|
Вопросы и ответы к экзамену по курсу “Медицинские приборы, аппараты и системы” (Седов): 1. Зачем нужна визуализация изображений в медицине? Цели и задачи. Визуализация внутренних органов (интроскопия), недоступных для прямой диагностики, позволяет врачам зрительно анализировать изображения органов и ставить диагнозы. Не всегда только по двухмерным сечениям возможно представить весь орган и его дефекты. Для этого двухмерные сечения должны быть представлены в таком виде, как видит органы хирург или анатом. Это также задача визуализации. Кроме того для анализа функционирования организма, необходимо не только видеть отдельные органы, но и видеть, как они работают, как движутся вещества. (Узи, радиоизотопная визуализация, некоторые томографы 4 поколения) Цели и задачи: 2. Какие есть методы визуализации внутренних органов? Методы визуализации: Методы интроскопии: Инвазивные методы: - эндоскопия 3. Виды электромагнитного и другого вида “невидимого” излучения? Электромагнитные волны охватывают огромный диапазон длин волн от 104 до 10-10 м. По способу получения можно выделить следующие области длин волн: а) радиоволны охватывают диапазон от 106 м до 1 мм. Здесь выделяют область длинных волн - не более 103 м, средних - от 103 до 100 м, коротких - от 100 м до 10 м, ультракоротких - от 10 м до 1 мм; б) ИК. Иногда в диагностике применяется температура. Приборы – тепловизоры. в) Видимый свет. Микроскопия, эндоскопия г) УФ, их длина от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути; Микроскопия. г) рентгеновские лучи. Они охватывают диапазон длин от 1 нм до 0,01 нм; д) область гамма-лучей с длинами волн менее 0,1 нм. Используется в радиоизотопной визуализации.
Звуковые волны: УЗИ 4. Закон затухания рентгеновского излучения в однородной и неоднородной среде Закон ослабления - Ф=Ф0*exp(mu*x), где Ф – прошедший поток рентгеновского излучения, Ф0 – исходный поток, mu – линейный коэффициент ослабления, x – расстояние в ткани mu=mu1+mu2+mu3 (когерентное+некогерентное рассеяния+фотоэффект)
Рентгеновское излучение в веществе рассеивается и поглощается. 1. Когерентное рассеяние. Hv<Aи (работа ионизации). Меняется
только направление hv. На ткань не влияет Слагаемые 2 и 3 влияют в зависимости от энергии (см mu в пункте 4). 10 кэВ – фотоэф 100%, Комптон -0%; 40кэВ – 75/25%; 80кэФ – 50/50%, 250кэВ – 1/99%.
Хорошо: кости, кишечник и желудок (если заполнить BaSO4), маммография,
сердце (КТ с двумя источниками).
- вредное излучение => редко можно применять 8. Какая энергия рентгеновского излучения используется при визуализации и почему? Характеристическое рентгеновское излучение поликристаллического анода рентгеновской трубки распространяется в пространстве изотропно, тогда как распространение тормозного рентгеновского излучения анизотропно. При малых напряжениях на рентгеновской трубке (до 20 – 30 кВ) тормозное рентгеновское излучение имеет максимальную интенсивность в направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной направлению движения электронов, возбуждающих рентгеновское излучение. При очень высоких напряжениях на рентгеновской трубке (более нескольких сотен тысяч кВ) почти все излучение распространяется в направлении движения пучка электронов и выходит наружу через пластинку анода Используется от от 20 до 150 кэВ. Больше – слишком сильное характеристическое излучение и меньше тормозное. Меньше - малое пропускание в тканях и излучение быстро затухает. 9. Устройство и принцип работы рентгеновской трубки (E, U, КПД)
Схематическое изображение рентгеновской трубки. X - рентгеновские
лучи, K - катод, А - анод (иногда называемый антикатодом), С - теплоотвод,
Uh - напряжение накала катода, Ua - ускоряющее напряжение, Win -
впуск водяного охлаждения, Wout - выпуск водяного охлаждения Nu=30Ггц КПД=0.01-4% 10. Рентгенооптические преобразователи (схема)
Электроннооптический преобразователь (ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах) в видимое. В основе действия РЭОП лежит преобразование рентгеновского изображения в электронное, осуществляемое с помощью фотокатода, и затем электронного изображения в световое (видимое), получаемое на катодолюминесцептном экране. В ЭОП изображение объекта проецируется (с помощью объектива) на фотокатод (при использовании рентгеновских лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно). Излучение от объекта вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с различных участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются с помощью электрического или (и) магнитного поля (образующего электронную линзу) и бомбардируют экран, вызывая его люминесценцию.
