Tıpta Sayısal Görüntü İşleme Yöntemleri Ar. Gör. Aytekin Özdemir 91-05-14051 Ege Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Tıbbi Görüntüleme Yöntemi Sınıfları Anatomik ya da yapısal Vücudun farklı öğelerini ayırt etme yeteneği Su, Kemik, Yumuşak doku, etc. X-Işını görüntüleme, Bilgisayarlı Tomografi (CT), Ultrason, ve Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) Fonksiyonel yada metabolik Özel biyokimyasal aktivitelerce oluşturulan farklı metabolizma seviyelerini ayırma yeteneği Biyokimyasal aktivite: Organ ve dokuların fonksiyonel davranışını tanımlar Tek Foton Emisyon Bilgisayarlı Tomografi (SPECT), Pozitron Emisyon Tomografisi (PET)

Tıbbi Görüntüleme Örnekleri Anatomik Durumlar Kırıkları ve Göğüs kanserindeki tümörleri tanımada X-ışını görüntüleme Fetüslerin Ultrasonla incelenmesi Fonksiyonel Durumlar Beyin dokusundaki kan akımını ve oksijen seviyesini ölçen fMRI(fonksiyonel Manyetik Rezonans) Kan akımındaki yada oksijen seviyesindeki değişimler uyarma(ışık yada ses uyarma) sebebiyle oluşan sayısal aktiviteyi yansıtırlar. PET(Pozitron Emisyon Tomografisi) doku içindeki kan akışını ve glikoz metabolizmasını flurodeoksi-glikoz maddesi kullanılarak gösterir.(Bir dokunun tümör yada sara rahatsızlığı tarafından etkilenip etkilenmediğini saptamada kullanılır )

I-)X-Işını Görüntüleme Hareketli bir parçacıkla çarpışma atomu uyarır. Bu da yörüngedeki elektronların daha yüksek enerji seviyelerine geçmesine neden olur. Uyarılmış olan elektron orijinal enerji seviyesine geçerken foton yayarak, kazandığı enerjiyi geri salar. Eğer atoma gönderilen foton yeterli enerjiye sahipse elektronları uyarılmış üst enerji seviyelerine çıkarabilir ve böylece foton soğrulur.

Benzer şekilde yüksek enerjili X-ışınlarının soğrulması için kemik içindeki Kalsiyum atomları gibi büyük boyutta atomlar bulunmalıdır. Yani gelen ışınlar Radyo dalgaları gibi gereğinden az veya X-ışınları gibi gereğinden fazla enerjiye sahipse ortamdan soğrulmadan geçerler. Kan yada ağız yoluyla X-ışını görüntülerinin kontrastını arttırıcı maddeler alınabilir. Bunlar iyi X-ışını soğuran maddelerdir

X-Işını Görüntü Örneği 1 2 3 4 Şekil-1’deki görüntü normal X-ışını cihazından alınmış olup, tam net değildir.(Çünkü mercek gibi odaklama elemanı kullanılamaz) Şekil-2’ frekans bölgesinde yüksek geçiren filtreleme yapılarak resmin önemli kenar hatları belirlenmiştir Şekil-3’te yüksek frekans güçlendirme filtresi uygulanır. Böylece resmin DC bileşeni tekrar ilave edilir. (HP filtre DC bileşeni sıfırlamıştı) Şekil-4’te son olarak histogram eşitleme yapılarak resmin kalitesi arttırılmıştır.

X-Işını Tekniği Dezavantajları Radyasyon sonucu Hamile kadınlar için oldukça zararlı(özellikle bebeğin sağlığı için) Çok fazla maruz kalan insanların DNA’sında mutasyonlara yol açarak, kanser gibi ciddi hastalıkların doğması Sadece 2-boyutlu görüntü sağlaması bazı kemik kırıklarını daha iyi gözlemlemede yetersizdir

2-) Bilgisayarlı Tomografi (Computed Tomography) Alışılmış X-ışını tarama tekniği 3-boyutlu cisimlerin 2-boyutlu görüntülerini sağlar 3-boyutlu görüntüleme tıbbi teşhislerde önemlidir Ciddi kemik kırılmalarında Beyin ve kalp ile ilgili teşhislerde 3-boyulu görüntü önemli 3-boyutlu cisimlerin 2-boyutlu dilimler yığınından görüntüsü elde edilir Doku ve organların 2-boyutlu görüntü kesitlerini sağlaması sayesinde birçok kanserdeki tümörlerinin büyüklük ve konumunun tespiti, bulaşıcı hastalıkların ilerlemesinin takibinde kullanılır Ciddi travma rahatsızlıklarında yaranın incelenmesi

