TIPTA GÖRÜNTÜLEME YÖNTEMLERİNİN BİYOFİZİĞİ Prof. Dr. M. Tunaya KALKAN C Cerrahpaşa h T Tıp F Fakültesi kült i Biyofizik Anabilim Dalı 1 GİRİŞ: İ İ İnsanın içç organlarının g anatomik,, fizyolojik y j ve patolojik özelliklerinin belirlenmesi. Morfolojik ve fonksiyonel, makroskobik ve mikroskobik ik k bik olarak l k iç i yapıların l görüntülenmesi. ö ü tül i Amaç insana, özellikle hastaya mümkün ğ kadar zarar vermeden ve onu rahatsız olduğu etmeden en kısa zamanda iç organların yapısı hakkında kaliteli ve hızlı bilgi toplamak. toplamak 2 Hekim hangi görüntüleme yönteminin uygun ğ karar verecektir. olacağına a)Hastaya en az zararı vermek b)Hızlı görüntü almak c)Kaliteli )K lit li görüntü ö ü tü elde ld edebilmek d bil k d)Farklı yapı ve yoğunluktaki dokuları ayırt edebilmek y y izleyicilik y yapabilmek y p e)) Biyokimyasal f) Ekonomik olmak 3 1) GÖRÜNÜR IŞIK İLE GÖRÜNTÜLEME (ENDOSKOPİ) g aydınlatılabilmeli, y , y yansıyan y ışık ş İçç bölgeler dışarıya kayıpsız dışarı alınabilmeli. Fiber optik liflerin yüksek optik kırma indisine sahip hi olmalarından l l d dolayı d l ışık, k lifin lifi içinden i i d dışarıya d çıkmadan bir uçtan diğer uca tam yansımalarla iletilebilir. 4 Optikçe O tik saydam d bi ortamdan, bir t d başka b k optikçe tik saydam ortama geçen ışığın hızı değişir (örneğin havadan suya). Hızı değişen ışık bir noktadan bir başka ş noktaya y en kısa zamanda ulaşabilmek ş için ç yönünü değiştirir yani kırılır. Eğer ışık optikçe az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçiyorsa, gelen ışının normal (iki ortamı ayıran düzleme dik doğrultu) ile yaptığı açının ikinci ortama geçtiğinde küçülmesi (KIRILMA) şeklinde olur (Şekil 1,a). 5 Şekil 1,a. Optikçe az yoğun ortamdan (ör: hava) gelen ışık çok yoğun ortama (ör: cam veya su) geçtiğinde normale yyaklaşarak ş kırılır (ß< ( α).) 6 Şekil 1,b. Optikçe çok yoğun ortamdan (ör: su veya cam) az yoğun ortama (ör: hava) geçen ışık normalden uzaklaşarak kırılır (ß> α). 7 Şekil 1,c. Işık optikçe çok yoğun ortamdan az yoğun ortamdan, t d optikçe tik az yoğun ğ ortama t SINIR AÇISI (S) ile gelirse kırılan ışık iki ortamı ayıran yüzeyi yalayarak (ß =900) gider. 8 Şekil 1,d. Optikçe çok yoğun ortamdan az yoğun ortama t gelen l ışığın ğ normalle ll yaptığı t ğ açı, sınır açısından büyükse ışık aynı ortama TAM YANSIMA ya uğrar (α >sınır açısı). 9 Şekil 1,e. Fiber optik liflerin bir ucundan giren ş defalarca tam yyansımaya y uğrayarak ğ y diğer ğ ışık, uçtan çok az kayıpla çıkar. 10 Bir endoskopi aracının içinden geçerek vücut içinde k kesme, dikme, dik parça alma, l enjeksiyon j ki yapabilme, bil sıvı verme veya sıvıyı geri emme gibi işlev görebilecek bir çok ek parça vardır (Şekil 1,f). 11 Şekil 1,g. Tipik bir endoskopi cihazı. 