Scientia

De la radiografiile clasice până la rezonanţa magnetică nucleară, există o serie de tehnologii disponibile astăzi, cu care medicii "scanează" corpul uman. Dar care sunt fenomenele fizice pe care aceste tehnici îşi bazează funcţionarea?

INTRODUCERE

Acest articol şi următoarele pe această temă încearcă să lămurească bazele ştiinţifice ale tehnologiilor de imagistică medicală disponibile în prezent. Tehnicile imagistice sunt deja de multă vreme în repertoriul medicului diagnostician. Începând cu radiografiile tradiţionale disponibile în toate secţiile de urgenţă ale spitalelor şi continuând cu o serie de investigaţii structurale şi funcţionale foarte ingenioase ale ţesuturilor şi organelor, incluzând aici şi creierul, imagistica medicală este în prezent în centrul practicilor medicale moderne.

Cea mai întâlnită tehnologie imagistică este în continuare tradiţionala radiografie. Alte tehnologii disponibile sunt ecografia cu ultrasunete (ultrasonografia), scintigrafia (camera cu scintilaţie, cunoscută şi drept camera gama), tomografia computerizată şi rezonanţă magnetică nucleară (RMN). În acest prim articol al seriei vom prezenta pe scurt modul de funcţionare al acestor tehnologii, urmând ca în următoarele să ne oprim în detaliu asupra fiecăreia dintre tehnici.

TOMOGRAFUL COMPUTERIZAT ŞI CAMERA GAMA

Monitorul unui computer tomograf afişează o secţiune transversală realizată de obicei la nivelul unui organ sau a unei părţi a corpului uman. Tomograful computerizat foloseşte un tub cu raze X similar celor utilizate în echipamentele tradiţionale cu raze X, cu deosebirea că acest tub se roteşte în jurul pacientului, iar detectoarele aflate de cealaltă parte a pacientului recepţionează semnalul şi cu ajutorul tuturor datelor obţinute pe parcursul unei rotaţii complete poate fi produsă şi afişată pe ecran o imagine a unei secţiuni prin corpul pacientului. Aşadar, computerul tomograf este o tehnică de imagistică medicală care foloseşte raze X, adică o formă de radiaţie ionizantă.

Este similar cu scintigrafia, tehnică în cazul căreia radiaţia gama reprezintă forma de radiaţie ionizantă utilizată. În medicina nucleară sunt obţinute imagini pe baza distribuţiei unui radioelement farmaceutic în interiorul pacientului. Substanţa farmaceutică radioactivă este de obicei injectată pacientului şi în funcţie de compusul la care este ataşată se va răspândi la nivelul unui organ/ţesut sau poate al mai multor organe de explorat, iar camera cu scintilaţie (camera gama) va genera o imagine pe baza distribuţiei respectivei substanţe la nivelul organului investigat.

Una dintre diferenţele importante între tomografia computerizată şi medicina nucleară este faptul că în cazul tomografului observăm anatomia umană, pe când medicina nucleară relevă funcţionarea organelor mai degrabă decât anatomia acestora.

REZONANŢA MAGNETICĂ NUCLEARĂ

Să trecem la tehnicile care nu se bazează pe radiaţie ionizantă. La o primă vedere rezonanţa magnetică nucleară oferă imagini similare celor obţinute cu ajutorul tomografului computerizat, imagini de înaltă calitate ale unor secţiuni transversale la nivelul organismului, dar asemănările dintre cele două tehnologii se termină aici. În cazul rezonanţei magnetice nucleare, pacientul este plasat în interiorul unui câmp magnetic static foarte mare şi pe măsură ce procedura evoluează, protonii care reprezintă nucleele atomilor de hidrogen din interiorul zonei scanate se vor alinia de-a lungul câmpului magnetic. Pe măsură ce se aliniază, vor suferi şi o precesie în jurul propriei axe. Frecvenţa acestei precesii va fi determinată de mărimea câmpului magnetic static. Dacă se acordă o sursă de radiofrecvenţă exact pe rata acelei precesii se va produce un fenomen de rezonanţă şi protonii vor absorbi energia undelor radio emise de sursă. Decuplarea sursei de unde radio va face ca protonii să cedeze energia acumulată, tot sub forma unui semnal radio care poate fi detectat de o bobină sau antenă foarte sensibilă, iar acel semnal oferă măsura densităţii de protoni şi o informaţie despre mediul chimic local în care se găsesc protonii.

