Chất cản quang và đặc điểm tín hiệu mô

Lĩnh vực này đề cập đến lý do tại sao các mô khác nhau xuất hiện sáng hoặc tối trên hình ảnh y tế và cách các chất cản quang được tiêm hoặc uống làm thay đổi hình ảnh đó. Mỗi phương thức chẩn đoán hình ảnh đo lường một tính chất vật lý riêng biệt của mô — độ suy giảm tia X trong chụp cắt lớp vi tính (CT), sự thư giãn từ hạt nhân trong chụp cộng hưởng từ (MRI) và sự phản xạ âm thanh trong siêu âm — do đó, cùng một cấu trúc giải phẫu có thể trông rất khác nhau tùy thuộc vào cách nó được chụp ảnh.

Definition

Đặc điểm tín hiệu mô là các đại lượng vật lý đặc trưng cho từng phương thức (độ suy giảm tia X, thời gian thư giãn từ, độ phản xạ âm thanh) quyết định cách một mô được thể hiện trong hình ảnh; chất cản quang là các chất được đưa vào cơ thể để thay đổi các đại lượng đó và tăng sự khác biệt giữa các cấu trúc liền kề.

Scope

Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về cơ sở vật lý của độ tương phản hình ảnh trên ba phương thức cắt ngang chính và các tác nhân được sử dụng để tăng cường độ tương phản đó. Nó nhóm ba chủ đề: đơn vị Hounsfield và độ suy giảm CT, cường độ tín hiệu MRI và sự thư giãn của mô, và độ hồi âm siêu âm và trở kháng âm thanh. Nó coi đây là các khái niệm tham chiếu để hiểu giải phẫu học X quang, chứ không phải là các giao thức để lựa chọn hoặc sử dụng các tác nhân ở bệnh nhân.

Sub-topics

• Đơn vị Hounsfield và Độ suy giảm CT
• Cường độ tín hiệu MRI và sự thư giãn của mô
• Độ hồi âm và trở kháng âm trong siêu âm

Core questions

• Mỗi phương thức chẩn đoán hình ảnh thực sự đo lường tính chất vật lý nào của mô?
• Tại sao cùng một cấu trúc lại hiển thị độ sáng tương đối khác nhau trên CT, MRI và siêu âm?
• Chất cản quang làm thay đổi độ suy giảm, sự thư giãn hoặc độ phản xạ được đo như thế nào?
• Điều gì quyết định một cấu trúc xuất hiện sáng hay tối trên một chuỗi hoặc lần quét nhất định?

Key concepts

• Độ tương phản hình ảnh
• Độ suy giảm tia X
• Thư giãn từ (T1 và T2)
• Trở kháng và phản xạ âm thanh
• Chất cản quang chứa iod, gốc gadolinium và vi bọt
• Tạo tín hiệu đặc trưng theo phương thức

Mechanisms

Trong CT, độ tương phản phát sinh từ sự khác biệt về độ suy giảm tia X, được biểu thị trên thang Hounsfield, và các tác nhân chứa iod làm tăng độ suy giảm ở những nơi chúng tích tụ. Trong MRI, độ tương phản phản ánh sự khác biệt về mật độ proton và thời gian thư giãn T1 và T2 của mô, mà các tác nhân thuận từ như chelate gadolinium làm rút ngắn để làm sáng mô tăng cường. Trong siêu âm, độ tương phản phản ánh mức độ phản xạ âm thanh mạnh mẽ tại các giao diện giữa các mô có trở kháng âm thanh khác nhau, và các tác nhân vi bọt chứa khí bổ sung các bộ phản xạ cộng hưởng mạnh mẽ trong dòng máu. Trên cả ba phương thức, chất cản quang hoạt động bằng cách phóng đại một cách chọn lọc sự khác biệt vật lý vốn đã đặc trưng cho từng phương thức giữa các mô.

Clinical relevance

Việc hiểu rõ mỗi phương thức đo lường điều gì giải thích tại sao một cấu trúc có thể dễ nhận thấy trên một lần quét và vô hình trên một lần quét khác, điều này là cơ bản để diễn giải giải phẫu học X quang. Lĩnh vực này mô tả cơ sở vật lý của hình ảnh và không phải là hướng dẫn để lựa chọn, định liều hoặc sử dụng các tác nhân cản quang ở từng bệnh nhân.

Evidence & guidelines

Các nguyên tắc vật lý được tóm tắt ở đây là tài liệu giáo khoa trong vật lý hình ảnh y tế, được củng cố trong các tài liệu tham khảo như Bushberg và các đồng nghiệp. Các mô tả thực nghiệm mang tính đột phá của chính các phương thức — Hounsfield cho CT và Lauterbur cho MRI — vẫn là những điểm tựa lịch sử, trong khi các đánh giá cụ thể theo phương thức mô tả các tác nhân được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản.

History

Độ tương phản hình ảnh cắt ngang trở nên có thể đo lường được với mô tả của Hounsfield năm 1973 về chụp cắt lớp vi tính, trong đó gán cho các mô các giá trị suy giảm số, và với minh chứng của Lauterbur năm 1973 rằng cộng hưởng từ hạt nhân được mã hóa không gian có thể tạo ra hình ảnh. Siêu âm và các tác nhân cản quang của nó phát triển song song, và các đánh giá chuyên biệt sau đó đã hệ thống hóa cách các vi bọt và các tác nhân khác tăng cường tín hiệu đặc trưng theo phương thức.

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Paul Lauterbur

Seminal works

• hounsfield-1973
• lauterbur-1973

Frequently asked questions

Tại sao cùng một cơ quan lại trông khác nhau trên CT, MRI và siêu âm?

Mỗi phương thức đo lường một tính chất vật lý khác nhau — độ suy giảm tia X, sự thư giãn từ hoặc phản xạ âm thanh — do đó, độ tương phản giữa một cơ quan và môi trường xung quanh nó phụ thuộc vào tính chất nào đang được lập bản đồ.

Chất cản quang thực sự làm gì với hình ảnh?

Chúng thay đổi một cách chọn lọc đại lượng vật lý mà một phương thức đo lường — làm tăng độ suy giảm tia X, rút ngắn thời gian thư giãn hoặc thêm các bộ phản xạ âm thanh mạnh mẽ — để các cấu trúc tăng cường nổi bật hơn so với mô liền kề.