Ünite 4: Tıbbi Görüntüleme Cihazları

Tıbbi Görüntüleme Cihazları

Tıbbi görüntülemenin başlangıcı, Wilhelm Conrad Röntgen’nin 1895’te x-ışınını keşfetmesine dayanır. W. C. Röntgen, bu keşfi ile 1901 yılında ilk Nobel Fizik ödülünü almıştır. Röntgen incelemeleri tıpta ilk kullanılan tetkikler iken bilimin ve teknolojinin baş döndürücü bir hızla gelişmesine paralel olarak yeni görüntüleme cihazları ve yöntemleri geliştirilmiştir. 1950’lerde katater anjiografisi, 1960’larda nükleer tıp, 1970’lerde ultrasonografi (US) ve bilgisayarlı tomografi (BT), 1980’lerde manyetik rezonans görüntüleme (MRG), pozitron emisyon tomografisi (PET) ve girişimsel radyoloji, erken 1990’larda çok kesitli BT, ultrahızlı MR teknikleri, geç 1990’larda fonksiyonel ve moleküler görüntüleme alanları, 2000’lerde de tüm bu cihazların daha iyi görüntü kalitesi ve daha az artefakt üretmesine yönelik çalışmalar, cihazların birbirine katkısını artırmak için füzyon ya da hibrid görüntüleme yöntemleri (tomosentez, PET-BT/MR, US füzyon) geliştirilmiştir.

Görüntü Oluşumu

Görüntü oluşumu için bir enerjiye ve hasta vücudundan alınan enerjinin içerdiği bilgiyi alacak ve kayıt edecek bir ortama ihtiyaç vardır. Bu enerji radyografi, mamografi, BT, dijital subtraksiyon anjiografisi (DSA) ve ortopantomografide x-ışını, radyonüklid görüntülemede (RG) gama ışını, US’de ultrases ve MRG’de radyofrekans (RF) dalgalarıdır. Enerji alımı ve kaydı da cihazlara göre değişen prob, röntgen filmi, fosfor plak veya dedektör sistemleri olabilir.

Görüntüleme cihazları başlıca üç prensip ile çalışır:

Transmisyon: “Geçme” olarak da tanımlayabileceğimiz bu fizik olayı, X-ışını kullanılan tüm cihazların ana çalışma prensibidir. Işın hastayı geçerek görüntü alıcı sisteme ulaşır.

Emisyon: “Yayma” olarak da adlandırılabilecek bu olay, MRG ve RG’nin ana prensibidir. Gama ışını yayan radyofarmasötikler insan vücuduna verilerek buradan yayılan ışın toplanır. MRG de ise hasta vücudunda doğal olarak var olan hidrojen atomu görüntü oluşumunda rol oynar.

Refleksiyon: Vücuda yollanan ses dalgalarının “yansıma”sı prensibi ile görüntü elde edilir. US cihazları bu prensiple çalışır.

X-ışını elektromanyetik bir enerji olup enerjisi ve frekansı yüksek, dalga boyu kısadır. X-ışının görüntülemede kullanılabilmesini sağlayan en önemli özelliği penetrasyondur.

Sitokastik Etki: Dozu düşük bile olsa radyasyona maruz kalan kişide hayatı boyunca ortaya çıkabilecek gözlenebilir bir etkiyi tanımlar. Dozdan bağımsızdır.

Deterministik Etki: Maruz kalınan radyasyon miktarı ile paralel olarak artan etkidir. Doza bağlıdır.

Görüntü oluşumunu etkileyen bir diğer özellik, x-ışınının dokulardan geçerken absorbsiyona uğramasıdır. Dokulardaki absorbsiyon farkı görüntüyü oluşturur. Kemik gibi x-ışınını fazla absorbe eden yapılar görüntüde beyaza yakın gri tonlarda izlenirken kas gibi yumuşak dokular orta derecede gri, hava ise siyah görülür. Doku kalınlığı arttıkça x-ışının geçtiği mesafe de artacağından daha çok absorbe olur. Obes hastaları optimal görüntülemek için x-ışını dozunu arttırmak gerekir. Çocuklarda ve el gibi ince yapıların görüntülenmesinde doz azaltılır.

