

Fluor*san .ekran 25 kV

Optiksistem

Ftuoresan ekran

ekil 6. Grnt kuvvetlendiricisi

kdaki ekran ap ise 2025 mmkadardr. Grnt alanndaki azalmadan dolay parlaklkta (luminescence) 100 kadar bir kazan eldeedilir. 50 kadar bir ilve kazan daelektronlarn hzlandrlmalar nedeniyle oluur. Bylece 5000 kadar birtoplam parlaklk kazanc elde edilmi olur.

Elektronik yollarla grntnn kon

trastnn arttrlmas ayn zamandabirok kiinin grnty izleyebilmesini salar. Byle bir amala kullanlan kapal devre televizyonlufluoroskopik grntleme sistemiekil 7'de gsterilmitir.ekil 8'de ise bir fluoroskopi grntleme sistemi ayrntl bir ekildegsterilmitir.

xsn tb Grnt Optrk Vidikon Kuvvetlen Monitrkuvvetltndirici sistem dinci

ekil 7. Grnt younlatrc ve televizyon sistemi ile birletirilmi fluoroskopikgrntleme sistemi.


I Kapddrvrt video sistemi

ekil 8. Fluoroskopk grntleme sisteminin ayrntl grn.

Onkuvvetlendirici

l 5 kkuvvetlendiricisi

Kristal

l ineerkuvvetlendirici

Y ksek serilimgu kayno

Prob mekaniksurucu

anol izor

Ikkaydedici

ekil 9. Dorusal tarayc.

Nal (Tl) Kristal

I I I I I 1 H

Paraleldeliklal

NallTI)Knstal

lllllll/fffl

Kapanan

10

ekil 10. Nkleereitli k

NaKTlIKristal

/ a' orus alan

Aclanib)

Nal T) Kristal

\ /

/Kucuk d e l i k

d)

tpta kullanlanolmatrler

"NKLEER TIP "TAKULLANILANGRNTLEMEY NTEMLERHastalara radyoaktif maddelervererek, eitli organlarndamorfolojik veya fizyolojik bir deiikliinin olup olmad anlalabilir. rnein karacierde veyakemiklerde tmral bir oluumun olup olmad, troid bezininnormal alp almad anlalabilir. Bu amala reaktr veya

hzlandrclarda retilen radyoizotoplar uygun kimyasal maddelerle iaretlenip radyofarmastikleriolutururlar.incelenecek organa gre uygunradyofarmasotik verilen hastannszkonusu organndaki dalm, dardan alglanarak elde edilir. Organda normal d bir dalm, rnein bir tmral oluumun belirtisiolabilir. ncelenen organdaki radyofarmasotiklerin dalmnn elde edilmesinde iki farkl ynteme dayananl sistemleri kullanlr.Dorusal (Rectilinea) Tarayc:Bu tip sistemlerde incelenen organdaki radyoaktif aktivite nokta, noktataranarak gerekli ilemler yapldktan sonra bir kat zerine kayt edi

ekil 9'da Dorusal Tarayc ad ve

rilen radyoizotoplarn incelenenorgan ierisindeki dalmn gsteren sistem gsterilmitir. Sistem;kolimatr, kristal sintillatr k kuvvetlendirici tp {photo multiplie), nkuvvetlendirici, dorusal kuvvetlendirici, darbe ykseklik analizr,oranler (ratemeter), k kaydedicisi (photorecorder), mekaniksonda (probe) srcs ve grntleme nitesinden oluur.Kolimatr: Kolimatr nkleer tptakullanlan grntleme sistemlerininen nemli paralarndan biridir.ekil 1O'da nkleer tpta kullanlaneitli tip kolimatrler gsterilmitir.X nlarn kolayca sourabilmeleriamacyla kurundan yaplmlardr.Sadece delik eksenlerine paralel Xnlar delik boyunca yol alp, dieryzdeki kristale ulaabilmektedirler.ekil 1O'da grlen geometrik konfigurasyonlar sonucu incelenen organdaki radyoizotop dalm 1:1veya deiik oranlarda kristal zerinde parlamaya dntrlmektedir. Odaklanm tiplerinin kullanlmasyla sadece bir noktadakiaktivite incelenebilmektedir. Dorusal tarayclarda genellikle odaklanm kolimatrler kullanlmaktadr.Bylece sadece odak noktasndayaynlanan X nlar kristale ulaabilmektedir.

344 390 E L E K T R KM H E N D S L

Kolimatrn ucunda bulunduu probun rektilineer bir hareket yapmasyla incelenen organ taranabilmektedir.Kolimatr zerinden sintillasyonkristaline ulaan X nlar, kristalleetkileimleri sonucunda ksa sreliparlt oluturur. Ik kuvvetlendiricitpn katodu yardmyla fotonlarelektronlara dntrlp kuvvetlendirilmektedir. Ksa sreli darbeler eklinde olan k kuvvetlendiricisi kndaki iaretlerin genliklerikendilerini oluturan X nlarnniddetiyle orantldr. Bu iaretlerdorusal kuvvetlendiricide yeterikadar kuvvetlendirilip k kaydediciye grnt oluturmak zere uygulanr. Sondann hareketi ile kaydedici zerinde bulunulan nokta aynkoordinatlara haizdir. Bylece incelenen noktadan X nnn alglanmas halinde o noktaya karlk olangrntleme nitesinde (k kaydedici) bir iaret oluur. Sondanncismi dorusal ekilde nokta noktataramas sonucu, incelenen cisimdeki radyoaktivite dalmn birresmi elde edilmi olur.Taramann uzun sre gerektirmesi,hareketli paralarn olmas nedeniyle bu tip sistemler gnmzde terkedilmektedir.

