A DENSITOMETRIA FIZIKAI ALAPELVE

1
A DENSITOMETRIA FIZIKAI ALAPELVE

• Dr. Kári Béla
• Semmelweiss Egyetem
• Általános Orvostudományi Kar
• Radiológiai és Onkoterápiás Klinika

2
A Non-invazív in vivo suruség meghatározás
méréstechnikai módszere

• Non-invazív Roncsolásmentes
• In vivo Élo szervezetben
• Alkalmazható méréstechnikai módszerek
• a.) Mechanikai hullám mozgás (ultra hang)
  vezetoképességén alapuló technika
• b.) Elektromágneses hullám elnyelodésén,
• abszorpcióján alapuló eljárás
  (Röntgen
• -X ray- vagy ? sugárzás)

3
Elektromágneses hullám anyagon történo áthaladása
4
KÜLÖNBÖZO KÉP MODALITÁSOK
SPA
PFR
Profil Görbe Analízis
HR. CT Sagittal Slice
HR. CT Transverse Slices
5
SZEMI-KVANTITATÍV KIÉRTÉKELÉS
6
MICROFOCUS SÍKFILM (PFR) KÉPEK SZEMI-KVANTITATÍV
ANALÍZISE
PFR
Kiértékelés a Nordin index alapján
H
Nd
100
D1D2
D2
D1
H
7
A CT SZELETEK SZEMI-KVANTITATÍV ANALÍZISE
1
Plexi-üveg Tárgy tartó
2
3
Siemens Etalon Phantom
8
A SURUSÉG MEGHATÁROZÁS KVANTITATÍV MÓDSZERE
1.) A narrow beam geometriai modell alapján az
ismeretlen suruségu anyag ismert suruségu és
geometriájú közegbe helyezése 2.) A vizsgált test
méretéhez képest vékony, igen keskeny
sugárnyalábbal letapogatjuk a mérendo objektum
terét. 3.) Rögzítjük az egyes pontokban az
intenzitás változást mint a hely függvényét
I(r,Z(r)) I0
e-?Z(r),Ex , ahol r r(x,y,z) 4.) Az ismert
geometriájú és csillapítású közegbe helyezett
mérendo objektum helyi intenzitás csökkenése,
azaz lokális abszorpciója az objektum helyi
elektron denzitásától függ. 5.) A megfelelo
kalibrálási eljárásokkal a helyi abszorpció és a
lokális suruség megfeleltetése suruség
származtatása
9
FIZIKAI MODELL VÁZLATA
z
y
x
?(x,y,z)
?(x,y,z)
Az egyes fázisok jel-átalakítási fokozatai
10
A KÜLÖNBÖZO OBJEKTUMON MÉRT EREDMÉNYEK
x
x
x
11
KÖZEGBEN(?objgt?) LEVEGOBEN
12
KÖZEGBEN(Víz) LEVEGOBEN
13
TEFLON GYURUKÖZEGBEN(Víz) LEVEGOBEN
D E
14
A JELÁTALAKÍTÁST ZAVARÓ TÉNYEZOK (S/N)
1.) Véges spektrum vonal szélesség, véges energia
felbontóképesség. 2.) Szórt sugárzásból eredo
hibák
(Compton szóródás) 3.) A Poisson zaj, amely
minden quantum esemény számlálásakor
elofordul. 4.) A véges kollimálás, véges
mintavételi lépésekbol származó zajok.
15
A FIZIKAI MODELLEK KLINIKAI GYAKORLATI
ALKALMAZÁSA
Különbözo geometriai, mérési elrendezések 1.)
Egyfoton abszorpciós technika
a.) SPA Single Photon Absorptiometry (?
forrás) b.) SXA Single
X-ray Absorptiometry (X-ray forrás)
Vízkádas és mandzsettás
kialakítás 2.) Két foton abszorpciós
technika a.) DPA Dual
Photon Absorptiometry (? forrás)
b.) DXA Dual X-ray Absorptiometry (X-ray
forrás) Egésztest és
végtagmérés elrendezések
16
EGY FOTON ABSZORPCIÓS TECHNIKA
Alkalmazása Elsosorban alkar csont ásványi
anyag tartalmának meghatározására
Vízkádas megoldás
Mandzsettás elrendezés
17
AZ ALKAR MÉRÉS SCAN TECHNIKÁJA
A mérés modellje
A méréstechnika alapfeltétele
Kétállapotú modell Csontszövet
Lágyrész
18
A KÉTÁLLAPOTÚ MODELL
Profil görbe
19
BMC és BMD SZÁRMAZTATÁSA
BMC Bone Mineral Content a scan profil mentén
g/cm BMD Bone Mineral Density a scan terület
mentén g/cm2 További feltételek T D(x)
t1(x) t2(x) constant Állandó lágyrész
vastagság biztosítása !!!! Ix (x) I0 exp- ?b
D(x) .exp- ?s(T D(x) I0 I0 exp- ?s T
A kétállapotú modell és az állandó lágyrész
vastagsából adódik r2
r2
r2 BMC ? D(x) dx 1/(?b -
?s) ? ln I0/ Ix(x) dx K ? lnI0/Ix(x) dx


