Title: Bildgebende Verfahren der Medizin Ultraschall, CT, PET, MRT
1Bildgebende 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
2Einleitung
- Gängige Verfahren der Bildgebung
- Ultraschall
- Computertomographie (CT)
- Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
- Magnetresonanztomographie (MRT)
3Ultraschall
4Ultraschall Vor- und Nachteile
- Vorteile
- leicht durchführbar
- Gerät sehr günstig
- keine Gesundheitsbelastung
- Nachteile
- starke Verrauschung des Bildes
5Ultraschall 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
6Funktionsweise Ultraschall
- Funktionsweise Ultraschall
Ultraschallimpuls wird gesendet
Ultraschallimpuls wird reflektiert
Das Signal wird wieder aufgefangen und in eine
Spannung umgewandelt
Auswertung und Bilderzeugung
7Ultraschall Bilderzeugung
- Bilderzeugung
- piezoelektrisches Material macht aus Spannungen
Schallwellen
8Ultraschall Bilderzeugung
- Bilddarstellung im A- und B-mode
- Problem der Verrauschung durch Streuung
9CT
10CT 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
11CT physikalische Grundlagen
- physikalische Grundlagen
- Röntgenstrahlen durchdringen Gewebe
- Intensitätsverlust beim Austritt der
Röntgenstrahlen
II0 e-?µ(l) dl Abschwächungsgesetz
12MRT prinzipielle Funktion
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
13CT Bilderzeugung
Rotation
Rotation
Sender
Empfänger
14CT Bilderzeugung
- Inverse erzeugt den Originalbereich
- Praktische Durchführung durch numerische
Berechnung von Gleichungssytemen
15PET
- Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
16PET 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)
17PET physikalische Grundlagen
- Physikalische Grundlagen
- Halbwertszeit
- Zerfall unter Abspaltung eines Positrons
O 15 ? N 15 ß ?
18PET physikalische Grundlagen
ee- 2?
19PET physikalische Grundlagen
Tracer wird verabreicht
Halbwertszeit läuft ab und Positronen kollidieren
mit Elektronen
Energiequanten werden gemessen
Auswertung und Bilderzeugung
20PET Bilderzeugung
- Bilderzeugung
- Auffangen der Energiequanten
- Szintilatorkristallen verarbeiten Quanten zu
Lichtblitzen -
21PET Bilderzeugung
- Numerische Radontransformation wie beim CT
22MRT
- Magnetresonanztomographie (MRT)
23MRT 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
-
24MRT physikalische Grundlagen
- Physikalische Grundlagen
- Wasserstoffatome besitzen einen Spin
- der Spin erzeugt ein magnetische Moment M
- ein statisches Magnetfeld B0 richtet das
magnetische Moment aus
25MRT physikalische Grundlagen
- Beeinflussung vom magnetischen Moment M
- Anlegen eines, mit der Resonanzfrequenz
(Larmorfrequenz), gepulsten Feldes B1
26MRT physikalische Grundlagen
- Entfernen des Feldes B1
- Magnetfeldänderungen induzieren Spannungen
- Verarbeitung der Spannungen
27MRT prinzipielle Funktion
Anlegen eines statischen Magnetfelds
Anlegen und entfernen eines larmorfrequenten
Magnetfeldes
Messung der induzierten Spannungen
Auswertung und Bilderzeugung
28MRT Bilderzeugung
- Bilderzeugung
- Orientierung im Raum zur Darstellung von
Objektschichten
29MRT Bilderzeugung
- z-Achse
- Selektion der Schicht durch Frequenzanregung
Kopfende
Fussende
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
30MRT Bilderzeugung
- y-Achse (Phasencodierung)
y
B
Schichten
x
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
31MRT Bilderzeugung
- x-Achse (Frequenzcodierung)
Schichten
y
B
x
f0 (?/2p)B 1H-Anregungsfrequenz
32MRT Bilderzeugung
- k-Raum
- Phasen- und Frequenzcodierung bilden den k-Raum
- 2D-Fourier-Transformation erzeugt den
Originalraum
33Ausblick
- Ausblick
- Verringerung der Gesundheitsbelastung
- Interaktion zwischen Mensch und Maschine
- 3D-Modelle
- Bewegungen sollen ihren Einfluss verlieren (Herz,
PET)