Radyoizotop kamera: Bu tip sistemlerde incelenen organdaki dalm, organn tmn gren bir dedektrle yaplmaktadr. Organdakiradyoaktivitenin sonucu oluangamma nlar kristalde parlt oluturur. Parltnn olutuu nokta ileorgandaki radyoaktif aktivitenin olduu nokta birebir karlktr. Kristalierisindeki parldamann koordinatlar ise kristali uygun bir geometriierisinde gren fotooaltc tplerin ( elektriksel iarete eviripkuvvetlendiren aktif elemanlar) klarndaki elektriksel iaretlerinzerinde baz matematiksel ilemlersonucu elde edilerek bir ekrandagrnt elde edilir. Hareketli parasolmamas, tm organdaki nkleeraktivitenin ayn anda grntye evrilmesi nedeniyle, gerekli zamannksa oluu bu tip sistemlerin yaygnbir ekilde kullanlmas sonucunuyaratmtr.

ekil 11'de Anger tarafndan gelitirilen ve "Anger kameras" olarak tannan radyoizotop kamerasnn ba

I k kuvvetlendiricitpler \ _LTL7

K r i s t a l

Y dorult usu

X dorult usu

Grntnnelde edi ldiiosiloskop

ekil 11.Angerkameras

sitletirilmi blok diagram gsteril mektedir. Kristalin dier tarafndamistir. nce bir silindir dilimi eklinde uygun bir geometrik konfigrasyonaolan kristal, bir kolimatr zerinden, uyacak ekilde yedi adet k kuvhastann incelenecek organn gr vetlendiricisi yerletirilmitir. Gn

, Cks iaretleri

Kursun klf

Ik kuvvetlendiricitpler

Kr istal

Kolinnatr

ekil 12. Anger kamerasnn kesiti

M H E N D S L 345

mzde kullanlan bu tip sistemlerdetp says 1OO'e yakn olabilmektedir. Her bir tp XY koordinat sisteminde yerini karakterize edecek ekilde kndaki iarete bir arlk

+ +veren eleman zerinden X, X Y ve

Ynoktalarna ulamaktadr. rnein+

2 numaral tpn X'da oluan iare+

te katks en byk Y ve Ynoktalarna ise daha kk ve e deerdeolmaktadr. Xe ise katks olmamaktadr. 7 nolu tp ise drt noktaya e

+ + katkda bulunmaktadr. X, Xve Y, Ynoktalarnda oluan iaretler farkdevrelerinden geirilip skop zerinde,

+ +

x = x x

Y = Y Y

demetin hangi koordinata ulaacan belirlemektedir.+ +X, X Y ve Y noktalarnda oluaniaretler bir toplama devresinde toplanp,

+ + Z = X + X + Y +Y

iaretini oluturmaktadr. Z iaretidarbe ykseklik analizrne uygulanmaktadr. Z iaretinin istenilenpencere {window) aralnda olmashalinde kndan skobun Z giriinebir iaret vermektedir. Bylece X veY koordinatlarna elektron demetininksa bir sre iin ulamas yani onoktada bir parlama olumas salanmaktadr.ekil 12'de Anger kamerasnn kafaksmnn yandan kesit grntsverilmitir.GRNTLEME AMACIY LA ULTRASONK DALGALARIN KULLANILMASI1950'li yllarn balarna kadar ultrasonik, tp alannda ancak tek boyutluekografi alannda kullanld. Bu yntemde bir kristal (dntrc) yardmyla oluturulan ksa sreli ultrasonik darbe incelenen ortamierisinde yaynland ve karakteristikempedanslar farkl ortamlardanyansyanlar ayn kristal ile alnp

3 9 0 E L E K T R I KM H E N D I S L I I

Tetikle yici

Derinlikkomponza

Verici

Alc

tr

Grnt

Ar Dntrc

1

fo Vo 1 3 V 1 ?,v 7 i| I 2 2 I 1 I I

D J l 0 o .Tfpn 1 1 1 Ii i ' ! 1 '

