Elektroradiologia, obrazowanie medyczne – dyscyplina należąca do nauk o zdrowiu, uprawiana przez elektroradiologów, obejmująca wykorzystywanie przez nich technik defektoskopii i informatyki medycznej do tworzenia za pomocą różnego rodzaju oddziaływań fizycznych obrazów zmian fizjologicznych oraz patologicznych zachodzących w ciele ludzkim, przy zapewnieniu jak najpełniejszej ochrony radiologicznej w oparciu o zasady fizyki medycznej. Obrazy te są następnie interpretowane do celów diagnostyki medycznej przez lekarzy, głównie specjalistów radiologii i diagnostyki obrazowej albo medycyny nuklearnej.
Zjawiska wykorzystywane w elektroradiologii promieniowanie rentgenowskie – rentgenografia (RTG) i tomografia komputerowa (TK) promieniowanie izotopów promieniotwórczych – pozytonowa tomografia emisyjna (PET) oraz scyntygrafia własności pola magnetycznego – spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (MRJ) własności ultradźwięków – ultrasonografia (USG) promieniowanie cieplne – termografia
Etapy obrazowania Sam proces obrazowania składa się z poszczególnych faz, które przeprowadzane są jedna po drugiej. Wyróżnia się następujące etapy obrazowania: Akwizycja obrazu – uzyskiwanie informacji w wyniku działania procesów fizycznych np. promieniowania. Przechowywanie obrazu – na kliszy lub w pamięci komputera. Transmisja obrazu – np. z oddziału radiologii do klinik. Przetwarzanie (przekształcanie) obrazu – komputerowe np. usunięcie artefaktów, kompresja zniekształceń. Analiza obrazu – np. automatyczne odnajdywanie komórek nowotworowych na obrazie.
Metody obrazowania rentgenowskiego Najważniejszą, z punktu widzenia medycyny, cechą promieniowania rentgenowskiego jest jego przenikliwość. Promienie przechodzą przez wszystkie materiały bez wyjątku, jednak w czasie przejścia osłabiają swoje natężenie. Osłabienie to jest ściśle zależne od rodzaju materiału poddanego promieniowaniu.
Klasyczne zdjęcia rentgenowskie thumb|300px|Śródoperacyjny cholangiogram uwidaczniający drogi żółciowe w trakcie laparoskopowej cholecystektomii Obrazy otrzymuje się poprzez wykorzystanie wiązki promieniowania X przepuszczoną przez organizm badanego i rzutowaną na błonę filmową, która jest wrażliwa na promienie rentgenowskie. Tak otrzymane obrazy charakteryzują się cieniami, które pojawiają się z powodu pochłaniania części promieniowania przez tkanki. Konwencjonalna diagnostyka rentgenowska pozwala na badanie m.in. złamanych kości czy chorób płuc. Jest to najstarsza metoda obrazowania posiadająca pewne wady. Nadmierne oświetlanie promieniami X może być szkodliwe dla organizmu, a wizualizacje otrzymane z użyciem tego sposobu mogą być niewystarczająco dokładne do wystawienia poprawnej diagnozy. Dlatego obecnie zaczyna stosować się bardziej zaawansowane odmiany tej metody.
Mammografia
thumb|left|250px|Obraz mammograficzny: normalny (po lewej) i z nowotworem (po prawej) Metoda diagnozowania nowotworów piersi u kobiet wykorzystująca promienie rentgenowskie, które są różnie pochłaniane przez poszczególne tkanki organizmu. Zmiany nowotworowe na zdjęcia widziane są jako białe plamy – spowodowane jest to tworzeniem mikrozwapnień w miejscach rozwoju nowotworu.
Badanie to jak każde inne nie jest doskonałe. Cały czas trwają badania nad rozwojem innych technik obrazowania piersi (min. palpacyjne badanie piersi MRI), mających wyeliminować niedoskonałości stosowania mammografii. Główne powody, przez które inne badania nie zyskują popularności: mniejszej czułości, większa szkodliwość, znacząco większe koszty.
