Görüntüleme ve Dijital Görüntü Sistemleri

Konu Anlatımı

Görüntüleme ve Dijital Görüntü Sistemleri

Hastalık tanısının çoğu zaman görüntüye dayanır. Kemik kırığı, akciğer hastalığı, karın içi bir kitlenin varlığı ya da beynin yapısal değişiklikleri ancak görüntüleme yöntemleriyle değerlendirilebilir. Görüntüleme, vücut içinden gelen fiziksel sinyalleri algılayıp bunları resim hâline getiren tıbbi cihaz sistemleridir. Her yöntemin farklı bir fiziksel temeli vardır ve bu fark, hangi durumda hangi yöntemin seçileceğini belirler.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu konuda önce dört temel görüntüleme yönteminin çalışma ilkelerini karşılaştıracağız. Tomografide kullanılan Hounsfield birimini ve pencere ayarlarını öğreneceğiz. Görüntü kalitesini belirleyen ölçütleri inceleyeceğiz. Ultrasonun derinlik hesabını sayısal olarak yapacağız. Son olarak radyasyon güvenliği ilkelerini ve dijital görüntü arşivi kavramını değerlendireceğiz.

1. Ön bilgi: görüntü nasıl oluşur?

Görüntüleme yöntemlerinin ortak mantığı şudur: vücuttan gelen bir fiziksel sinyal algılanır, sinyalin yoğunluğu ölçülür ve bu değerler resim piksellerine dönüştürülür. Sinyalin kaynağı yönteme göre değişir. X ışınında kaynak elektronların çarpışması, manyetik rezonansta ise hidrojen çekirdeklerinin davranışıdır.

Bir görüntünün en küçük ayrıntılı parçasına piksel denir. Görüntü bir matris hâlinde saklanır ve matrisin satır ile sütun sayısı çözünürlüğü belirler. 512 × 512 matris için piksel sayısı 512 × 512 = 262144 olarak bulunur. Her pikselin kaç farklı parlaklık değeri alabildiği ise bit derinliği ile ilgilidir; 8 bitlik bir görüntüde 2^8 = 256, 12 bitlik bir görüntüde ise 2^12 = 4096 gri tonu bulunur.

2. X ışını ve bilgisayarlı tomografi

X ışını, yüksek enerjili elektromanyetik ışımadır ve dokular arasındaki yoğunluk farkına göre soğurulur. Kemik yoğundur ve ışımayı çok tutar; hava ise ışımayı geçirir. Klasik röntgende bu ilişki tek bir yönde görüntüye dönüştürülür ve vücut içindeki yapılar üst üste biner.

Tomografi bu sorunu çözer. X ışını kaynağı hastanın çevresinde birçok açıdan döndürülür ve her açıdan alınan projeksiyondan bir dilim yeniden oluşturulur. Tomografi görüntüsünde her pikselin değeri Hounsfield birimi ile ifade edilir. Bu ölçekte hava negatif bin, yağ yaklaşık yüz altmış negatif, su sıfır, kemik ise pozitif bin değerindedir. Bu değerler mutlak ölçüm değil, görüntüyü yorumlamayı kolaylaştıran bir ölçektir.

3. Pencere genişliği ve pencere düzeyi

Tomografi verisi çok geniş bir Hounsfield aralığını kapsar ve tek bir ekranda tamamı gösterilemez. Bu nedenle ekranda hangi aralığın görüneceği seçilir. Pencere genişliği gösterilecek toplam değer aralığı, pencere düzeyi ise bu aralığın ortasıdır. Yumuşak dokuları görmek için geniş pencere, akciğeri görmek için dar pencere kullanılır.

Örnek olarak akciğer incelemesinde pencere düzeyi 40, pencere genişliği 350 seçilsin. Genişliğin yarısı 175 olur ve alt sınır 40 − 175 = -135 değerine iner. Üst sınır ise 175 üzerine eklenerek elde edilir. Pencere düzeyi yanlış seçildiğinde akciğer dokusu tamamen siyah ya da tamamen beyaz görünür ve küçük bir lezyon gözden kaçabilir.

4. Ultrason ve derinlik hesabı

Ultrason, yüksek frekanslı ses dalgalarının dokular arasından yansımasını kullanır. Üreteçte piezoelektrik kristal bulunur; kristale uygulanan elektrik gerilimi ses dalgası üretir ve yansıyan dalga tekrar gerilime dönüşür. Yansıma süresi doku yoğunluğuna göre değişir.

