Piltdiagnostika

Piltdiagnostika on patsiendi siseelundite visuaalne kujutamine diagnoosimise hõlbustamiseks. Piltdiagnostikaks kasutatakse röntgenikiirgust (röntgenuuring; näiteks mammograafias ja kompuutertomograafias, raadiolaineid (magnetresonantstomograafias), gammakiirgust (tuumameditsiinis) ja ultraheli (ultraheliuuring). Kõik piltdiagnostika valdkonnad rakendavad energiat, mis suudab mitte ainult läbistada keha kudesid, vaid ka neid mõjutada. Juhul, kui energia läbib patsiendi keha, aga ei mõjuta seda (mis tähendab vastastikmõju puudumist), siis ei sisalda see energia hiljem mingit kasulikku informatsiooni keha sisemisest anatoomiast. Radiograafia (nimetatud ka röntgenograafiaks) oli kõige esimene piltdiagnostika tehnoloogia. Patsiendist ühel poolel asub röntgenikiirguse allikas ja teisel pool detektor. Kasutatakse lühiajalist (tavaliselt kuni 0,5 sekundit) impulssi. Röntgenikiirguse lainete ja inimkeha kudede vahel esineb vastastikune toime. Mõned röntgenikiired läbivad keha ja jõuavad detektorini, kus toimub radiograafilise kujutise vormistamine. Kiirte ühtlane jaotus, mis jõuavad patsiendini, on kudedes toimuva kiirguse neeldumise ja hajumise tõttu muutunud. Radiograafiline pilt on röntgenikiirte jaotuse kujutis. Transmissioonpildistamine on kujutise ehitamise viis, kui energiaallikas asub uuritava keha väljas ühel pool, energia läbib keha ja jõuab detektorini, mis asub kehast teisel pool. Seetõttu on radiograafia transmissioonpildistamise viis. Fluoroskoopia on radiograafia alaliik, millega saadakse reaalajaline röntgenikiirguse film. Seda kasutatakse nendel juhtudel, kus reaalajaline tagasiside on vajalik. Näiteks leidmaks kateetrite asukoht arterites. Kompuutertomograafia on piltdiagnostika tehnika, mis ei olnud võimalik enne arvutite laialdast kasutuselevõttu. Et saada kompuutertomograafia kujutised, aetakse röntgenikiirgust läbi inimkeha suurte nurkade hulka. Kiirguse allikat pööratakse patsiendi keha ümber. Detektor, mis asub kiirguse allika vastas, kogub need kiired, mis suudavad läbida patsiendi. Kõik saadud info sünteesitakse arvutiga tomograafia pildina. Termin "tomograafia" pärineb sõnadest "pilt" (graph) ning "lõige" (tomo). Kompuutertomograafia pakub võimalust saada paljude keha kudede üksikute lõigete kujutisi. Selle tehnika eeliseks on võimalus näidata uuritava osa kolmemõõtmelisi lõikeid. Kompuutertomograafia muutis meditsiini praktikat, vähendades vajadust kirurgiliste uuringute järele. See mõju koos kujutise omandamise kiiruse ja pildi kõrge kvaliteediga tagasid kompuutertomograafiale laia levikut.  Pikemalt artiklis Magnetresonantstomograafia Magnetresonants skannerid kasutavad magnetvälja, mis on 10 000 – 60 000 korda tugevamad kui Maa magnetväli. Suurem osa nendest kasutab protooni magnetresonants karakteristikuid, kuna bioloogilistes kudedes sisaldub ülisuur hulk prootoneid. Prootonil on magnetmoment, siis, kui seda panna magnetvälja, prooton võngub oma telgede juures ning neelab raadiolaine energiat. Järgnevalt, mõne aja pärast, mis erineb sõltuvalt kudede magnetkarakteristikutest, emiteerib prooton seda energiat tagasi. Antennid, mis asuvad patsiendi ümber, koguvad neid raadiolaineid. Magnetresonantssüsteemid kasutavad tagastavate lainete sagedust ja faasi, et määrata iga saadud signaali asukoht. Magnetresonants tehnika võimaldab saada tomograafiliste kujutiste komplekt, milles sisalduvad pildid, kus iga punkt sõltub mikromagnetomandustest, mis vastavad sellele punktile. Seetõttu on kujutistel, mis on saadud magnetresonantstehnikat kasutades, parem kvaliteet ja kontrast võrreldes kompuutertomograafiaga. Magnetresonantsi puudus on see, et skaneerimisel kulub rohkem aega. Seetõttu, juhul, kui patsiendi liikumist pole võimalik kontrollida (pediaatria) või anatoomilises piirkonnas, kus liikumine alati toimub (südametukse), kasutatakse ikka kompuutertomograafiat. Samuti eelistatakse kompuutertomograafiat trauma juhtudel ning juhul, kui patsiendil on sisemised ferromagnetilised objektid või