Modaliteter och bildfysik
Kurs: MDBI Del: 01 Radiologi
Målsättning
- Kunna redogöra för den basala tekniken och fysiken vid de fem modaliteterna: slätröntgen, datortomografi inklusive CBCT, Ultraljud, MR och nuklearmedicinska undersökningar, samt redogöra för deras fördelar och begränsningar.
- Kunna teoretisera kring kostnad och tillgänglighet i både ett nationellt och globalt perspektiv, samt väga in patientens förutsättningar (ålder, vikt, njurfunktion) vid val av undersökningsmodalitet.
Radiologins verktygslåda består av fem grundläggande metoder. Två av dem — slätröntgen och DT — bygger på samma fysik, nämligen att röntgenstrålning dämpas olika mycket i olika vävnader. Ultraljud använder ljud, MR använder magnetfält och radiovågor, och nuklearmedicinen (Scintigrafi, PET) vänder på hela principen och låter patienten själv bli strålkällan. Att förstå den fysikaliska skillnaden mellan metoderna är det som gör att man kan resonera sig fram till vilken undersökning som besvarar en given frågeställning — och till vilken risk och kostnad.
De fem modaliteterna — översikt
Innan vi går in på varje metod är det värt att ha helheten framför sig. De skiljer sig i fysikalisk princip, i om de använder joniserande strålning eller inte, i tillgänglighet och i vad de avbildar bäst.
| Modalitet | Fysikalisk princip | Joniserande? | Bäst för |
|---|---|---|---|
| Konventionell röntgen | Attenuering av röntgenstrålning | Ja (låg) | Skelett, lungor, snabb översikt |
| Datortomografi (DT) | Röntgen + tomografisk rekonstruktion | Ja (hög) | Snabb helhet: hjärna, thorax, buk, trauma |
| Ultraljud | Reflektion av högfrekvent ljud | Nej | Mjukdelar, parenkym, kärl, vägledd punktion |
| Magnetresonanstomografi (MR) | Protonrelaxation i magnetfält | Nej | Nervsystem, mjukdelar, hög detaljrikedom |
| Scintigrafi / PET | Radiofarmaka + gammakamera | Ja | Funktion: skelett, lungor, njurar, onkologi |
Konventionell röntgen och genomlysning
Fysikalisk princip
Slätröntgen är den äldsta och fortfarande vanligaste metoden. Principen är att röntgenstrålning dämpas — attenueras — olika mycket när den passerar olika vävnader, beroende på vävnadens elektrondensitet. Det är just denna skillnad i attenuering som skapar kontrasten i bilden. Resultatet är en tvådimensionell summationsbild, där allt som strålen passerar på sin väg genom kroppen läggs ovanpå varandra i samma plan. Ju tätare vävnad, desto mer dämpas strålen och desto ljusare blir motsvarande område på bilden.
| Vävnad | Attenuering | Bild |
|---|---|---|
| Luft | Lägst | Svart |
| Fett | Låg | Mörkgrå |
| Mjukdel / vatten | Medel | Grå |
| Ben / förkalkning | Hög | Vit |
| Metall / kontrast | Högst | Helvit |
Genomlysning
Om man tar många röntgenbilder i snabb följd får man en rörlig bild — det kallas genomlysning och fungerar i praktiken som en film av det som händer inuti kroppen i realtid. Detta utnyttjas framför allt vid intervention, ortopediska operationer och koronarangiografi, ofta i kombination med kontrastmedel som gör kärl eller kaviteter synliga.
Användning och begränsningar
Slätröntgen används oftast vid frågeställningar som rör skelett (frakturer, artros) och lungor (Lungröntgen). Styrkan ligger i att metoden är billig, snabb, lättillgänglig och ger låg stråldos — därför är den nästan alltid förstahandsval vid enkla frågeställningar. Begränsningarna följer direkt av att bilden är en summationsbild: strukturer döljer varandra, mjukdelskontrasten är låg och specificiteten är begränsad, vilket gör att ett fynd ofta måste karaktäriseras vidare med en annan metod.
Datortomografi (DT)
Princip
DT löser slätröntgens grundproblem — summationen — genom att rotera röntgenröret runt patienten och sedan rekonstruera informationen till snittbilder. Dessa snitt kan visas i valfritt plan (axialt, koronalt, sagittalt) och byggas ihop till 3D. Attenueringen kvantifieras här i Hounsfield-enheter (HU), en skala där varje vävnad har ett karakteristiskt värde. Det gör att man kan mäta sig fram till vad ett fynd är: vatten ligger på 0, fett är negativt och färsk blödning ligger tydligt över mjukdel.
| Struktur | HU (ungefär) |
|---|---|
| Luft | −1000 |
| Fett | −100 till −50 |
| Vatten | 0 |
| Färsk blödning | +50 till +70 |
| Ben / förkalkning | +400 till +1000 |
Kontrastfaser
Med jodkontrast blir DT ännu mer informativ, eftersom man kan avbilda i olika faser beroende på frågeställning: artärfas för kärl, venös- eller parenkymfas för organ, och utsöndringsfas för urinvägarna. Man väljer alltså fas efter vad man letar efter.
Cone beam-DT (CBCT)
En variant är CBCT, som använder ett koniskt strålknippe och ger en 3D-volym med låg dos och hög detaljupplösning på hårdvävnad (tänder, käke, småskelett). Priset man betalar är sämre mjukdelskontrast, så metoden lämpar sig bäst där benet är i fokus.