Tomografia komputerowa thumb|150px|Schemat działania tomografów IV generacji. Tomografia jest techniką umożliwiającą wykonywanie zdjęć warstwowych. Dzieli się ona na tomografię transmisyjną (dzieli się na m.in. badania dynamiczne i spiralne) oraz tomografię magnetycznego rezonansu jądrowego. Pierwszy rodzaj wykorzystuje promieniowanie X, drugi natomiast wykorzystuje oddziaływanie fal radiowych na protony umieszczone w silnym polu magnetycznym. Tomografia komputerowa jako pierwsze umożliwiała analizę danej warstwy organizmu. Uzyskanie obrazu danego przekroju wiąże się z wykonaniem serii naświetleń z różnych kierunków. Wiąże się to z poruszaniem się lamp naświetlających oraz detektorów wokół pacjenta. W pierwszych CT były to ruchy translacyjne i rotacyjne, stwarzały one pewne problemy. Aparatura rentgenowska była duża przez co przesuwanie jej trwało stosunkowo długo w celu zapewnienia dobrej jakości obrazu. Obecna (czwarta) generacja tomografów rozwiązała ten problem poprzez miniaturyzację lamp generujących promieniowanie X oraz inną budowę CT. W niej detektory są trwale umieszczone wokół pacjenta, a ruch obrotowy wykonuje jedynie aparatura RTG.
Tomografia rezonansu magnetycznego thumb|Seria zdjęć z rezonansu magnetycznego mózgu (płaszczyzna poprzeczna, strzałkowa i czołowa)
W przeciwieństwie do tomografii komputerowej, tomografia rezonansu magnetycznego nie wykorzystuje promieniowania rentgenowskiego, które potencjalnie może być szkodliwe. Również zastosowany środek cieniujący nie zawiera jodu, co zmniejsza ryzyko wystąpienia reakcji alergicznej u pacjenta po podaniu.
Metody obrazowania w medycynie nuklearnej thumb|upright|250px| „Maksimum emisji” (MIP) dla rozpadu związku 18F-FDG
Medycyna nuklearna to jeden z działów medycyny, zajmujący się wykorzystaniem radioizotopów w diagnostyce medycznej. W czasie badań stosuje się bardzo małe ilości substancji znakowanej radioizotopem. Dawka podawana musi być na tyle mała, aby uniknąć wszelkich niepożądanych efektów, np. uczuleń. Substancja podawana jest pacjentowi doustnie. Gamma kamera bada rozkład znacznika. W związku z tym, że urządzenie to nie emituje dodatkowego promieniowania, dawka, jaką otrzymuje pacjent podczas badania, jest zazwyczaj znacznie mniejsza niż podczas typowego badania radiologicznego.
Obecnie medycyna nuklearna sprawdza się przede wszystkim w diagnostyce chorób u dzieci, w onkologii, kardiologii, neurologii, psychiatrii, ortopedii.
Tomografia emisyjna pojedynczego fotonu Tomografia emisyjna pojedynczego fotonu jest rozwinięciem scyntygrafii, w której analizie poddaje się wiązkę promieniowania gamma emitowaną przez radioizotop. Podobnie jak w klasycznej radiografii, obraz pacjenta uzyskuje się za pomocą tzw. gamma-kamery i jest on rzutem trójwymiarowego organizmu na płaszczyznę. Metoda SPECT (ang. ) jest metodą diagnostyki wykorzystującą do rekonstruowania wyglądu ciała dwie lub trzy-gamma kamery, które dokonują obrotu wokół pacjenta. Z tą techniką wiąże się PET (ang. ), który wykorzystuje promieniowanie beta+ zamiast wiązki fotonów.
Pozytonowa tomografia komputerowa (PET)
Pacjent otrzymuje dawkę izotopu promieniotwórczego o krótkim czasie połowicznego rozpadu. Badanie polega na rejestracji promieniowania wytwarzanego podczas anihilacji pozytonów powstałych wskutek rozpadu β+. W odróżnieniu zatem od tomografii komputerowej wykorzystuje się promieniowanie, którego źródło znajduje się bezpośrednio w badanym organizmie.
Badanie to jest nieinwazyjne, a dawka, którą otrzymuje osoba badana, jest akceptowalna dla technik diagnostycznych – od czasu jej stosowania nie stwierdzono żadnych efektów ubocznych będących jej następstwem.
PET + MRI Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa jako badanie nie może istnieć samodzielnie. W czasie badania rozpadu musi być wykonywane równocześnie drugie badanie, które pozwala na połączenie wyniku badań PET i mapy ciała pacjenta. Jedynym badaniem łączonym z PET do niedawna była tomografia komputerowa. Technika ta jednak nie nadaje się do obrazowania niektórych organów, np. mózgu. Rozwiązaniem tego problemu jest połączenie badania PET z MRI – metoda ta pozwala rozróżniać tkanki na podstawie ich reakcji na promieniowanie.