Ultrasonun derinlik hesabı gidiş ve dönüş süresine dayanır. Sesin yumuşak dokudaki hızı yaklaşık 1540 metre/saniyedir ve ses gönderilip geri geldiği için yol iki katıdır. Ölçülen gidiş dönüş süresi 0,00026 saniye olan bir yansımanın derinliği 1540 × 0,00026 / 2 = 0,2002 metre olarak bulunur. Bu değer yaklaşık 20 santimetreye karşılık gelir.

Ultrasonun en büyük üstünlüğü iyonize ışıma üretmemesidir; bu nedenle hamile hastelerde ve çocuklarda tercih edilir. Frekans arttıkça dalga boyu kısalır ve yüzeyel yapılar daha ayrıntılı görülür; ancak derin yapılar için düşük frekans gerekir.

5. Manyetik rezonans

Manyetik rezonasta görüntü, dokulardaki hidrojen çekirdeklerinin davranışına dayanır. Doku, güçlü bir manyetik alan altında hizalanır ve radyofrekans darbesi gönderildiğinde çekirdekler kendi frekansıyla titreşir. Titreşimden oluşan sinyal alınır ve konuma göre çözülür.

Manyetik rezonansta alan şiddeti tesla cinsinden verilir. Klinikte yaygın olarak 1,5 ve 3 tesla alan şiddetleri kullanılır. Güçlü alanlar daha yüksek çözünürlük sağlar ancak hasta konforu, süre ve maliyet açısından denge kurulmalıdır. Manyetik rezonansta iyonize ışıma yoktur; buna karşılık yüksek manyetik alana uygun hastane ekipmanı hazırlanması ve manyetik alana girmeyen taşınabilir cihazların denetlenmesi gerekir.

6. Görüntü kalitesi ölçütleri

Görüntü kalitesi dört başlıkta değerlendirilir. Çözünürlük, birbirine en yakın yapıların ayırt edilip edilemediğini belirler ve piksel boyutuna bağlıdır. Görüş alanı 250 milimetre olan bir görüntüde 512 satırlık matris kullanılırsa piksel boyutu 250 / 512 = 0,488 milimetre olur.

Kontrast, dokuların birbirinden ayrılma derecesidir ve pencere ayarıyla doğrudan ilişkilidir. Gürültü görüntüdeki rastgele beneklenmedir ve düşük dozda alınan görüntülerde artar. Kesit kalınlığı ise organın ne kadar ince dilimler hâlinde tarandığını gösterir; 3 milimetrelik kesitlerle alınan bir incelemede 100 kesit tarandığında toplam tarama kalınlığı 100 × 3 = 300 milimetre olur.

7. Radyasyon güvenliği

Radyasyon güvenliğinin temel ilkesi, dozun makulun en alt düzeyde tutulmasıdır. Bu ilke yazılı olarak da korunur: gerekçelendirilmiş, optimize edilmiş ve dozla sınırlanmış olmak. Başka bir ifadeyle inceleme gerekçeli olmalı, doz en aza indirilecek biçimde ayarlanmalı ve kişi başına düşen dozun bir üst sınırı bulunmalıdır.

Doz azaltma yöntemleri sayısal olarak gerekçelendirilebilir. Görüntü alanını daraltmak, 500 × 500 kesitin 250 × 250 kesite göre alanının dörtte birini taradığını gösterir. Kalite ayarını düşürmek, aynı tanı için gerekenden yüksek doz verilmesini önler. Kısa süreli incelemelerde hareket artefaktı oluşabildiği için hazırlık ve koordinasyon dozun gereksiz yere artmasının en sık nedenidir.

Kişisel doz takibi, çalışanın yıllık dozunu değerlendirmek ve radyasyon çalışanlarının yıllık izleme programına tabi olup olmadığını belirlemek için yapılır. Bu takipte kişisel dozimetre kullanılır. Radyasyon çalışanlarının eğitimi, kurşun önlük gibi kişisel koruyucuların doğru kullanımı ve çalışma alanının uygun düzenlenmesi güvenliğin temel parçalarıdır.