Användning och dos
DT används vid frågeställningar i hjärna, thorax, buk och kotpelare samt vid trauma, och är ofta förstahandsval i den akuta akutdiagnostiken eftersom den är snabb och ger helheten. Den stora begränsningen är stråldosen — en DT-buk ligger på ungefär 6–10 mSv — och att jodkontrasten medför en njurrisk. Det är denna avvägning mellan snabb diagnostik och dos som gör att man inte tar DT på alla.
Magnetresonanstomografi (MR)
Princip
MR använder ingen joniserande strålning alls. Signalen kommer istället från protoner (vätekärnor) i vävnadens vatten och fett, som riktas in i ett starkt magnetfält och sedan påverkas av radiovågor. Det är återhämtningen (“relaxationen”) av dessa protoner som avläses och blir till bild.
Sekvenser och kontrast
Styrkan med MR är att man genom olika sekvenser (T1, T2, diffusion med flera) kan lyfta fram helt olika typer av vävnadskontrast ur samma anatomi. Varje bildplan undersöks ofta i en separat serie, vilket är förklaringen till att en MR-undersökning tar lång tid. Vid behov kan man ge gadoliniumkontrast för att ytterligare förstärka till exempel tumörer eller inflammation.
Kontraindikationer
Det starka magnetfältet är också MR:s akilleshäl: allt som är magnetiskt eller elektroniskt i kroppen kan vara en risk, och därför måste kontraindikationer alltid uteslutas innan undersökningen.
| Kontraindikation | Kommentar |
|---|---|
| Pacemaker / inopererad elektronik | Kan reagera med magnetfältet |
| Metallsplitter i ögon (metallarbetare) | Rörelserisk |
| Vissa aneurysmclips / metallstent | Kontrollera modell |
| Klaustrofobi | Relativ; trångt utrymme, ~30 min stilla |
Användning
MR är förstahandsmetod vid frågeställningar i nervsystemet (hjärna och rygg) och vid komplicerade utredningar som MS och tumörer, men används även för leder, buk, hjärta och kärl. Den överlägsna mjukdelskontrasten är skälet till att MR valts när slätröntgen och DT inte räcker till.
Ultraljud
Princip
Ultraljud använder högfrekventa ljudvågor (>2 MHz) som skickas in i kroppen och reflekteras tillbaka vid varje gränsyta där ekogeniciteten ändras. Ingen strålning är inblandad och bilden byggs upp i realtid, vilket gör metoden idealisk för dynamiska frågeställningar. Med Dopplerteknik kan man dessutom mäta blodflöde, och med mikrobubblor som kontrast kan man förstärka signalen.
Användning och begränsningar
Ultraljud passar bäst för riktade frågeställningar i mjukdelar och i parenkymösa eller vätskefyllda organ — lever och gallvägar är rena förstahandsindikationer, liksom njurar, thyroidea, testiklar och kärl. Metoden används också för att vägleda punktioner och dränage i realtid. Begränsningarna är att undersökningen är operatörsberoende och svår att eftergranska, och att den störs av tarmgas och luft samt av kroppskonstitution.
Nuklearmedicin — scintigrafi och PET
Nuklearmedicinen skiljer sig principiellt från allt annat: istället för att skicka strålning genom patienten tillförs ett radioaktivt spårämne som samlas i det organ man vill undersöka, varefter patienten själv blir strålkällan. Det gör att man avbildar funktion snarare än ren anatomi.
Scintigrafi
Vid Scintigrafi ges radiofarmaka som ansamlas i målorganet och som sedan avläses med en gammakamera. Eftersom upptaget speglar organets aktivitet får man en funktionell bild. Vanliga tillämpningar är skelett, lungor och njurar.
PET
PET bygger på ett positronstrålande spårämne, oftast 18F-FDG (en sockeranalog) som tas upp i vävnad med hög metabolism — till exempel tumörer. I praktiken kombineras nästan alltid PET med DT (PET/DT) så att den funktionella informationen kan läggas ovanpå exakt anatomi, och kombinationen dominerar idag inom onkologin.
Val av modalitet
Valet av undersökning är sällan självklart utan styrs av flera faktorer samtidigt: frågeställningen, stråldosen, tillgängligheten, kostnaden och patientens förutsättningar som ålder, vikt och njurfunktion. I ett globalt perspektiv blir kostnaden ofta avgörande — slätröntgen och ultraljud är många gånger de enda metoder som finns att tillgå, medan DT och MR kräver dyr utrustning och infrastruktur som inte är självklar överallt.
Definition
Attenuering är dämpningen av röntgenstrålning i vävnad och styrs av vävnadens elektrondensitet. Hög attenuering (ben, metall, jod) blir ljus i bilden; låg attenuering (luft, fett) blir mörk.
Tenta-fokus
Modaliteter med joniserande strålning: slätröntgen, DT och nuklearmedicin/PET. Utan strålning: Ultraljud och MR. Slätröntgen och DT bygger på samma fysik — skillnaden är att DT rekonstruerar snitt ur många projektioner.
Klinisk pärla
Färsk blödning är högattenuerande (ljus) på DT direkt, medan en infarkt blir lågattenuerande (mörk) först efter timmar — grunden för akut strokehandläggning.