روشهای تصویربرداری و فیزیک
روشهای تصویربرداری و فیزیک، حوزهای از آناتومی رادیولوژیک است که به اصول فیزیکی تولید تصاویر مقطعی و پروجکشن از بدن زنده و چگونگی تأثیر انتخاب روش تصویربرداری بر اطلاعات آناتومیکی قابل مشاهده میپردازد. این حوزه شامل روشهای پرتو یونیزان (رادیوگرافی، فلوروسکوپی، توموگرافی کامپیوتری، پزشکی هستهای)، تصویربرداری تشدید مغناطیسی و اولتراسوند میشود که هر یک با استفاده از سیگنال فیزیکی متفاوتی با بافت تعامل میکنند.
Definition
تصویربرداری تشخیصی شامل تکنیکهایی است که با تشخیص چگونگی تعامل یک پروب فیزیکی — اشعه ایکس، سیگنالهای رادیوفرکانسی از اسپینهای هستهای، امواج صوتی با فرکانس بالا، یا تابش ساطع شده از یک ردیاب — با بافت، نمایشهای بصری از ساختارهای داخلی بدن تولید میکنند.
Scope
این حوزه خواننده را با خانوادههای تصویربرداری تشخیصی مورد استفاده برای نمایش آناتومی آشنا میکند: هر روش چگونه کنتراست ایجاد میکند، چه کمیت فیزیکی را نقشهبرداری میکند و مبادلات بین وضوح فضایی، کنتراست بافت، زمان اکتساب و میزان مواجهه بیمار. این روشها را به عنوان ابزارهایی برای تجسم آناتومی طبیعی و متغیر، نه به عنوان راهنمایی برای تصمیمگیری بالینی، بررسی میکند.
Sub-topics
Core questions
- هر روش تصویربرداری چه سیگنال فیزیکی را تشخیص میدهد و آن سیگنال چه ویژگی بافتی را نقشهبرداری میکند؟
- چگونه وضوح فضایی، کنتراست، سرعت اکتساب و مواجهه با پرتو در روشهای مختلف با یکدیگر مبادله میشوند؟
- کدام روش تصویربرداری یک ساختار آناتومیکی یا نوع بافت خاص را بهتر نمایش میدهد؟
- شدت تصاویر چگونه کالیبره میشوند تا اندازهگیریها در اسکنرها و مراکز مختلف قابل مقایسه باشند؟
Key concepts
- کنتراست تصویر و منشأ فیزیکی آن
- وضوح فضایی و زمانی
- نسبت سیگنال به نویز
- پرتوهای یونیزان در مقابل غیر یونیزان
- تضعیف و مقیاس هانسفیلد
- آسایش بافت و امپدانس صوتی
- تصویربرداری کمی و استانداردسازی
Mechanisms
هر روش یک تعامل فیزیکی متمایز را نقشهبرداری میکند. رادیوگرافی و توموگرافی کامپیوتری تضعیف افتراقی اشعه ایکس توسط بافت را اندازهگیری میکنند، به طوری که سیتی یک نقشه مقطعی از تضعیف را در واحدهای هانسفیلد بازسازی میکند (Hounsfield, 1973). تصویربرداری تشدید مغناطیسی سیگنال تشدید مغناطیسی هستهای با وضوح فضایی هستههای هیدروژن را کدگذاری میکند و از تفاوتها در چگالی پروتون و زمانهای آسایش بهره میبرد (Lauterbur, 1973). اولتراسوند تصاویر را از پژواکهای امواج صوتی با فرکانس بالا در مرزهای امپدانس صوتی تشکیل میدهد. پزشکی هستهای و PET توزیع یک رادیوتریسر تجویز شده را نقشهبرداری میکنند، نه آناتومی را به طور مستقیم. از آنجا که کنتراست از خواص فیزیکی متفاوتی ناشی میشود، این روشها مکمل یکدیگر هستند و بسیاری از مبانی فیزیکی در متون استاندارد فیزیک پزشکی خلاصه شدهاند (Bushberg et al., 2012).
Clinical relevance
درک فیزیک روشهای تصویربرداری، اساس خوانش رادیولوژیک آناتومی طبیعی و واریانتهای آن است، زیرا یک ساختار بسته به سیگنال شناسایی شده، متفاوت به نظر میرسد. آگاهی از مواجهه با پرتوهای یونیزان، به ویژه از توموگرافی کامپیوتری، نحوه استفاده از تصویربرداری را به عنوان یک منبع جمعیتی مشخص میکند (Brenner & Hall, 2007). این مدخل نحوه تولید تصاویر آناتومی را توضیح میدهد و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Epidemiology
توموگرافی کامپیوتری به ویژه در بسیاری از سیستمهای بهداشتی به یک منبع اصلی و رو به رشد مواجهه با پرتوهای پزشکی تبدیل شده است که توجه را به توجیه و بهینهسازی دوز جلب کرده است (Brenner & Hall, 2007). تصویربرداری کمی — در نظر گرفتن اندازهگیریهای حاصل از تصویر به عنوان بیومارکر — استانداردهای رسمی اندازهشناسی را ایجاب کرده است تا مقادیر در دستگاهها و در طول زمان قابل مقایسه باشند (Sullivan et al., 2015).
History
رادیوگرافی پروجکشن پس از کشف اشعه ایکس توسط رونتگن در سال ۱۸۹۵ پدید آمد و برای دههها بر تصویربرداری آناتومیکی غالب بود. تصویربرداری مقطعی با توصیف توموگرافی کامپیوتری توسط هانسفیلد در سال ۱۹۷۳ وارد شد و در همان سال لاتربر نشان داد که تشدید مغناطیسی هستهای با وضوح فضایی میتواند تصاویر را تشکیل دهد و تصویربرداری تشدید مغناطیسی را پایهگذاری کرد. اولتراسوند و تصویربرداری پزشکی هستهای در همان دوره به بلوغ رسیدند و دهههای بعدی تصویربرداری کمی و استاندارد شده را اضافه کردند که در راهنمای اندازهشناسی کدگذاری شده است (Sullivan et al., 2015).
Key figures
- Godfrey Hounsfield
- Paul Lauterbur
- Allan Cormack
- Peter Mansfield
Related topics
Seminal works
- hounsfield-1973
- lauterbur-1973
Frequently asked questions
- چه چیزی روشهای تصویربرداری را از یکدیگر متمایز میکند؟
- هر یک سیگنال فیزیکی متفاوتی را تشخیص میدهد: تضعیف اشعه ایکس (رادیوگرافی، فلوروسکوپی، سیتی)، سیگنال تشدید مغناطیسی هستههای هیدروژن (امآرآی)، امواج صوتی بازتابی با فرکانس بالا (اولتراسوند)، یا تابش ساطع شده توسط یک ردیاب (پزشکی هستهای و PET). سیگنال تعیین میکند که چه ویژگی بافتی نقشهبرداری میشود و بنابراین چه کنتراستی دیده میشود.
- کدام روشها از پرتوهای یونیزان استفاده میکنند؟
- رادیوگرافی، فلوروسکوپی، توموگرافی کامپیوتری و پزشکی هستهای (شامل PET) از پرتوهای یونیزان استفاده میکنند، در حالی که تصویربرداری تشدید مغناطیسی و اولتراسوند از این پرتوها استفاده نمیکنند.