12 Endoskopi araçlarının kullanımında en önemli iki unsur optik fiber liflerdir. a) Işığı hastanın iç bölgelerine gönderen ve bu bölgelerin aydınlanmasına yardımcı olan bir lif. b) Aydınlatılan iç organlardan yansıyarak gelen ışığı dışa, dışa hekimin gözüne getiren lif (çoğu zaman aynı lif). Bunların dışında amaca uygun olarak yapılacak işlemleri kolaylaştıran bazı ek parçalar vardır. vardır a) Optik lifi istenen organa yönlendirip istenen bölgeye ulaşmasını sağlayan mekanik bir bölüm. bölüm b) Gereğinde bu organda yapılması gerekli cerrahi işlemler veya biyopsi alınabilmesi için uç kısma takılan cerrahi aletler 13 (Şekil 1,f). c) Işığı kontrol eden sistemler sistemler, mercek ve aynalardan oluşan optik sistemler. d) Görüntüyü gereğinde ekrana aktararak büyüten elektronik sistemler. e) Bunların dışında uygulanacak cerrahi girişim (laparoskopi) için vücut dışından içeriye ikinci, ikinci üçüncü hatta dördüncü giriş kanalı açılarak buralardan ek araçlar sokularak uygulamalar kolaylaştırılabilir. kolaylaştırılabilir Doku boşluklarına karbondioksit gibi gaz veya serum fizyolojik, ringer gibi sıvı enjekte edilerek şişirilir ve görüş alanları genişletilir. genişletilir 14 Şekil 1,h. Endoskopi ile yapılan bir artroskopi uygulamasında diz içi dokuların 15 monitörde görüntülenmesi. Ş kil 1,i. Şekil 1 i Endoskopi E d k i ile il görüntülenen ö ü tül bazı b alanlar. l l 16 Endoskopinin avantajlarını şöyle sıralayabiliriz; a) Doğrudan görünür ışık ile doğal ve renkli görüntü sağlar. b) Hastaya H zararlı l ışın kullanmaz k ll c) Uygulanması nispeten kolaydır. d) Gereğinde biyopsi alınabilir. e) Gereğinde cerrahi işlem olanakları vardır. 17 Ancak bazı olumsuz y yönleri de vardır. a. Vücudun her yerine özellikle boşluğu olmayan yerlerine girilemez (beyin veya karaciğer içi g ) gibi). b. Bir çok bölgeye giriş için lokal anestetik gereklidir. c Dar bölgelerde dolaşım zorlanır ve etkilenir. c. etkilenir d Geniş alanlarda cerrahi girişim için yetersiz d. kalır. 18 X-IŞINLARI (Röntgen) Alman fizikçi Wilhelm Konrad Röntgen 1896 da çalışmaları l l sırasında d ne olduğunu ld ğ açıklayamadığı kl dğ ışınları bilinmeyen ışınlar (x-ışınları) olarak adlandırdı. Bu ışınlar canlı organizmalarda yumuşak dokulardan geçebiliyor, kemik gibi yoğun dokularda kısmen tutuluyordu. Ayrıca fotoğraf plağını etkileyebiliyordu. etkileyebiliyordu 19 Ş kil 2.b. Şekil 2 b Katot K ışın tüpünün ü ü ü şematik ik resmi. i 20 Burada katottan anoda elektrik alanda hızlandırılmış yüzeye y ççarptığında p ğ elektronlar anottaki sert metal y birden durur. Bu çok yüksek değerdeki negatif ivme sonucu yüksek frekanslı elektromanyetik alan ortaya çıkartır. E ji açısından Enerji d b k bakarsak, k elektronun l kt k kazanmış olduğu kinetik enerji elektromanyetik ışın enerjisine dönmüş olur. ½ m.v2= h.f (m=elektronun kütlesi, v= elektronun anota çarpma anındaki hızı, hızı 21 h=6,67.10-34plank sabiti, f= x-ışınının frekansı) Enerjini bir kısmı ısıya dönüştüğünden elektronların çarptığı plaka ısınacak ve yıpranacaktır. Bunu önlemek için bu plaka döndürülerek elektronların farklı yerlere çarpması sağlanır. Ayrıca