Osnove slikovnih tehnik v biomedicini - IJSlbf.ijs.si/Biofizika/SlikovneTehnike/osn_slik_teh_v_biomed_uvod_zoran.pdf · aktivnih substanc (sladkorji, amino kisline, nukleozidni analogi,

1

Zoran Arsov Laboratorijska biomedicina, Osnove slikovnih tehnik v biomedicini

Osnove slikovnih tehnik v biomedicini


PET/CT preiskava je sestavljena iz dveh delov: pozitronske emisijske tomografije (PET) in računalniške tomografije (CT). PET je funkcionalna slikovna preiskava, pri kateri s pomočjo vbrizganih radiofarmakov – biološko aktivnih substanc (sladkorji, amino kisline, nukleozidni analogi, hormoni, …) označenih s pozitronskimi sevalci zaznavamo razne biološke procese v telesu.

Po razpadu + pozitron potuje po telesu nekaj milimetrov. Pri tem se upočasni in trči s svojim antidelcem elektronom. Pri tem trku se delec in antidelec anihilirata pri čemer se sprosti energija delcev v obliki svetlobe oz. elektromagnetnega valovanja (gama žarki).

PET s pomočjo v obroč razporejenih detektorjev okrog preiskovančevega telesa zaznava in beleži čas in položaj izsevanja svetlobe.

Sočasno izvedena računalniška tomografija (CT) omogoča natančno lokalizacijo PET vidnih procesov v telesu.

Kratka razlaga tehnike za pridobitev naslovne slike

2


Sestava aparature za slikanje

Interakcija med snovjo in valovanjem (delci)

OPAZOVANA SNOV / PRIPRAVA VZORCA

IZVORvalovanja (delcev)

„OPTIKA“

„OPTIKA“

DETEKTOR

VALOVANJE

• radiografija (X-ray)

• računalniška tomografija (CT)

• slikanje z magnetno resonanco (MRI)

• optična (fluoresc.) mikroskopija

• infrardeča/ramanskamikroskopija

• enofotonska emisijska računalniška tomografija (SPECT)

• fotoakustično slikanje

• slikanje z ultrazvokom

DELCI

• elektronska mikroskopija

• pozitronska emisijska tomografija (PET)

• nevtronsko slikanje


Nabor slikovnih tehnik

3


Spekter svetlobe (EM valovanja)


Sklopitev svetlobe in zvoka – fotoakustično slikanje

To create a photoacoustic (PA) image, pulses of laser light areshone onto the tissue being scanned. This heats the tissue bya tiny amount—just a few thousandths of a degree—that isperfectly safe, but is enough to cause the cells to expand andcontract in response. As they do so, they emit sound waves inthe ultrasonic range. An array of sensors placed on the skinpicks up these waves. The degree to which a particularwavelength of light is absorbed depends on the type of tissue,which in turn provides the contrast.

A poorly differentiated infiltrating carcinoma can hardly be localized in the mammography image, but it can be easily visualized in the PAT image, with well‐defined boundaries.

4


Primerjaj med metodami!!

• občutljivost

• razmerje signal/šum

• dinamični razpon

• prostorska ločljivost

• časovna ločljivost

• osnovni princip nastanka slike

• pogoji priprave opazovanega sistema

• komponente aparatur oz. opreme

dinamičnirazpon

občutljivost(razmerje signal/šum)


5


prostorskaločljivost

časovnaločljivost

spektralnaločljivost


Kontrast –zaznavanje robov/mej

Pridobljene slike na koncu vednoPOGLEDAMO Z OČMI!!

6

Kako je oko zgrajeno ?

Senzorski sistem

Filtrirni sistem

(mrežnica)

(roženica)

(Beločnica)

(optični živec)(šarenica)

(zrklo)

(zenica)

(leča)

Optični sistem



svetloba

Intricately wired neurons in the retina allow a good deal of image assembly to take place in the eye itself. It is estimated that scientists understand about half of the interactions among the cells in this delicate piece of tissue. Signals pass from the photoreceptors through a series of neural connections toward the surface of the retina, where the ganglion-cell nerve-fiber layer relays the processed information to the optic nerve and into the brain.

7

Primerjava z umetnim optičnim senzorjem

Očutljivost ločljivost elementi

(receptorji / zivčna vlakna)

Pretok informacij

Oko 10-9 - 102 W/m2

(110+20 dB)

0.5 ‘, 1 nm

25 ms

130 M / 1 M 109 bit/s

(filtrirano)

Dig.Fotoap.

10-13 – 10-5 (-3) W/m2

(70 dB)

0.1’

100 ms

6 M / 2 M 108 bit/s

(grobo)

• Zaradi katerih lastnosti je torej človeško oko tako izjemen senzorski sistem?


• ob optični osi (fovea in do 15°) vidimo – ostro in barvno sliko

– le v pogojih dovolj močno osvetlitve

• izven optične osi (nekaj mm stran oz. več kot 20°) vidimo– manj ostro in črnobelo sliko

– z veliko občutljivostjo torej tudi v pogojih izredno šibke osvetlitve


8

POLJE ZAJEMA SIGNALA



9

Od optične slike do informacije v optičnem živcu

Senzorski sistem

Optični sistem

Filtrirni sistem

slika

fokusiranaslika

gruča živčnih signalov

Kontrastirani živčni signali in signali kompleksnejših

geometrij

Lom svetlobe, uklon na reži, odvisnost loma od valovne dolžine

Absorbcija fotona, nastanek membranskega potenciala, ionski tokovi

Interakcije protein-ligand, zlivanje membran, difuzija



10


Efekt filtrirnega sistema


11



Različni tipi iluzij

Prikazane slike so iz članka, ki je dostopen na naslovuhttp://physiology.elte.hu/gyakorlat/cikkek/Visual%20illusions%20and%20neurobiology.pdf

Še več iluzij na naslovuhttp://www.optillusions.com/

12



13


• Program: Laboratorijska biomedicina

• Predavanja (Šolski center Ljubljana, Uč. 309):doc. dr. Zoran Arsov (uvod; mikroskopije)IJS - Odsek za fiziko trdne snovi, Laboratorij za biofiziko

izr. prof. dr. Igor Serša (MRI, UZ)IJS - Odsek za fiziko trdne snovi, Laboratorij za slikanje z magnetno resonanco

doc. dr. Damijan Škrk (CT)Uprava RS za varstvo pred sevanji

doc. dr. Ivana Žagar (PET)Onkološki institut

• Seminarske vaje bodo izvedene v laboratorijih kot prikaz tehnik



PREDAVANJA• Uvod• Mikroskopije• Slikanje z magnetno resonanco• Računalniška tomografija • Slikanje z ultrazvokom• Pozitronska emisijska tomografija

SEMINARSKE VAJE (v 2 skupinah, udeležba obvezna)• mikroskopije• MRI• PET/CT


14

Preverjanje znanja

• Pisni izpit: preverjanje razumevanja snovi predavanj in seminarskih vaj


Documents

Osnove slikovnih tehnik v biomedicini - IJSlbf.ijs.si/Biofizika/SlikovneTehnike/osn_slik_teh_v_biomed_uvod_zoran.pdf · aktivnih substanc (sladkorji, amino kisline, nukleozidni analogi,