ilerleyen Y ansyandarbe darbe

I

ekil 13. A modu grntleme yapan sistemin blok diagram

skop zerinde grntlenerek tekboyutlu grnt elde edildi. Ekografiolarak isimlendirilen bu yntem gnmzde "A modu grntleme"olarak bilinmektedir.ki boyutlu grntleme kristalin lastik bir zar ile kapatlm su dolu birkap ierisine yerletirilip demet dorultusuna dik dorultuda hareketettirilmesiyle elde edildi. Bu yntemmemede oluan tmrlerin bulunmasnda ok baarl oldu.Snoscope adl iki boyutlu ultrasonikgrntleme sisteminin bulunmasyla grntnn kalitesi iyiletirildi.Bu yntemde incelenecek blge ultrasonik dalgann kolayca eriebilmesini salamak iin su ierisinekondu. Kristale bileik (Compound)tarama yaptrlarak 360'lik grntleme yaplabildi.Son 15 yl ierisinde tan alanndaultrasonik doppler prensibi ile alan dzenler gelitirildi. Bylecevcut ierisinde hareketli organlar,damar ierisinde akan kan dedekteedilebildi. Bu yntem anne organlar,damar ierisinde akan kan dedekteedilebildi. Bu yntem anne karnndaki ocuk zerinde bile baarlsonu verdi.Ultrasonik tanda grnt eldeetmek amacyla kullanlan yntemler byk lde radarda kullanlanyntemlere dayanmaktadrlar. Tbbialmalarda kullanlan yntemler Amodu tarama (Amode scan) TMveya M,modu tarama, iki boyutlu Bmodu tarama ve Cmodu taramaadn alr.A modu tarama: Bu yntemdeyansmalar skopda dey sapmayolutururlar. Yatay eksen yansmann olduu blgenin kristale uzakln yansmann genlii ise yansmann meydana geldii arakesiti

Sa kar I

Sol karnck So kulakk * modugorunt

ekil 14. A modu grnt

M Orta izgi ekosuH Kanama blgesinden gelen ekoE Son eko

ekil 15. A modu almayla beynintek boyutlu grntlenmesi

oluturan iki ortamn karakteristikempedanslar arasndaki uyumsuzluk ile ilgili bir bilgi verir. ekil 13'debu yntemin alma prensibi gsterilmitir. Bu alma modunadarbeyank (pulseeeho) ad da verilmektedir. Verici kndaki ksasreli darbe kristale uygulanmtr.Ortamda ilerleyen ultrasonik dalgapaket enerjisinin bir ksm her ka

rakteristik empedans sreksizliininolduu arakesitten yansr. Yansyandarbeler (eko) kuvvetlendirici (alc)yardmyla kuvvetlendirilir ve birCRT zerinde yatay eksen zamandey eksen ekolarn genlikleri olacak ekilde grntlenir (ekil 14).

ekil 15'de A modu almaylabeynin tek boyutlu grntlenmesigsterilmitir. Bu yntem ekoansefelografi {echoencephalography)olarak bilinmektedir. Beyin orta izgisinde oluan ekonun saa veyasola kaymas beyinde bir oluumuveya kanamay belirtir. Kristali tayan sonda yeri deitirilerek bu oluumun bykl hakknda fikir edinilebilir. Amodu ilavetenophthalmography ve kardiyolojideyaygn ekilde kullanlmaktadr.Sonda hareketsizdir. Yntemlerin enbasitidir. Elde edilen bilginin sondann asna ve pozisyonuna bal olmas nedeniyle elde edilen bilgi genellikle cihaz kullanan iin bir anlamifade eder. Basit ucuz ve tanabilirolmas nedeniyle allm hizmetleriin yaygn bir ekilde kullanlmaktadr. rnein Japonya'da ambulanslarda bu cihazlardan bir tane bulundurulmaktadr. A harfi ingilizce"amplitude" (genlik) kelimesindengelmektedir.

M modu tarama: Bu alma modunda grntler A modundakinebenzer ekilde sabit sonda kullanlarak elde edilir. Ekolar CRT'nindey saptrma levhalar yerine Zgiriine verilmitir. Byece ekonunolmas durumunda ekranda (yatayeksen zaman olacak biimde) ekonun genliiyle doru orantl bir parlaklk elde edilir. Bu ilem "parlaklkmodulasyonu" olarak isimlendirilir.Parlak noktalara dntrlen ekolar ya hafzal skopta grntlenirveya bir kaydedicide zamana gredorusal hareket eden bir katzerine kayt edilir. ekil 16'da kalbin A ve M modlarndaki grntleri

B modu

'Zaman

M modu

ekil 16. Mmodu grntleme

ScjnG

Horontcl npu

ekil 17. Mmodu grntleme yapan sistemin ayrntl blok diagram

Prob

Elck'ron '.c!~ancas Ka;'. rLo

ekil 18. Mmodunda grntleme yapan sistemin ematik gsterilii

390 E L E K T R KM H E N D S L 347

"zerinde halenalmalarsrdrlenelektrikselempedans

bilgisayarltomografisini de

elektriksel iletimindeiimlerindenyararland ve

dardan bir elektrikakm uygulanp bu

deiimleri incelendiiiin transmisyon

tomografisi snfnadahil etmek

mmkndr."

gsterilmitir. ekil 17'de ise kalbinM modunda grntlenmesiniyapan dzenin ayrntl blok diyagram, ekil 18'de de M modundagrntleme yapan bir dzen ematik olarak gsterilmitir.

ki boyutlu Bmodu tarama: ekil19'da bu modda grnt elde ediliigrlmektedir. CRT'de elektron demetinin hareket yn sondann dorultusuyla ayn olmas salanmtr. Parlaklk modundaallmaktadr. Sonda birbirine

Karacier

A modundagrntleme

Inferior VenaCava

Aort

de_y,e barsaklar

Dalak

Bbrekler

Yansmalarn genlii

B modunda r

grntleme

Doku derinlii

x koordinat

ykoo r d i na 11

ekil 19. iki boyutlu Bmodu tarama yakn dorultularda hareket ettirilirve bylece ok sayda parlaklk modundaki tek boyutlu grntler biraraya gelerek incelenen kesitin ikiboyutlu grnts elde edilir.