İnsan vücudunda radyasyona en duyarlı hücreler hızlı bölünen hücrelerdir: Kan hücreleri, deri, gastrointestinal sistem epiteli gibi. Çocuklar ve gebelerde fetüs de hızlı hücre bölünmesine sahiptir ve x-ışınına erişkinlerden daha duyarlıdır. Çekim öncesi kadın hastaların gebelik açısından sorgulanması gerekir. Özellikle ilk trimenstrde alınan radyasyon fetüste kanser indüksiyonu, malformasyonlar veya mental retardasyon için belirgin risk teşkil etmektedir. Radyasyonun canlılar üzerinde oluşturduğu etki iki farklı şekildedir: Sitokastik etki ve deterministik etki. Sitokastik etki lösemi ve kanser oluşumu, genetik etki ve mutasyonlardan sorumludur. Deterministik etkiler erken dönemde (ciltte kızarıklık, saçkıl dökülmesi) ve/veya geç dönemde (katarakt, kısırlık, konjenital anomaliler) ortaya çıkabilir. Hem sağlık çalışanları hem de hastalar için radyasyon maruziyetini en aza indirmek için ALARA prensibine uymak gerekir. Hastanın maruz kalacağı iyonizan radyasyon dozu oldukça basit birkaç adımı takip ederek dramatik olarak azaltılabilir. İlk olarak, incelemeler gerçekten gerekli olduğu zaman yapılmalıdır, gereksiz incelemelere engel olunmalıdır. İkinci adım, hastanın tetkik sırasında aldığı dozu azaltmaktır. Bunun için x-ışınının sadece inceleme yapılacak bölgeye verilmesi için ışın sınırlayıcı sistemler (kolimatör) kullanılmalıdır. Diğer bir önemli adım mümkün olduğunca çekim tekrarları azaltılmalıdır. Yanlış pozisyon verilmesi ya da görülmek istenen bölgenin görüntü alanına alınmaması, analog cihazlarda eksik doz (film beyaza yakın tonlarda çıkar) veya fazla doz (film siyaha yakın tonlarda çıkar) verilmesi en sık tekrar sebebidir. Skopik incelemelerde zamanı olabildiğince az tutmak çok büyük kazanç sağlayabilir. Bu adımların hepsi yalnız hasta dozunu değil çekim yapan ya da ortamda bulunan sağlık personelinin de aldığı dozu azaltır.

Röngten Cihazları

Röntgen cihazları en sık ve yaygın olarak kullanılan nisbeten ucuz, kolay erişilebilir cihazlardır. Röntgen incelemeleri solunum sisteminde özellikle akciğer görüntülemede, kasiskelet sisteminde kemiklerin değerlendirilmesinde ilk seçilecek yöntem konumundadır. Röntgen cihazlarında x-ışını kullanılır. X-ışının çekim odası dışına çıkıp çevredekilere zarar vermemesi için oda duvarları kurşun plakalarla kaplıdır. Bu plakaların kalınlığı tüpün tam karşısına gelen yerlerde daha kalın olmalıdır.

Röntgen cihazları, radyografi cihazları ve radyoskopi cihazları olmak üzere iki başlık altında incelenebilir.

Röntgen cihazları, radyografi cihazları ve radyoskopi cihazları olmak üzere iki başlık altında incelenebilir.

Radyoskopi Cihazları: Bu cihazlar da video kayıt cihazlarına benzer. Vücuttaki hareketli yapıları incelememizi sağlar. Radyoskopi cihazları ile organ hareketleri (diyafram hareketi gibi) incelenebilir. İçi boş organlara kontrast madde verilerek bu yapıların iç yüzeyi, konturları ve pasajın varlığı değerlendirilebilir. Özefagus, mide, ince barsakların peristaltik hareketleri izlenebilir, kalın barsak patolojileri saptanabilir. Radyoskopi cihazları girişimsel işlemlerde (kateterizasyon ve tüp yerleştirme işlemleri, kırıkların redüksiyonu v.b.) rehber olarak kullanılabilir.

Seyyar Röntgen Cihazları: Bu cihazlar tekerlekli olup servisler arasında hareket ederek hasta yatağında çekime olanak sağlar. Yoğun bakım ve ameliyathanede kullanıma uygun tasarlanmıştır. Bu cihazlar fişe takılarak şehir şebekesinden normal voltaj ile x-ışını üretir.