Оже-эффект - эмиссия электрона из атома, происходящая в результате безызлучательного перехода при наличии в атоме вакансии на внутренней электронной оболочке. Оже-процесс можно разделить на две стадии. Первая - ионизация атома внешним излучением (рентгеновским, быстрыми электронами, ионами) с образованием вакансии на одной из внутренних оболочек. Такое состояние атома неустойчиво, и на второй стадии происходит заполнение вакансии электроном одного из вышележащих уровней энергии атома. Выделяющаяся при этом энергия может быть испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, но может быть передана третьему атомному электрону, который в результате вылетает из атома, т. е. наблюдается оже-эффект. 12. Что такое томография? Томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством его многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях. Ранее под томографией понимался метод рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта. 13. В чем отличие томографического изображения от теневого? На томограммах в отличие от теневого изображения получают изображение
структур, расположенных в какой-либо одной плоскости, т.е. устраняется
эффект суммации
14. Что такое проекция (лучевая сумма), как она получается? Лучевая сумма – сумма параметров в проекции одного слоя. 15. Зависимость интенсивности прохождения излучения от коэф ослабления(формула) 16. В чем заключается эффект “хода с жесткостью”? Ход с жёскостью - зависимость эффективности (результатов счета) от энергии частиц
17. В чем измеряется коэфф ослабления? (формула перевода) После сканирования объекта и компьютерной обработки сигнала реконструируется графическое изображение среза. При этом каждой ячейке матрицы соответствует расчитываемый компьютером коэффициент абсорбции (КА) тканей, он же коэффициент ослабления, выражаемый в единицах Хаунсфилда (ед. Н, или Hounsfield Units, или HU). КА по смыслу аналогичен степени почернения рентгенограммы, т.е. он показывает на сколько ткань способна поглощать (ослаблять) рентгеновские лучи. Кость поглощает рентгеновские лучи сильнее других тканей и имеет наибольший КА (+800+3000 ед. Н). Воздух практически не поглощает и имеет наименьший КА (-1000 ед. Н). КА воды принят за 0. При этом, чем больше КА ткани, тем сильнее она поглощает излучение, тем меньше фотонов излучения доходит до детектора томографа и тем более белой она выглядит на КТ: кость самая белая, воздух самый черный. Т.о. различение нормальных и патологических образований на КТ производится по градациям перехода от черного к белому цвету (градациям серого цвета). КА является основной характеристикой КТ-изображения по плотности и в современных КТ колеблется от -1000 до +3000 ед. Н.
18. 4 поколения томографов. Сходства и отличия?
19. Сцинциляционный детектор. Некоторые вещества обладают способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д.). Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближённо пропорционально поглощённой энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения. Сцинтилляционные детекторы ядерных изучений — основное применение сцинтилляторов. В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на фотоприёмнике (как правило, это фотокатод фотоэлектронного умножителя — ФЭУ, значительно реже используются фотодиоды и другие фотоприёмники), преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или иной регистрирующей системой. Германат Висмута, Фторид Барий, Натрий Иод. Работоспособность счётчиков характеризуют следующими параметрами:
http://bsfp.media-security.ru/school13/20.htm 21. Основные формулы преобразования Фурье. Преобразование Фурье — преобразование функции, превращающее её в совокупность частотных составляющих. Преобразование имеет несколько форм, отличающихся постоянными коэффициентами.
http://bsfp.media-security.ru/school13/20.htm 25. Метод итераций - алгебраический метод восстановления (получевая коррекция) 26. Что такое радионуклиды? Радионуклиды — радиоактивные атомы. 27. Способы получения радионуклидов - облучение реакторными нейтронами: n+Mo-98=Mo-99+gamma E=0.63-100
эВ. (нужно потом разделить Mo-99 и Mo-98) 28. Чему равна энергия гамма квантов при визуализации изображения? Для сцинциляционных детекторов NaI: Тс-99m - 140 кэВ. Обычно от
100 до 200 кэВ. 29. Для чего в методе радиоизотопной визуализации необходим коллиматор? Коллиматор служит для селекции по направлению gamma -квантов, падающих на камеру. Побочные гамма-кванты зашумляют изображение. 30. Какие виды сканеров используются для радиоизотопной визуализации? - Двухкоординатный сканер. Коллиматор. Разрешение 1 см на 10 см
глубины. Несколько часов. Движется. 31. От чего зависит пространственное разрешение гамма камеры? От величины отверстия коллиматора. Существуют коллиматоры с параллельными (parallel-hole) отверстиями и коллиматоры Pin-hole (увеличивающий, как конус). Разрешение увеличивающего коллиматора также зависит от глубины источника излучения. Также возникает параллакс, который искажает изображение. Если L – длина отверстия, d – его диаметр, а z – расстояние от источника до коллиматора, то пространственное разрешение коллиматора Rc даётся выражением: Rc=d(L+z)/L 32. Типы радиоактивного распада - alpha-распад где А = p+n – массовое число, а Z = p – зарядовое число 33. Каким образом в гама камере определяются координаты источника?(Энгер) Для получения позиционной информации от аналоговых выходных устройств фотоумножительных трубок используется емкостная (а в последнее время и резистивная) схема. По относительной интенсивности выходных сигналов определяют координаты x и y сцинтилляционного события и создают четыре сигнала (x+, x–, y+, y–) для формирования изображения на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и (или) на запоминающем осциллографе. Полная интенсивность сигнала z (её не следует путать с пространственной координатой) даётся выражением z = x+ + x– + y+ + y– , а координаты x и y записываются в виде x = k(x+ – x–) / z, y = k(y+– y–) / z, где k – постоянная. Эти выражения иногда называют логическими соотношениями Энгера. 34. Для чего нужен одноканальный анализатор? Одноканальный анализатор или дифференциальный дискриминатор это
устройство, которое анализирует амплитуду входного сигнала и, если
она находится в установленных пределах (между нижним и верхним уровнями
дискриминации), генерирует стандартный логический импульс. 35. Эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)?
SPECT. В отличии от гамма-камеры способна получать трёхмерное изображение. 36. Чему равна энергия гамма квантов в ПЭТ? 511 кэВ 37. Почему в позитронном визуализаторе можно обойтись без коллиматора? Коллиматор не нужен, т.к. используется схема совпадений – датчики расположены напротив друг друга, чтобы засечь оба гамма-кванта, возникающих после аннигиляции и летящих в противоположенных направлениях. Если один гамма-квант летит в случайном направлении без своей пары, то он не будет засечён датчиками. А коллиматор служат именно для фильтрации гамма-квантов по направлению. 38. В чем преимущество ПЭТ перед ОФЭКТ? У ПЭТ выше разрешение, т.к. нет коллиматора. Литература:
|
, mu – линейный
коэффициент ослабления.