Sondann tarama ilemi:

a) Mekanik tarama yntemi: Sondael veya baka bir mekanik dzenyardmyla hareket ettirilir (ekil20).b) Dnen tekerlek yntemi: Dardan bir zarla ayrlm sv ierisindednen tekerlek zerine yerletirilmikristaller dnerken incelenen blgeyi eitli alardan tararlar (ekil20.a).c) Elektronik olarak dorusal taramayntemi: Dorusal ekilde dizilmidntrcler elektronik olarak srasyla verici ve alc duruma getiri


E l e k t r i k balantsT e k e r l e d i n

donus y o n u

Dalga cephesi

Demet ekseni

Ak111 eleman

Dalga cephesi

Demet ekseni

> Demet ekseniOdakDalga cephesi

Dalga cephesiOdak

Demet ekseni

Toplama Geciktirme Kristalnoktas elemanlar dizileri

ekil 20. Probn tarama ilemi,a) Dnen tekerlek yntemi, b) Elektronik lineer tarama yntemi, c) Elektronik tarama yntemi,d) Elektronik ynlendirme ynteminde demet ynlendirilirinin gerekletirilii.

27! 08 '8R

XD12345678PST SPRE 54

ekil 21. Anne karnnda zn grntn ekil 22. Fetiis'n bacann grntn

3 9 0 E L E K T R KM H E N D S L

ekil 23. Fets'n eli ve parmaklar

lirler (ekil 20.b).d) Elektronik olarak ynlendirmeyntemi: Dntrcler uygun fazfarklaryla uyarlarak odak noktasnn istenilen noktada olumas salanr (ekil 20 c ve 20 d).ekil 21'de anne karnndaki (Fets)zn iki boyutlu B modu taramayla elde edilen grnts gsterilmitir.

ekil 22'de Fets'n bacann,ekil 23'de ise eli ve parmaklar grlmektedir.

TCMOGRAFK SSTEM ETLERNE GENEL BAKI1950'li yllara kadar insan vcudunun iinin grnts yalnzca klasikradyografi teknikleri kullanlarakelde edilebiliyordu, ilerleyen teknoloji ile tomografi sistemleri bulunupgelitirildi. Tomografi sistemlerinicisme uygulanan enerjinin uygulama ekline gre snflandrmakmmkndr. Cisme enerjinin dardan uygulanp cismin ierisindendoru dedektre ulamas (Transmisyon Tomografisi) prensibine dayanan xnl tomografi, ultrasoundtomografisi, cismin iine herhangi birekilde aktarlan radyo izotoplarnyaynm (Emisyon Tomografisi)prensibine dayanan pozitron emisyonu, tek foton emisyonu, tekniklerigirmektedir. Bilgisayarn kullanmnn artmas ile birlikte bu tomografimetodlarnda ilemlerin karmakl

ve tekrar sebebiyle bilgisayar, tomografi sahasna girmi ve gnmz medikal grntleme teknolojisinde kanlmaz bir gereksinimolmutur. Dolaysyla yukardaki tomografi sistemleri bilgisayarl tomografi sistemleri adn almtr. Dahasonra elektromagnetik dalgalarnkullanmyla yeni bir emisyon tomografisi olan nkleer magnetik rezonans tomografisi de bilgisayarl tomografi sistemlerine dahil olmu,insana verdii zararn minimum seviyede olmasyla byk ilgi toplamtr. Tomografi, kesit resim demektir.

zerinde halen almalar srdrlen elektriksel empedans bilgisayarltomografisini de elektriksel iletimindeiimlerinden yararland ve dardan bir elektrik akm uygulanpbu deiimleri incelendii iin transmisyon tomografisi snfna dahiletmek mmkndr.

Tomografik sistemlerin temel prensibi olan cismin dilim dilim incelenmesi sayesinde klasik yntemlerinbu yetersizliine bir zm getirilmitir. Bunun iin atlacak ilk admbu dilimlerin projeksiyonlarnn alnmasdr. Projeksiyonlama ilemi uekilde yaplr: boyutlu cisme,cismin ddan veya iinden verilenenerjinin cisim ile etkileim miktarcismin dnda bulunan bir dedektrle llr. Bu ilem cisim zerindebelli bir blgede sonlu sayda dorular zerinde blgenin younluu

na bal olarak alnan izgisel integrallerdir. Daha detayl bilgi edinebilmek iin bu blgenin mmkn olduu kadar ok adan taranmas,yani 18O'lik tarama blgesi iindepekok adan projeksiyonlarnnalnmas gerekmektedir. Kelimekarl izdm olan projeksiyonlara eitli yeniden oluturma (reconstruction) algoritmalar uygulanarak cismin grntsn eldeetmek mmkndr. Grldzere tomografi bir "tersini alma" ilemidir. Bu mantkla; dedekte edilenbilgi "g", "f" ile adlandrlan cisminyapsal zelliklerine matrisel olarak(2) eitlii ile baldr.

g = R.f (2)(2) eitlii en genel anlamda "Radondnm" olarak bilinir. Tomografide temel sorun R ile gsterilenmatrisin zmnn bulunmasndaki glktr. nk R ok elemanl, tersinin alnmasnn ok zorolduu, llen verideki kk birhatann zmde byk hatalaraneden olabilecei bir matristir. Dolaysyla tomografik sistemlerinanalizinde byle bir dorudanmetod ile zme ulamak zordur.Bu nedenle eitli fonksiyonel analizmetodlar gelitirilmitir.