implandid. Anatoomilise kujutise koostamistel kasutatakse ka kõrgsagedusliku (ultra) heli vormis mehaanilist energiat. Andur, mis on otsekontaktis kudedega, genereerib lühiajalist ultraheli impulssi. Helilained levivad kudede sisse ning peegelduvad keha sisestruktuuritest. Tekib kaja. Andur kogub neid tagasi peegeldunud helilaineid. Kaja amplituudi kasutatakse heleduse arvutamiseks must-valges kujutises, mis näitab patsiendi tomograafilist lõiget. Doppleri ultraheli kasutab heli sageduse muutuse fenomeni. Seda tehnikat kasutatakse vere liikumise uurimisel. Doppleri efekti kasutades saab mõõta nii vere voolamise kiirust kui ka selle suunda. Tuumameditsiin on radioloogia valdkond, milles kasutatakse keemilisi või muid substantse, milles sisalduvad radioaktiivsed isotoobid. Need ained sisestatakse patsiendi organismi. Mõne aja pärast, mis kulub selleks, et isotoop jaotaks ühtlaselt organismis, kogutakse detektoriga röntgen/gamma kiired, mida see isotoop kiirgab radioaktiivse lagunemise tõttu. Tuumameditsiini piltdiagnostika võimaldab saada informatsiooni mitte ainult patsiendi anatoomiast, vaid ka keha füsioloogilisest seisundist. Näiteks talliumil on kalduvus kontsentreeruda südame tavalistes lihastes, aga piirkondades, mis on infarktilised või isheemilised, kontsentreerub tallium nõrgemini. Need piirkonnad näevad välja nagu "tühjad laigud" tuumameditsiini kujutistel ning näitavad südame funktsionaalset seisundit. Tuumameditsiini piltdiagnostika on emissioonpildistamise viis (mis on vastand transmissioonpildistamisele), kuna energiakiirgus algab keha sees, siis välist energiaallikat pole vaja. Positronid on positiivselt laetud elektronid, mida mõned radioaktiivsed isitoobid kiirgavad. Näiteks hapnik:15. isotoobi lagunemise tõttu ilmub positron, mis ühineb kohe elektroniga. Mõlema osakese massid muutuvad energiaks annihilatsiooni protsessis tuntud Einsteini valemi järgi (E = mc2). Seda kiiratud energiat nimetatakse annihilatsiooni radiatsiooniks. Annihilatsiooni radiatsiooni tulemused on kaks footonit, mis on kiiratud korraga vastassuunas, ehk 180 kraadi üksteise suhtes. Positroni kiirguse tomograafias asuvad detektorid ringina patsiendi ümber. Nendel detektoritel on eriline lülituseskeem, mis võimaldab identifitseerida footoni paare, mis ilmuvad annihilatsiooni protsessis. Kui niisugune paar jõuab kahele detektorile, eeldatakse, et annihilatsioon toimus kuskil sirgel nende kahe detektori vahel. Seda infot kasutatakse, et matemaatiliselt arvutada isotoobi kolmemõõtmeline jaotus, mille tulemus on tomograafilise kujutise kogum. Kõigil eespool nimetatud piltdiagnostikatehnikatel on oma eeliseid (näiteks kõrge ruumiline resolutsioon radiograafias) ja piiranguid (anatoomiline superpositsioon radiograafias). Üldiselt pakub tuumameditsiini piltdiagnostika kudede kõrvalekallete kõrge kontrastiga kujutisi, kuid nendel piltidel ei ole anatoomilised osakesed piisavalt nähtavad, et määrata selle tehnikaga kahjustus siseelundis või koes. Samuti vähendab tuumameditsiinis kiirguse tugevuse vähenemine patsiendi kudedega ka informatsiooni hulka kujutisel. Liites tuumameditsiini piltdiagnostika süsteemid mõne muu piltdiagnostikatehnikaga, mis pakub head anatoomilist täpsust (kompuutertomograafia või magnetresonantstomograafia) tekib võimalus saada paremaid ja täpsemaid kujutisi. Elektrilise bioimpedantsi mõõtmise kasutamine tomograafilise kujutise saamiseks pole saadava kujutise täpsuse osas ülaltoodud meetoditega võrreldav, kuid on ilmselt üks kõige ohutumaid meetodeid. Seetõttu võib impedantstomograafia kasutamine olla üks lahendusi ohutu mammograafia jaoks. 1. The Essential Physics of Medical Imaging [1] Jerrold T.Bushberg; J.Antony Seibert; Edwin M.Leidholdt,Jr; John M.Boone (2002), Lippincott Williams & Wilkins 2. Clark's Essential Physics in Imaging for Radiographers[2] Ken Holmes,Marcus Elkington,Phil Harris (2014), CRC Press 3. Farr's Physics for Medical Imaging[3] JPenelope Allisy-Roberts; Jerry R. Williams (2008), Elsevier Limited Medical imaging