r1 r1
r1 ,ahol K (mineral
constant) 1 /(?b - ?s)
Kalibrálni célszeru
20
A KALIBRÁLÁS MINT A DENZITÁS MÉRÉS ALAPJA
A K értéket egy ismert ún. ETALON fantom
segítségével határozzuk meg, melynek értéke
ismert és állandó hosszú idore.
BMCeta ETA (g/cm)

rE2 Így
behelyettesítés után BMCeta ETA K?
ln I0/Ix(x) dx

rE1
rE2 K ETA(known BMC) / ?
ln ( I0/Ix(x) dx ETA / INTG(E) rE2
rE1
, ahol INTG(E) ? ln
(I0/ Ix ) dx

rE1
21
KALIBRÁLÓ és ETALON FANTOMOK
1.4g/cm
0.5g/cm
1.00g/cm
22
A KALIBRÁLÓ FANTOM ELLENÖRZÉSE
23
A DUAL FOTON DENSITOMETRIA MÉRÉSTECHNIKAI ALAPJAI
A méréstechnika peremfeltételei 1.) A
rendszer kétállapotúnak tekintendo LÁGYRÉSZ
CSONT 2.) Az állandó lágyrész vastagság
feltétele nem szükséges Alkalmazott
sugárforrások I. DPA esetén két vonalas
spectrumú ? sugárforrást alkalmazunk Pl.
I125 (28keV) ? Am241(60keV), vagy Gd153 (44keV ?
100keV) II. DXA esetén két X-ray energiájú
Röntgen forrást alkalmazunk az
Ex-ray (40 ? 100)keV tartományban -
Nagyságrendileg nagyobb állandó foton fluxus
biztosítható, sokkal precízebb
sugárnyaláb kollimálással.
24
A DUAL FOTON ABSZORPCIOMETRIA MUKÖDÉSE
Jelölje I0, I intenzitásokat valamint ?s ?b
abszorpció koefficienseket az E energián az ms és
mb tér részben (az s index lágyrészt, míg b a
csontot jelöl). Az E energián mindezt jelölje
I0, I valamint ?s ?b. A következo egyenlet
rendszer jellemzi a jelenséget I I0 exp(
-?sms - ?bmb) E energián I
I0exp(-?sms - ?bmb) E energián Az egyes
intenzitások méréssel, míg az abszorpció
koefficiensek kalibrációval direkt mérhetok. Így
az ismeretlen ms és mb tér részek eképp
fejezhetok ki az egyenletek megoldásával
25
AZ ABSZORPCIÓS TÉR RÉSZEK SZÁRMAZTATÁSA
ms -?bln(I/I0) ?b ln(I/I0) / ?s?b -
?s?b mb -?s ln(I/I0) ?sln (I/I0) /
?s?b - ?s?b , ahol kísértetiesen hasonlít
a nevezoben lévo tényezo az egy
fotonabszorpciós esetben kapott eredményhez,
ahol a lágyrész vastagság T const esetén
K1/(?b - ?s) A DPA és DXA rendszereket is
KALBRÁLNI kell!!
NORLAND DXA Etalon Csont fantomja
26
DPA és DXA BERENDEZÉSEK
PolyScan DPA
LUNAR DXA
27
SZOLGÁLTATOTT EREDMÉNYEK
V Í Z K Á D A S
S P A
28