soğutularak ömrü uzatılmaya l çalışılır. l l 22 Anot katot arasındaki gerilim farkı (elektrik alan) arttırılıp l azaltılarak l l k elektronun l k hızı h ddeğiştirilebilir. i i il bili Hızlı elektronun enerjisi yüksek olacağından negatif ivmesi fazla olacaktır. Böylece oluşturulacak l l k x-ışınının frekansı f k artacaktır. k Şiddet ve frekansına bağlı olarak x-ışının x ışının yoğun maddeye girişkenliği değiştiğinden fotoğraf plağındaki l ğ d ki etkisi ki i farklı f kl olacaktır. l k Sonuçta S fil film kalitesindeki aydınlık veya karanlık basit elektriksel bir düzenekle ayarlanabilmektedir. 23 Şekil 2.a. 2 a Katot ışın tüpünden çıkan x-ışınları x ışınları değişik yoğunluklardaki maddelerde değişik oranlarda l d tutulduğundan t t ld ğ d ffotoğraf t ğ f plağında l ğ d ddeğişik ği ik 24 oranlarda negatif film izi bırakmaktadır. a) Röntgen gibi görünür ışıktan daha yüksek frekanslı elektromanyetik ışımalar canlılar özellikle insanlar için zararlı etki yapabilirler dolayısıyla kontrollü olarak kullanılmalıdır. b) Bu nedenlerle çok sık Röntgen çektirmek, çektirmek hamilelerin Röntgen ışınlarına maruz kalmaları sakıncalıdır. c) Ayrıca anatomik görüntü kalitesinin düşük olmasının yanında, d) Metabolik M t b lik olayları l l iizleme l olanağı l ğ dda yoktur. kt 25 Röntgenin birçok yararlı yanları da vardır. vardır a) Kısa sürede görüntüleyebilmesi, b) Bunu oldukça uygun fiyatla yapabilmesi, c) Cihazı kullanımının ve kuruluşunun kolay olması, d) İyi İ i teşhis hi bilgisi bil i i vermesi, i e)) Tüm vücut görüntüleyebilmesi, g y , f) Kontrast madde kullanımı ile yumuşak dok dan da iyi dokudan i i görüntü vermesi, ermesi yüzyıldan fazladır kullanımda kalmasının nedenlerindendir. 26 Tomografi: g bir g görüntüleme y yöntemi değil, ğ , Tomografi görüntüleme yöntemlerinde kullanılabilen bir tekniktir Bu teknikte görüntülenecek dokuların tekniktir. belli bir kesitinin ön plana çıkması arzu edilmektedir. dil kt di Bunun için bir kesitin netleştirilmesi yerine bu ğ kesitin alt ve üstündeki kesitlerin netliğini bozulması, (flulaştırılması) esasına dayanır. 27 Bilgisayarlı Tomografi (BT) (Computerised Tomography-CT): g J.N. Haunsfield 1972 Nisanında İngiltere’de radyoloji enstitüsünde ince zayıf x-ışını kullanarak bir kesiti tarama ve sintilasyon kamarasında sinyalleri okuyarak bilgisayarda d ğ l di i değerlendirip çok k nett görüntüler ö ü tül almayı l başarmıştır. Bu çalışmasıyla 1979 da Nobel ödülü aldı). 28 Bilgisayarlı Tomografide kullanılan ince ve zayıff x-ışınlarının l ddokudan k d geçen, ttutulan t l ve yansıyanları doku çevresine yerleştirilen dedektörlerle taranır. Bu ölçümler bilgisayarda değerlendirilerek görüntü ekranda veya fotoğraf filminde elde edilir. Bu görüntüler tekrarlanarak yada başka kesitler için de görüntüler elde edilebilir. 29 MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLEME TEKNİĞİ (MR) 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