C Kollu Floroskopi Cihazları: Bu aygıtlar da seyyar olup radyoskopi amacıyla geliştirilmiştir ve şehir şebekesinden alınan normal voltajla x-ışını üretmektedir. Radyoskopi cihazlarının hafifletilmiş ve basitleştirilmiş formundadır. Bu cihazlar radyolojik girişimsel işlemlerde kullanılabildiği gibi radyoloji birimi dışında endoskopik retrograd kolanjiografi (ERCP) incelemelerinde, kalp pili yerleştirilmesinde ve ameliyathane ortamında kırıkçıkıkların redüksiyonunda kullanılmaktadır.

Kesitsel Görüntüleme Cihazları

Bilgisayarlı Tomografi: BT 1963 yılında Cormack tarafından teorize edilmiş, 1967’de Hounsfield tarafından gerçekleştirilmiştir. BT, kesitsel görüntüleme yöntemlerinin başında gelmektedir. Hasta vücudundan tıpkı bir ekmeğin dilimleri gibi eşit ve istenen milimetrik kalınlıkta sanal kesitler alarak üç boyutlu görüntüleme sağlar. Burada kullanılan x-ışını radyografideki gibi koni şeklinde değil kolime edilmiş şekildedir. Yani yelpaze gibi gantrinin açıklığına paralel planda geniş ama dik planda kesit kalınlığına göre değişen kalınlıktadır. BT, tüm organ sistemleri görüntülemesinde kullanılabilir. Kontrast madde uygulamaları ile patolojilerin saptanması ve karakterizasyonu kolaylaşır. Tarayıcı odasında cihazın gantri ve masası bulunur. Gantrinin içinde xışını kaynağı tüp ve hastadan çıkan x-ışınını alan dedektör sistemi, yüksek voltaj jeneratörü bulunur. Tüp ve dedektör hastanın etrafında 360 derece dönerek bir kesit alır.

Manyetik Rezonans Görüntüleme: MRG de BT gibi kesitsel bir görüntüleme yöntemidir ancak x-ışını kullanılmaz. İlk kez 1946 yılında birbirinden bağımsız olarak aynı anda Bloch ve Purcell tarafından tanımlanmıştır ve 1952 yılında bu çalışmalarından dolayı araştırmacılar Nobel ödülü kazanmıştır. Yumuşak doku rezolüsyonu BT’ye göre daha yüksek olduğundan MR uygulama alanları farklılık göstermektedir. En sık olarak beyin-omurilik ve kas-iskelet sistemi patolojilerinin tanısında kullanılır. Bunun dışında kalp, batın (karaciğer, safra yolları, pankreas, adrenal, böbrekler), meme ve pelvik incelemelerde de kullanılmaktadır. Ayrıca MR anjiografi (MRA) ile noninvaziv olarak damar görüntüleme, MR kolanjiopankreatografi (MRKP) ile biliyer sistem görüntüleme rutinde sık kullanılan yöntemlerdir.

Ultrasonografi: US, ses dalgasını kullanan non-invaziv bir görüntüleme yöntemidir. Prob (transduser) olarak adlandırılan parçaları ile incelenecek bölgeye ses dalgasını gönderir ve yansıyan ses dalgalarını alır. Bu cihazlar, iyonize radyasyon içermediği için çocuk ve gebe hastalarda güvenle kullanılır. Kolay ulaşılabilir ve ucuz bir yöntem olması diğer avantajlarıdır.

En sık kullanım alanı karın içi solid organların incelenmesidir. Karaciğer, safra kesesi ve safra yolları, dalak, pankreas ve böbrekler, kadın ve erkek genital organları, tiroid bezi çoğu zaman başka görüntüleme yöntemine gerek kalmaksızın değerlendirilebilir. Gastrointestinal sistem içerisinde hava barındırdığı için US inceleme için sorun yaratmaktadır. Hava ses dalgası için bir engel oluşturur. Benzer durum kemik için de geçerlidir.

US, girişimsel işlemler (biyopsi, abse drenajı, RF ablasyonu, perkütan diğer işlemler) için rehber olarak kullanılır. US cihazının başlıca bölümleri işlem birimi, problar ve kayıt ünitesidir.