X-Işını Bilgisayarlı Tomografi(CT) Tekniği X ekseni yönünde x-ışını gönderilir Y yönü boyunca sensörlerden görüntü alınır, böylece seçilmiş dilimin y yönündeki izdüşümü elde edilir Kaynak ve dedektör düzeneği döndürülerek y yönüne hizalanır Böylece ilgili bölgenin x ekseni üzerindeki izdüşüm görüntüsü elde edilmiş olur Paralel ışın kaynağı ve detektörler döndürülmektedir Böylece birçok açıda izdüşümler elde edilmekte Her bir dilim(z değeri) için çoklu açıda tarama yapılır Hacimsellik kazandırmak için birçok görüntü dilimi üst üste yığılır

Kafatasına Ait Örnek CT Görüntü

CT Faydaları Diğer görüntüleme metodlarından farklı olarak kemik, damar akciğerler gibi birçok doku tipinin detaylı görüntüsünü sağlar Acısız, doğruluk oranı yüksek Cerrahi müdahale olmadan Maliyetine göre getirisi fazla Karaciğere ait CT Karın Bölgesi CT

CT Dezavantajları Hamileler için zararlı radyasyon Görüntülerin kontrastını arttırabilmek için hastaya ağız ya da kan yoluyla verilen iyot içeren maddenin az da olsa alerjik reaksiyon yapma olasılığı Diz ve boyun bölgesindeki çok yumuşak dokuların detaylı görüntüleri MRI ile daha iyi

Magnetik Rezonans Görüntü(MRI) 􀂄CT gibi, MRI 3-boyutlu görüntüler sağlayan tomografik görüntüleme tekniğidir 􀂄CT’den farklı olarak MRI’da dışardan radyasyon uygulanmaz 􀂄Dokuya ait hem anatomik hem biyokimyasal görüntüleme sağlanır

Yöntemsel Olarak MRI Belirli atom çekirdekleri spin denilen manyetik kutup yönelimine sahiptir. Küçük mıknatıs gibi davranırlar Atom çekirdeği güçlü bir dış manyetik alan yönünde yönelmeye çalışır Ancak belirli bir rezonans frekansında elektromanyetik radyasyon darbe sinyalleri dokuya uygulanırsa manyetik kutuplanma değişir Darbe sinyali kesilince çekirdek manyetik kutupları Elektromanyetik radyasyon yayarak orijinal konumuna geri döner Bu yayılan EM radyasyon MR görüntüsü sağlar Hidrojen atomu insan vücudunun %63’nü kapsar ve MRI’da önemli

İnsan Beynine Ait MRI Görüntüleri

Tek Foton Yayılımı Bilgisayarlı Tomografi (SPECT) 3-boyutlu hücresel aktivite dağılımını görüntülemek için dönen gama kamerası kullanılır Hastaya verilen kısa yarılanma ömürlü izotoplar gama ışını yayarlar Gamma kamerası 360 derece dönerek birçok açıdan tarama yapar Bilgisayarlı tomografide(CT) olduğu gibi 3-boyutlu aktivite dağılımı 2-boyutlu izdüşüm görüntülerinden yeniden yapılandırmayla elde edilir

SPECT Tekniğiyle Elde Edilmiş Beyin Görüntüleri Sağladığı görüntü çözünürlüğü ve anatomik bilgi kötü Şekilde görülen doku içindeki radyoaktif dağılımı gösteren bölgeler özel metabolizmik olayların veya kan akışının olduğu yerlerdir Kanserojen hücrelerin olduğu yerlerde metabolizma hızlıdır

Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) Pozitron Emisyon Tomografisinde(PET), N, C, O yada F gibi kısa-ömürlü pozitron yayıcı elementleri kullanılır Pozitron yayan element flurodeoksi-glikoz(FDG) gibi bileşik içine dahil edilir FDG görüntüleri kan akışını ve glikoz metabolizmasını gösterir Böylece zararlı tümörlerin yayılması takip edilir PET Görüntüsü

PET sistemi SPECT İle Benzer PET Avantajları SPECT’e göre daha yüksek çözünürlüklü, metabolizmik olaylara ait görüntü sağlar Özel biyokimyasal olayların zamanla takibi mümkün PET sistemi SPECT İle Benzer

Bir Dizi İnsan Beynine Ait PET Görüntüsü

Sahte Renklendirme İnsan gözü 30 farklı gri tonu, 350.000 farklı rengi ayırt edebilir İçerilen bilgi miktarı değişmiyor