Inne techniki Jednoczesne obrazowanie w wielu modalnościach Metoda ta wykorzystuje kilka technik obrazowania, aby zwiększyć dokładność odczytów. Obrazowanie funkcjonalne Technika ta ma na celu zbadanie funkcjonowania organizmu zamiast jego stanu statycznego (budowy anatomicznej). Mikroskopia Mikroskopia wykorzystuje do diagnostyki organizmu różnego rodzaju mikroskopy: konwencjonalne (optyczne), elektronowe, fazowo-kontrastowe czy konfokalne. Obrazowanie fotoakustyczne Technika ta używa pulsujące z odpowiednią częstotliwością wiązki lasera oraz specjalnych sensorów wychwytujących fale dźwiękowe powstałe w wyniku oddziaływania promieni lasera na organizm.
Podstawowe parametry obrazów Główne parametry składające się na jakość obrazów medycznych: kontrast, ostrość, rozdzielczość, zaszumienie, poziom artefaktów, zniekształcenia przestrzenne.
Rozdzielczość Jest to zdolność układu do zobrazowania dwóch źródeł światła znajdujących się w określonej odległości od siebie. Im jest większa, tym lepsza dokładność wizualizacji otrzymanej za pomocą aparatury diagnostycznej. Częstości przestrzenne Wielkość mierząca liczbę cykli zjawiska okresowego na jednostkę długości. Można za jej pomocą określać jasność obiektu. Kontrast Różnica między natężeniem danej cechy obiektu a jej natężeniem w innych obiektach.
Promieniowanie Wybrane średnie efektywne dawki promieniowania [mSv] otrzymywane przez pacjentów w trakcie badań diagnostycznych:Błaszak M.: Dawki otrzymywane przez pacjenta w efekcie stosowania właściwych dla danej dziedziny procedur radiologicznych, 2011 Rodzaj badania Dawka efektywna [mSv] Zdjęcie panoramiczne zębów około 1 Mammografia 0,1–1 Badania PET 1–25 Tomografia komputerowa 1–20 Scyntygrafia znakowana immunoglobuliną około 3 Dla porównania, natężenie promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi (różne w zależności od wysokości) wynosi około 45 mSv/rok na wysokości 1500 m n.p.m., a na wysokości morza około 3 mSv/rok. Natężenie zatem maleje wraz ze spadkiem wysokości, a docierając do poziomu gruntu, jest praktycznie nieszkodliwe.
Znacznie większe dawki promieniowania otrzymują pacjenci poddawani procedurom zajmującym dłuższy czas, takim jak np. implantacja stentów, stentgraftów, a także embolizacja tętniaków naczyń mózgowych.
Optymalizacja Dawka śmiertelna przyjętego promieniowania zasadniczo zależy od stopnia skomplikowania budowy organizmu – im mniej skomplikowany, tym dawka może być większaPawłowski B.: Testy podstawowe w radiologii zabiegowej. Konferencja Inspektorów Ochrony Radiologicznej 2013.
Organizm Dawka [Gy] LD50 Wirusy 1000 Ameba 1000 Osa 1000 Wąż 800 Ślimak 200 Nietoperz 150 Szczur 8 Człowiek 5
Ryzyko niebezpieczeństwa ze strony promieniowania dla człowieka pojawia się w przypadku znaczącego przekroczenia maksymalnych dawek. Głównie zwiększa się zachorowalność na białaczkę oraz inne choroby nowotworowe, a także problemy z narządem wzroku (zaćma) oraz zmiany skórne (nawet prowadzące do martwicy).
W przypadku konieczności wykonania większej liczby zdjęć istnieją różne metody ograniczania ekspozycji. Polegają one głównie na ograniczaniu powierzchni narażonego obszaru, obrazowaniu tylko najistotniejszych struktur oraz osłanianiu istotnych narządów znajdujących się w sąsiedztwie badanego obszaru, np. narządów rodnych w czasie RTG kręgosłupa.
Optymalizacja ochrony przed promieniowaniem nie polega na ograniczaniu otrzymywanej dawki do minimum, kosztem jakichkolwiek innych czynników. Zgodnie z zasadą ALARA (z ang. ), badanie organizuje się tak, aby otrzymywane dawki były na tyle małe, na ile jest to osiągalne w rozsądny sposób.
Główne metody ograniczania dawki: stosowanie najnowszych urządzeń, które rozwijane są cały czas, dbanie o odpowiedni stan techniczny urządzeń diagnozujących, wykwalifikowana obsługa dbająca o odpowiedni dobór parametrów urządzeń, ograniczanie geometrycznego powiększania obrazu, używanie kolimatora, osłona niepotrzebnie narażonych narządów pacjenta, osłona personelu, doświadczony, wypoczęty personel obsługujący urządzenia.