Spesifik Görüntüleme Cihazları

Anjiografi: Damar veya parankimal yapılarının görüntülenmesinde altın standart inceleme yöntemidir. Ayrıca girişimsel radyolojik işlemler ile damarsal lezyonların tedavisinde kullanılan bir cihazdır. Genellikle dijital sistemler olup subtraksiyon (çıkarma) işlemi sayesinde çevre dokular görüntüden çıkarılarak sadece damar görüntüleme yapılabilmektedir. Damar içine kontrast madde enjeksiyonu ile damarlar görülür hâle gelir. İntravenöz yolla ya da katater yardımı ile intraarteriyal olarak kontrast madde damar içine verilir. Kontrast elle ya da otomatik enjektörle verilir. Kontrast madde verilmeden önce temel ya da mask adı verilen bir görüntü alınır. Sonra yine otomatik olarak saniyeler içinde arka arkaya görüntüler alınır. Dijital olan bu görüntülerden mask/temel görüntü çıkarılarak sadece damar yapıları görüntülenir. Bu yönteme “dijital subtraksiyon anjiografisi” (DSA) adı verilir.

Mamografi: Mamografi cihazları, meme kanserini erken dönemde saptamak için şikayeti olmayan hastalarda tarama yöntemi olarak kullanıldığı gibi şikâyeti olan hastalarda lezyonların değerlendirilmesi için kullanılmaktadır. Analog sistemler ilk geliştirilen cihazlardır ve görüntüler filme basılır. Ancak yıllar içerisinde mamografi cihazları da dijital sistemler hâline gelmiştir ve film yerine bilgisayar ekranlarında değerlendirme yapılmaktadır. Meme dokusunun radyasyona duyarlı olması ve kanser gelişme riski nedeniyle tetkik yeterli kaliteyi sağlayacak en az radyasyon dozu ile yapılmalıdır. Analog sistemlerde film tekrarı sık bir mecburiyet iken dijital sistemlerde bu sorun aşılmıştır.

Ortopantomografi: Cihaz dişlerin, alt ve üst çenenin birlikte görüntülenmesi için özel olarak tasarlanmış tomografik bir yöntemdir. Diş hekimliğinde özellikle çocuk hastalarda diş gelişimini değerlendirmek için sıkca kullanılmaya başlanmıştır.

Kemik Mineral Dansitometri: Kemik Mineral Dansitometri (KMD) aslında görüntüleme yönteminden çok kemik yoğunluğunu kantitatif olarak ölçen bir cihazdır. Osteoporozun erken dönemde saptanıp tedavi edilerek, toplumsal ve ekonomik bir yük hâline gelebilecek vertebra ve kalça fraktür riskini en aza indirmek hedeflenmektedir.

Radyonüklid Görüntüleme

RG’de gama ışını kaynağı olan radyonüklidler kullanılır. Gama ışını da x-ışını gibi iyonizan radyasyondur. X ışını gibi yapay olarak üretilmez. Görüntü hastaya verilen radyofarmasötik maddelerden salınan gama ışınının gama kamera tarafından alınması ve işlenmesi sonucu oluşur. Genelde bu yöntem patofizyolojiyi belirlemede çok sensitif fakat nonspesifiktir.

Tiroid, kalp, böbrek, kemik dokuları ve başka pek çok organın fonksiyonel görüntülemesi yanı sıra tiroidin tümöral ve inflamatuvar hastalıklarının tedavisinde de kullanılmaktadır.

Bu alanda ilerlemeler tek foton emisyon bilgisayar tomografisi (SPECT) incelemeleri kullanıma sunmuştur. SPECT, tomografik, yani kesitsel görüntüleme yapmaktadır. Cihazlar da buna uygun tasarlanmış olup aynı BT de olduğu gibi hasta etrafında dönen bir gama kameradan oluşmaktadır. Böylece üç boyutlu görüntü elde edilmekte ve iki boyutlu görüntüye göre pek çok avantaja sahip olmaktadır. Şöyle ki görüntü kontrastı tek bir doku kesitine odaklandığı için daha kaliteli olur. Aynı zamanda diğer organ aktiviteleri baskılanarak sadece ilgilenilen organın daha etraflı değerlendirilmesi sağlanır. En sık beyin ve kalbin görüntülenmesinde tercih edilir.

Pozitron Emisyon Tomografi (PET)’de ise pozitron salan radyonüklidler (18F-flourodeoxyglukoz) kullanılır. Pozitronlar pozitif elektrik yüklü olup yakınlarındaki negatif elektrik yüklü elektronlarla hızla reaksiyona girer.

Bu reaksiyon birbirine zıt yönde yayılan iki gama ışını meydana getirir. Sonuçta kütleler yok olur ve bu olay anihilasyon (= çift oluşumu) olarak adlandırılır. PET cihazındaki dedektörler BT cihazındakine benzer şekilde çember şeklinde yerleştirilmiştir.