Radon Dnm

ekil 24 ve 25'e bakldnda dagrlecei zere incelemeler "n"ad verilen yollar boyunca yaplr.Tomografide bu incelemeler kmesine projeksiyon denir ve "P" ilegsterilir. Demek ki bir P(t, 0) projeksiyonu bu projeksiyona karlkgelen f(x, y) cisim younluu ile ilintilidir. Burada 0 projeksiyonun asdr, "t"; (x,y) kartezyen koordinatlar cinsinden t = xcos0 + ysin0olarak ifade edilir. P(t, 0) belirli birada t boyunca bulunan deerlerinkmesidir. Bu srekli toplama ilemiaadaki integrasyon eklindegsterilebilir.

P(t, 0) = s f (x, y)ds (3)

Burada s fn boyunca ynlendirilmi bir deikendir. Sabit bir "0"boyunca alnan integraller ile tm "t"deerleri iin elde edilen deerlerkmesi 0 iin P0(t) olarak gsteri


st t en; Grn

ekil 24. Bir SPECT tomografiksisteminde bir kesitin bir 0as iin projeksiyonununalnmas ilemi.

lebilir. Demek ki Radon dnmf(x, y) deerlerini P0(t) projeksiyondeerlerine evirmeye yarayan birdnmdr. Radon dnmnnanlam ekil 25'de daha ak grlebilmektedir.

(2) eitlii ekil 25'deki anlamda tekrar yazlrsa:

Po(t) =t)dxdy

f f(x, y) S(x Cos0 ySin0 (4)

Cismi projeksiyon dorusuna gredik olarak kesen t = xCos0 + ySin0dorular boyunca bu dorular zerindeki f(x, y)'nin younluu orannda (x, y) noktalar toplanr. Bu toplamn deeri her t deeri iinbulunarak projeksiyon erisi oluturulur.

X IINLI BLGSAY ARLITOMOGRAF

Basit bir Xnl grntleme sistemi cismin iinden xn geirip, cismin dier tarafna yerletirilmi olanfotografik film zerinde cismin iindeki farkl doku younluklarn, yaniatomik bileen ve atomik numaralarnn farkllklar sebebiyle oluann zayflamalarn belirleme prensibine dayanr.

Farkl doku ve kemik younluklarXn demetinin iddetini deitiripfotografik filmin verdii cevab belir

o?

CD

\

J\/L4 i1 \715n

x cos 6 y s n 6 t

I s nx cos 8 * y s n 0 r f r

' _

ekil 25. Bir kesitin bir 0 as iin projeksiyonunun alnnn analitik ifade

ler. Bylece klasik radyografide zayflama bilgisi sperpoze edilip cismin i yaps kabaca belirlenebilmektedir. Bilgisayarl tomografideise dokunun yerel Xn zayflamalar, cismin iinde alnan iki boyutludilimleri yeniden oluturma algorit

y zayflar. Zayflama bilgisi cisimyounluu, atomik bileimi ve gnderilen Xnnn enerjisine baldr.Kaynaktan gnderilen n iddeti Io,dedektrde alglanan n iddetineI dersek nn zayflamas aadaki ekillerdeki gibi olur (ekil 26).

D joe

ekil 26. Dorusal zayflama katsays u

'nn tanm

malarna uygulayp cismin grntsnn yeniden oluturulmas ile incelenir. Bylece dokular bir ncekidoku tarafndan perdelenmeden grntlenir.

X nlar fotoelektrik emilme vecompton sanm olaylarndan dola

Burada belirlenen tek boyutlu u deerlerine dorusal zayflama katsa

ys denir. u 'y iki boyutlu dnr

sek u(x, y) olarak tanmlayabiliriz.

Bu durumda (3) eitliinde kullanlan cisim younluu f(x, y)'yi

u(x,y)'ye eitlersek

3 9 0 E L E K T R KM H E N D S L

60.tarama

O O

Dedektr

ekil 27. 1. kuak CT taraycsnn ematik gsterilimi

Parametre

Tarama HzTarama ekliDilim BanaDedektr Says

ablo 1

Birinci

135300Stele/dndr

1

Kuaklarikinci

20150Stele/tndr

312

nc1,320sdndr256102

Drdnc

1,20sdndr600120

.

Beinci

0.010.S

syla cisim hakknda daha detaylbilgi edinilebilsin.

