Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall, CT, PET, MRT - PowerPoint PPT Presentation

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Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall, CT, PET, MRT

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Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall, CT, PET, MRT Martin Obholz martinobholz_at_cityweb.de Fakult t f r Elektrotechnik und Informationstechnik – PowerPoint PPT presentation

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Title: Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall, CT, PET, MRT


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Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall,
CT, PET, MRT
Martin Obholz martinobholz_at_cityweb.de
  • Fakultät für Elektrotechnik und
    Informationstechnik
  • Lehrstuhl für Kommunikationstechnik
  • Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays

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Einleitung
  • Gängige Verfahren der Bildgebung
  • Ultraschall
  • Computertomographie (CT)
  • Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
  • Magnetresonanztomographie (MRT)

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Ultraschall
  • Ultraschall

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Ultraschall Vor- und Nachteile
  • Vorteile
  • leicht durchführbar
  • Gerät sehr günstig
  • keine Gesundheitsbelastung
  • Nachteile
  • starke Verrauschung des Bildes

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Ultraschall physikalische Grundlagen
  • physikalische Grundlagen
  • Frequenz in der Medizin 2 20 Mhz
  • Schall verändert seine Geschwindigkeit
  • Streuleistung
  • Eindringtiefe z

c v1/(??)
PStreu sPeingestrahlt
z (ct)/2
6
Funktionsweise Ultraschall
  • Funktionsweise Ultraschall

Ultraschallimpuls wird gesendet
Ultraschallimpuls wird reflektiert
Das Signal wird wieder aufgefangen und in eine
Spannung umgewandelt
Auswertung und Bilderzeugung
7
Ultraschall Bilderzeugung
  • Bilderzeugung
  • piezoelektrisches Material macht aus Spannungen
    Schallwellen

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Ultraschall Bilderzeugung
  • Bilddarstellung im A- und B-mode
  • Problem der Verrauschung durch Streuung

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CT
  • Computertomographie (CT)

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CT Vor- und Nachteile
  • Vorteile
  • hohe Auflösung
  • gute Darstellung von hartem Gewebe
  • Nachteile
  • hohe Gesundheitsbelastung (Röntgenstrahlung)
  • schlechte Darstellung von Weichteilen
  • Preis ca. 1,5 mio. Euro

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CT physikalische Grundlagen
  • physikalische Grundlagen
  • Röntgenstrahlen durchdringen Gewebe
  • Intensitätsverlust beim Austritt der
    Röntgenstrahlen

II0 e-?µ(l) dl Abschwächungsgesetz
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MRT prinzipielle Funktion
  • Funktionsweise des CT

Röntgenstrahl wird durch das Gewebe geschickt
Strahl wird aufgefangen und Intensität bestimmt
Röntgenstrahl wird unter einem anderen Winkel
ausgesandt und Intensität wird bestimmt
Auswertung und Bilderzeugung
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CT Bilderzeugung
  • Radontransformation

Rotation
Rotation
Sender
Empfänger
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CT Bilderzeugung
  • Inverse erzeugt den Originalbereich
  • Praktische Durchführung durch numerische
    Berechnung von Gleichungssytemen

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PET
  • Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

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PET Vor- und Nachteile
  • Vorteile
  • sehr hohe Auflösung (Tumore ab ca. 5 mm, CT und
    MRT 1 cm)
  • Darstellung von Stoffwechselvorgängen
  • Nachteile
  • radioaktiver Tracer
  • Lagerbarkeit des Tracers
  • Preis ca. 3,5 mio. Euro (mit CT)

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PET physikalische Grundlagen
  • Physikalische Grundlagen
  • Halbwertszeit
  • Zerfall unter Abspaltung eines Positrons

O 15 ? N 15 ß ?
18
PET physikalische Grundlagen
  • Annihilation

ee- 2?
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PET physikalische Grundlagen
  • Funktionsweise des PET

Tracer wird verabreicht
Halbwertszeit läuft ab und Positronen kollidieren
mit Elektronen
Energiequanten werden gemessen
Auswertung und Bilderzeugung
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PET Bilderzeugung
  • Bilderzeugung
  • Auffangen der Energiequanten
  • Szintilatorkristallen verarbeiten Quanten zu
    Lichtblitzen

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PET Bilderzeugung
  • Numerische Radontransformation wie beim CT

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MRT
  • Magnetresonanztomographie (MRT)

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MRT Vor- und Nachteile
  • Vorteile
  • geringe Gesundheitsbelastung
  • hohe Auflösung
  • Nachteile
  • keine direkte Bildgebung von Knochen und
    Wasserstoff-freiem Gewebe
  • starke Geräuschentwicklung
  • grosse Bauform
  • Gefahr durch Metallteile
  • Platzangst (bei bestimmten Bauformen)
  • Preis ca. 1,5 Mio. Euro

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MRT physikalische Grundlagen
  • Physikalische Grundlagen
  • Wasserstoffatome besitzen einen Spin
  • der Spin erzeugt ein magnetische Moment M
  • ein statisches Magnetfeld B0 richtet das
    magnetische Moment aus

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MRT physikalische Grundlagen
  • Beeinflussung vom magnetischen Moment M
  • Anlegen eines, mit der Resonanzfrequenz
    (Larmorfrequenz), gepulsten Feldes B1

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MRT physikalische Grundlagen
  • Entfernen des Feldes B1
  • Magnetfeldänderungen induzieren Spannungen
  • Verarbeitung der Spannungen

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MRT prinzipielle Funktion
  • Funktionsweise des MRT

Anlegen eines statischen Magnetfelds
Anlegen und entfernen eines larmorfrequenten
Magnetfeldes
Messung der induzierten Spannungen
Auswertung und Bilderzeugung
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MRT Bilderzeugung
  • Bilderzeugung
  • Orientierung im Raum zur Darstellung von
    Objektschichten

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MRT Bilderzeugung
  • z-Achse
  • Selektion der Schicht durch Frequenzanregung

Kopfende
Fussende
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
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MRT Bilderzeugung
  • y-Achse (Phasencodierung)

y
B
Schichten
x
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
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MRT Bilderzeugung
  • x-Achse (Frequenzcodierung)

Schichten
y
B
x
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
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MRT Bilderzeugung
  • k-Raum
  • Phasen- und Frequenzcodierung bilden den k-Raum
  • 2D-Fourier-Transformation erzeugt den
    Originalraum

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Ausblick
  • Ausblick
  • Verringerung der Gesundheitsbelastung
  • Interaktion zwischen Mensch und Maschine
  • 3D-Modelle
  • Bewegungen sollen ihren Einfluss verlieren (Herz,
    PET)
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