Aşadar, semnalul recepţionat depinde de mediul în care se află atomii de hidrogen. Ca şi densitatea de atomi de hidrogen, caracteristicile chimice locale ale mediului în care sunt localizaţi atomii de hidrogen afectează şi acestea caracteristicile semnalului recepţionat. Se obţin deci semnale diferite dacă este vorba despre ţesut gras sau apos, etc., de unde informaţii utile despre structura zonei investigate.

ULTRASONOGRAFIA (ECOGRAFIA CU ULTRASUNETE)

Cele trei tehnologii prezentate până acum – tomograful computerizat, RMN-ul şi camera cu scintilaţie (gama) presupun utilizarea unei forme de radiaţie electromagnetică. Se pot folosi însă şi alte tipuri de unde pentru a obţine imagini din interiorul organismului uman. De pildă, ultrasunetele. Ultrasonograful, mai bine cunoscut drept ecograf, are o gamă largă de utilizări în medicina exploratorie. Cea mai cunoscută aplicaţie este desigur  ecografia care se face pe perioada sarcinii, folosită pentru observarea morfologiei fătului şi monitorizarea evoluţiei acestuia. Ultrasonografia are însă mult mai multe aplicaţii: ecografia cardiacă, investigaţiile hepatice etc. Se pot efectua ecografii Doppler ale vaselor de sânge, de pildă ale unei artere carotide.

Echipamentul de bază din compunerea unui ecograf este transducerul, care are rolul de a transmite şi recepţiona energia ultrasunetelor. Procedura în cazul investigaţiei carotidei este simplă: se aşază transducerul pe gât, cu ajutorul unui gel corespunzător se realizează un contact perfect pentru a nu pierde din energia ultrasunetelor de înaltă frecvenţă şi, printr-o poziţionare atentă, se obţin imaginile dorite. Fenomenul este următorul:  ultrasunetele pătrund în interiorul organismului pe la nivelul gâtului şi apoi sunt reflectate de orice zonă de graniţă între ţesuturi întâlnită în interiorul organismului. Timpul care trece până energia reflectată se întoarce la transducer este folosit pentru a calcula adâncimea respectivei zone de graniţă între ţesuturi în interiorul organismului pacientului. Folosind un număr mare de transducere în componenţa echipamentului, se poate obţine o imagine a structurii scanate. Chiar şi efectul Doppler este utilizat în tehnologia de scanare cu ultrasunete, de pildă pentru a monitoriza fluxul sanguin în interiorul unei zone a organismului pacientului.

CONCLUZIE

Primele fotografii ale unui făt în pântecul mamei, o radiografie a tibiei fracturate într-un accident de maşină ori rezultatul aşteptat cu nerăbdare al unei tomografii computerizate a creierului, iată trei aplicaţii din domeniul imagisticii medicale cu care majoritatea oamenilor se pot întâlni de-a lungul vieţii.

Imagistica medicală este o trăsătură caracteristică centrală a medicinei moderne. Pe lângă investigaţiile de laborator, tehnici bazate pe analize de natură chimică ale sângelui sau urinei, imagistica medicală oferă medicilor multiple modalităţi de a-şi extinde investigaţiile dincolo de observaţiile exterioare şi dialogul cu pacienţii.

Spectrul electromagnetic

Tehnicile cele mai importante folosite în prezent în spitale includ:

::: investigaţiile cu raze X (radiografiile tradiţionale), incluzând aici şi tomograful computerizat  (CT) – folosesc radiaţie electromagnetică
::: ultrasonografia (ecograful) – se bazează pe ultrasunete, cu frecvenţe cuprinse între 1 şi 15 MHZ
::: rezonanţa magnetică nucleară (RMN) – utilizează unde radio, de obicei între 50-150 MHZ
::: scintigrafia (camera cu scintilaţie, cunoscută şi drept cameră gama) – foloseşte radiaţie gama

Articolul original, în limba engleză, este oferit în condiţiile licenţei Creative Commons pe site-ul OpenLearn.