Tarama Kuaklar

Projeksiyonlarn elde edilmesi cismitarama (scanning) ile mmkndr.Tarama metodlar eitlilik gsterir,ilk nceleri taranacak blgeninuzaysal frekanslarn doru olarakrneklemek ve iyi bir uzaysal ayrdedicilik salamak zere 1. kuaktarayclar kullanlmtr. Bunlarteledndr (translaterotate) karlkl duran kaynak ve dedektrdenolumutur. Bu tip taramada iki eithareket sz konusudur. Birincisikaynaktan kan nlarn dedektrde alglanacak ekilde kaynak vededektrn birbirlerini birletirendorultuya dik olarak yaptklar teleme harektidir. Inlar bu hareketesnasnda gnderilir, ikinci hareketn gnderilmesinin kesilmesini takiben 1 gibi kk bir ayla kaynakve dedektr ikilisinin birlikte dnmehareketlidir. teleme hareketindegnderilen nlar paralel olduumdan bu tarama kuana kalem ntaramas (pencil beam scanning)denir. Cismi 180 tarama ilemi 4dakika/dilim srd iin ok yavatarama sistemleridir. 1. kuak tarayclarn tarama ekli ekil 27'degsterilmitir. 2, 3, 4 ve 5. kuaklarn zellikleri Tablo 1 de verilmitir.

Sistem ve Operasyon

Tipik bir Xnl bilgisayarl tomografi sistemi blok diyagram olarak

P9(t) = ln( l/lo) = f u(x, y) ds (5)

olur.

Bu projeksiyon bilgisi bilgisayarl tomografinin temelini tekil eder. Yanicisme gnderilen Xnlarnn zayflamasna dayanlarak cismin eitlialarndan alnan projeksiyonlarnn yeniden oluturma algoritmalarna uygulanmas ile cismin younlukfonksiyonu olan f(x, y) elde edilir.Dokunun lineer zayflama katsaysu gerekte eitli alardan farkldr.Bu nedenle projeksiyonlar cisminmmkn olduu kadar ok deiikalarndan alnr ki

u olabildiincedaha doru tespit edilsin ve dolay


ekil 28'de gsterilmitir. Bloklar altkonular olarak aada incelenmitir.

CT Gantry Geometrisi

X n tb, dedeksiyon sistemi vednen mekanizmadan oluur. Bublmn ortasndaki yaklak 60 cmapl delik, hastann llecek blgesinin yerletirilmesi gereken blmdr.

X n Tb ve JeneratrYksek gerilim jeneratrnden Xn tbne 110150 kV kadar birgerilim uygulanr. Bylece elektronlar genelde tungstenden yaplmanod ile arptrlm olur. Hareketlenen elektronlar bir dzene konmak zere kolimatrden geirilirler.DedektrlerDedektrler delik merkezinde 3.kuak tarayclarda yaklak 40 cm,4. kuak tarayclarda yaklak 90cm. uzaa yerletirilirler. Geneldeiyon odalar ve sintilasyon dedektrleri kullanlr. 3. kuak tarayclar heriki tipi de kullanmasna karn, iyonodalar daha ok tercih edilir. yonodasndaki Xe (Xenon) gaz 25 atmosfer gibi bir basnca tabi tutulmasma ramen gelen Xnlarnn sadece % 50'sini sourur. Budedektrler 3. kuak tarayclarndaartifakt problemlerine stn kararllk

zellikleri sayesinde bir zm getirirler. 4. kuak tarayclarda sadecesintilasyon dedektrleri kullanlmaktadr. Modern CT'lerde her kristalTungsten veya Talyum kolimasyonuna tabi tutulur. Modern sintilasyonkristalleri yaklak 4 mm geniliindeve gelen Xnnn % 100'n sourabilen CdWC>4 maddesine sahiptir. Sorulan enerjinin belli bir blm k enerjisine evrilir. ModernCT'lerde bu k fotodiyodlarca sezilir ve elektrik enerjisine evrilir. Analog iaret saysala evrilerek veri toplama sistemi (DAS = DataAcuisition System) zerinden bilgisayar ilemcisine gnderilir.

Bilgisayar Sistemi

1r OS

IOKKcutrtl

Ca ni ' ; /"> Tutu

t r e n 1 1

emisyon tomografisi, yaniPET'tir. Bu yntemde biyoojik sistemlerin temel yaptalar olan baz elementlerin radyoizotoplar kullanlr. Bu radyoizotoplar birpozitron (pozitif elektron)

vererek radyoaktif bozunmaya urarlar. Bu pozitron ok ksa bir yol aldktan sonra bir elektronla karlaarakannihilasyon reaksiyonuna girer, yaniyokolur. Yok olan elektron ve pozitronun toplam maddesi her biri 511 keVenerjili ve zt ynlerde hareket edeniki gamma n eklinde enerjiye dnr. PET sisteminin temelini bu ikifotonun bir raslant (coincience) devresi tarafndan deteksiyonu oluturur. Dier bir emisyon tomografisi trise tek foton emisyon tomografisi(singlephoton emission computedtomography), yani SPECT'tir. Buyntemin PET'ten fark, gamma nlar vererek bozulan herhangi bir radyoizotopun kullanla Mmesidir. Annihilasyon reaksiyonunun tersine bugamma nlar tek fotonlar halinde(ift deil) yaylrlar. PET teknii, C1 1gibi pozitron verebilecek zel bazradyoizotoplar elde edebilmek iinok pahal bir siklotrona (cyclotron)gerek duyar; SPECT sistemindebuna gerek yoktur. SPECT sistemiPET'e gre daha basit, fakat grntkalitesi ve verimi daha dktr.SPECT'de iyiletirme almalardaha ok yazlm alannda yaplmaktadr; rnein, fotonun getii yolabal olarak enerji bakmndan zayflamaya uramas bir hata getirir; bu

h/=ES

hatay gidermek iin eitli almalaryaplmakta, algoritmalar gelitirilmektedir.