LUNAR DXA FEMUR NECK
29
LUNAR DXA SPINE
30
LUNAR DXA SPINE QUANTITATIVE DATA
31
AZ OSTEDENZITOMETRIA JÖVOJE A KUTATÁSOKBAN ÉS
KAPCSOLATA MÁS TÁRS-SZAKMÁKKAL
Egy rövid áttekintés azon kutató és fejleszto
munkákról, amelyek meghatározó szerepet
játszhatnak a jövo diagnosztikai eljárásaiban. E
munkákban az I. Belklinika Radiológiai és
Onkoterápiás Klinika valamint a Mediso Ltd.
Research Centre Jülich Radiológiai Klin.
vállalt nagy szerepet.
32
DIGITÁLIS KÉPALKOTÁS, KÉPFELDOLGOZÁS
DICOM
33
Csont (Kisállat) 2D Kvantitatív Analízise a Lágy
Rtg. Sugárzással Készült Digitalizált Felvételeken
Corticalis csontállomány Trabecularis
csontállomány
34
A CT SILCE-k KVANTITATIVE ANALÍZISE
Transversal Slices of small animal bone
Transversal Slices of small animal bone
ROI Types
ROIe (external)
ROIp
NROIp
Bone Transverse slices
Plexiglass Object holder
Np
ROI cursor position
Transversal Slices of small animal bone
Transverse Slice of SPA Calibration Phantom
Normal Segment
ROIi
ROIi (internal)
NROIi
Ni
ROIe
35
SPA KALIBRÁLÓ FANTOM ÖSSZEHASONLÍTÓ MÉRÉSE
SPA Eredmények
CT Eredmények
ltBMCHypergt ltBMCNormalgt
ltATTHypergt ltATTNormalgt
1.318
1.312
ltBMCNormalgt ltBMCHypogt
ltATTNormalgt ltATTHypogt
2.095
2.084
36
A CSONTSZERKEZET FUNKCIONÁLIS VIZSGÁLATA

• 3D Mouse bone study
• 20mCi MDP
• 60 projections, ROR 47mm
• Reconstruction 11 iterations
• Resolution 1.6mm

NanoSPECT/CT?
Jaszczak
1.6mm
Mediso Ltd. / Research Center Jülich
37
KISÁLLAT CSONTSZERKEZET NAGY FELBONTÁSÚ
FUNKCIONÁLIS VIZSGÁLATA

• Mouse Bone Study by ZOOM application
• Tc-99m MDP
• Radius of rotation 29mm
• 60 proj., 315.000 counts
• Reconstruction 11 iterations

43 mm
Mediso Ltd. / Research Center Jülich
38
KÉP-FÚZIÓ KIS ÁLLAT KÍSÉRLETBEN
MRI
NM
Schering Research Centre, Berlin / Mediso Ltd. /
Radiológiaiés Onkoterápiás Klinika
39
A FUZIONÁLT KÉPEK 3D PRESENTÁCIÓJA

• SPECT - MRI
• Mouse bone study (MDP)
• Pancreas tumor study (Gastrin)

Mediso Ltd./Research Center Jülich
40
A CSONTDENSITOMTRIA MÉRÉSTECHNIKAI ÖSSZEGZÉSE
PFR SPA/SXA
DEXA
FUSION
CT
41
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ÉS A TÜRELMET