NKLEER MAGNETK REZONANS(NMR) TOMOGRAFSNMR Fiziinin PrensipleriMaddeler, iinde proton, ntron veyaher ikisinin bulunduu ekirdekleresahiptirler. Proton veya ntron veyaher ikisinin kombinasyonunun tek sayda olduu ekirdekler bir "nkleerspin" ve "magnetik momenf'e sahiprlfcr. Doada 1H, 2H, 7L, 13C, 3 1P ve271 gibi tek sayda proton veya ntronieren pek ok madde vardr. Bylebir madde bir magnetik alan iineyerletirildiinde rastgele ynlereekil 29'daki gibi yaylm ekirdeklerd bir magnetik torkla birlikte uygulanan alan ynne ekil 29 b'deki gibiparalel olarak dizilirler. Bu durumdakiekirdeklere dardan uygulanan birRF (radyo frekans) iareti ekirdeklere ekil 29 c'de gsterildii gibi birspin hareketi yaptrr. Spin hareketiyapan ekirdek d magnetik alana,alan etrafnda bir prezesyon hareketiyapan bir Jiroskop gibi cevap verirr.Spinlerin prezesyon frekans "Larmorprezesyon frekans" (Wo) olarakisimlendirilir.

Proton doasndan gelen p = h/4n: (h:planck sabiti) bir asal momentumasahiptir. Proton ekirdei bir magnetik alana yerletirildiinde ekirdek+uHo ve "uHo deerinde iki enerjiseviyesinde bulunur. Burada

u; n

H,

kleer magnetik moment, Ho; uygulanan magnetik alandr. Enerji seviyeleri ekil 30'da gsterilmitir.Oda scaklnda LlHo (dk enerjiseviyesi)'da bulunan protonlarn says +L1Ho (yksek enerji seviyesindeki protonlardan daha fazladr.Dk protonlara uygulanacak2uHo'lk enerji olanlar +LlHo seviyesine karr. Bu enerji magnetik alanH olan bir RF bobininden salanr.Uyarlan proton eski enerji seviyesiolan H0'a dnerken geveme (relaxation) durumunda bir serbest endksiyon bozunma iareti (FIDFreeInduction Decay) oluturur. Bu iaretNMR sisteminden elde edilen temelnkleer iaret formudur.

Uyar kesildii anda iki gevememekanizmas oluur.

Bunlar;

i) apraz veya spinspin geveme(transaxial spinspin relaxation)ii) Boysal veya spinkafes (longitudinal, spinlattice relaxation)apraz geveme boysal gevemeden daha hzldr. apraz gevemezaman sabiti T2, boysal gevemezaman sabiti T'den daha kktr.Ti ve T2'nin ekirdein moleklerba ve evresine gre deiiklii Tive T2 lm ile doku farkllklarnnbelirlenmesinde de kullanlr.

ekil 31'de magnetik alan vektrHo, z ynnde ve net magnetizasyonvektr M, Ho la 9 as yapacak ekilde belirlenmitir. Bu durumda sistemin enerjisi E ile gsterilirse (6)eitlii geerlidir.

E = MH0 = MHoCos 0, (6)Net magnetizasyonun dengedekibykl (equilibrium magnitude)Mo ile gsterilirse (7) eitlii geerlidir.

= N(yh)2Hol(l+1)/3kTo (7)

ekil 30. NMR spin uyarmas ve nkleer iaret emisyonunun kuatum mekanii(l'/'; bir RF bobini ile salanr)

Burada N, spin says; 7; jiromagnetikoran; I, spin kuantum says; k, Boltzman sabiti; To, cisim scakldr.Magnetik alan H olan bir RF iaretitp sresince uygulanrsa Mo; 9 gibibir a yapar. 9; (8) eitlii ile gste


NHo~cje. Alan B

ekil 32. Homojen bir magnetil; alan uygulayarak spmler ynlemlrme ve RF bobini ile uyarnn balatlmas

I N I

I,H1 9

/ S.H,

PrezesyonHareketi

RezonansFrekansI

/ Tl

c,;/ 55 /o, ir,

SpinUygulama

ekil 33. 12i Uyarnn sonunda spnlerin hareketinin momentleri

(d)

ekil 31. RF darbeli ve darbesi: spinharekeliti) RF darbesi \okken spin hareketibl UYKUI byklkle bir RF darbesiuygulannca ne\dtuu elen spinharekeli

rilebilir.

e = yH.tp (8)Yukardaki tanmlanan vektrler vearalarndaki a ekil 31'de gsterilmitir.Bylece magnetizasyon vektrnnmodl Mo ve as 9 tanmlanmolur.

NMR tomografisinde dilim veya izgiseerken genelde 9 = 90* olacak e

N

ekil 34. Spin gevemesi ve spnlerin yayd RF iaretler

SpinGeveme

kilde bir magnetizasyon yaratacak RFdarbesi uygulanr. (Mz ortadan kalkar,alak ve yksek enerji seviyeleri birbirine eit olur)RF bobini geveme frekansna eitfrekansta uyar alan yayar. Bu durum

ekil 32 ve 33'de gsterilmitir.

Uyanlar (darbe katar) kesildiizaman spinler ilk konumlarna belirlibir sre iinde geveme frekans yayarak geri dnerler. Bu sreye "geveme sresi" denir. Bu; ekil 34'de


Homojen olmayaX gradyan

ekil 35. Spektrometrede analzedilecek bir profil elde etmekzere xgradyannnuygulanmas

gsterilmitir.

Farkl yerlerdeki protonlar ayrdetmek zere uyarnn hemen ardndanmagnetik alan izgilerine dik ynde(Xynnde) gradyan uygulanr.Gradyan boyunca protonlar farklgeveme frekanslar reteceklerdir.ekil 35'de de gsterildii gibi geveme dalgalarn alglayacak bir spektrometre dedektre balanrsa xgradyanma dik olan proton younluunun bir projeksiyon profili bulunabilir.

Bu profil zamanla deiir ve her profildeki her pozitron iin geveme zamanlar belirlenebilir. Bylece grnty yeniden oluturmak iingeveme zaman profilleri ekil 36'dagsterildii gibi kullanlabilir.Daha sonra tekrar Z gradyanma dnlp bir uyar daha yaplr ve tekrarxgradyannda ana magnetik alanadik olarak deiik bir ynden baka birprofil alnr. Bu ilem pekok yndenkaydedelip yeniden oluturma yapa

bilecek miktarda bilgi elde edilenekadar devam eder.

NMR Sistemi

Tipik bir NMR tomografisi cihaz,gradyan ve RF bobinlerinin yerleribelirtilerek ekil 37'de gsterilmitir.

SONUYariletken teknolojisindeki hzl gelimeler sonucu gl bilgisayarlarnve elektronik alglama elemanlarnnkk boyutlarda gerekletirilmelerisonucu grntleme sistemlerinin fiziksel boyutlar ve fiyatlar azalmverdikleri grntlerin ise kalitesiykselmitir. Bu hzl gidi ile okuzak olmayan bir gelecekte bilimkurgu filmlerinde grld gibi elletanabilen kk cihazlar yardmylaanatomik, fizyolojik, biyokimyasal vemetabolik byklklerin llebileceini sylemek bir kehanet olmayacaktr.

I Mognetk filanX

filan Crodyan

Yksek

ekil 36. eitli alardan NMRprojeksiyonlarn kullanarak yeniden oluturma ilemi

A r c 390 E L E K T R KO O O M H E N D S L

xCr*jan BobiniO VOrodgan BobiniO ZGradyar Bobini Rf SobnO fino rtagnet

ekil 37. Tipik bir NMR tomografisicihaznn gradyan ve RFbobinlerinin ve nagnetin ekli

KAY NAKLAR

[1] IEE Proceedings, Vol. 134,Pt.A, No.2, February 1987

[2] Medical Imaging Systems,Thomas Kailath, Prentice Hailne, 1983, Englevvood Cliffs, NewJersey 07632, ISBN0135726859

Scientif ic Basis of MedicalImaging, P.N.T. Wells, ChurchillLivingstone ne, 1982, New York,ISBN 044301986X

Tuncay ARIKIOGLU

Odamz 12394 SicilNolu yesi TuncayARIKIOLU'nu

kaybettik.

ALESNE,Y AKINLARINA

VE ODAMIZTOPLULUUNA

BASALIIDLERZ.

[4] Tomographic Methods inNuclear Medicine, BhagvvatD.Ahluwalia, CRRC Press, ne,1989, 2000 Corporate Blvd,N.W., Boca Raton, Florida,33431, ISBN, 0849361982.

[5] Principles of ComputerizedTomographic Imaging, AvnashC.Kak, Malcolm Slaney, TheInstitute of Electrical andElectronics Engineers, Inc. 345East. 47th Street, New York, NY100172394.

[6] Applied Clinical Engineering,Barry N.Feinberg, Prentice Hail,Inc., 1986, Englevvood Cliffs,New Jersey 07632, ISBN0130394882 025

[7] Lecture Notes in MedicalInformatics, O. Nalcolu, Z.H.Cho, SpringerVerlag BerlinHeidelberg New York Tokyo,1984. ISBN 3540128980.

smetKUNT

Odamz 708 Sicil Noluyesi smet KUNT'u

kaybettik.

ALESNE,Y AKINLARINA

VE ODAMIZTOPLULUUNA

BASALIIDLERZ.

C.Y ldrmATAMAN

Odamz 10977 SicilNolu yesi

C.Yldrm ATAMAN'kaybettik.

ALESNE,Y AKINLARINA

VE ODAMIZTOPLULUUNA

BASALIIDLERZ.

390 E L E K T R K O C " 7M H E N D S L O O f

tıbbi görüntüleme teknikleri

Documents