8. Dijital görüntü arşivi

Klasik röntgen filmleri fiziksel olarak saklanır, taşınır ve zamanla bozulur. Dijital görüntüleme bu görüntüleri sayısal hâle getirerek bilgisayar ağında saklar. Görüntüler standart bir dosya biçiminde ve hasta kimliğiyle birlikte arşivlenir; böylece aynı hasta farklı cihazlarda çekilmiş görüntüleri tek yerde görüntülenebilir.

Görüntünün piksel verileri ile kimlik bilgisinin ayrı dosyalarda tutulması, hastalık tanısı sürecinde karışıklık olmasını engeller. Bir görüntünün hangi hastaya ait olduğu dosya adından anlaşılmıyorsa görüntüleme tek başına yetersiz kalır. Bu nedenle görüntü yönetim sistemlerinde kimlik doğrulama ve erişim yetkisi düzenlemeleri zorunludur.

Basit örnek

512 satırlık ve 512 sütunlu bir tomografi kesitinde toplam kaç piksel bulunur? Hesap şöyledir: 512 × 512 = 262144 piksel elde edilir. Bu görüntü 12 bitlik ise her piksel için 2^12 = 4096 farklı parlaklık değeri saklayabilir. Sütun sayısı 1024'e çıkarılsaydı piksel sayısı 512 × 1024 = 524288 olur ve görüntüdeki ayrıntı artardı.

İleri örnek

Bir akciğer tomografisinde pencere düzeyi 40, pencere genişliği 350 seçilmiştir. Ölçüm hangi Hounsfield aralığında yapılacaktır? Genişliğin yarısı 175 olur. Alt sınır için 40 − 175 = -135 hesaplanır; üst sınır için 175 eklenir. Görüntü bu iki sınır arasındaki değerlerle gösterilir. Pencere düzeyi −600 seçilseydi alt sınır çok daha aşağı kayar ve akciğer dokusu ile göğüs duvarı birbirine girerdi.

Adım adım çözülmüş örnek

Soru: Ultrasonla yapılan bir ölçümde yansımanın gidiş dönüş süresi 0,00026 saniyedir. Ses hızı 1540 metre/saniye olduğuna göre ölçülen yapının derinliği yaklaşık kaç santimetredir?

Adım 1: Ses hızı 1540 metre/saniye olarak yazılır. Adım 2: Gidiş dönüş süresi 0,00026 saniye olarak verilir. Adım 3: Sesin gittiği ve döndüğü yol iki kat olduğundan hesap yapılır ve 1540 × 0,00026 / 2 = 0,2002 metre bulunur. Adım 4: Sonuç santimetreye çevrilir ve yaklaşık 20 santimetre derinlikte bir yapı ölçüldüğü yazılır. Cevap: yaklaşık 20 santimetre.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Pencere ayarını gözle yapmak: Pencere düzeyi ve genişliği ölçülebilir değerlerdir. Gözle ayarlanırsa küçük bir lezyon tamamen siyah ya da beyaz görünür ve gözden kaçabilir.
• Hounsfield birimini mutlak değer sanmak: Bu birim su için sıfır olan bir ölçektir, mutlak birim değildir. Aynı ölçekte hava negatif bin, kemik pozitif bin değerindedir.
• Ultrason derinliğinde yol iki katını atlamak: Ses gönderilip geri döndüğü için yol iki katıdır. Bu bölücü unutulursa derinlik iki kat yanlış bulunur.
• Ultrasonu iyonize ışıma içermeyen ama risksiz saymak: Ultrason iyonize ışıma üretmez ancak havadaki gaz boşluklarında yansıma yapabilir ve kemik üzerinde görüntü engellenebilir.
• Dozu gerekçesiz artırmak: Aynı tanı için daha yüksek dozda çekim yapmak yalnız gürültüyü artırır; gereksiz doz verilmiş olur.
• Görüntüyü hasta kimliğinden ayırmak: Görüntü ile kimlik bilgisi ayrı dosyalarda tutulmalıdır. Ayrılmadığında hastalık tanısı sürecinde karışıklık yaşanır.

Özet

Tıbbi görüntüleme, vücuttan gelen fiziksel sinyalleri algılayıp resim hâline getiren tıbbi cihaz sistemleridir. Dört temel yöntem farklı fiziksel temellere dayanır: röntgen ve tomografi X ışını, ultrason piezoelektrik kristal, manyetik rezonans ise radyofrekans darbesi kullanır. Ultrason ile manyetik rezonans iyonize ışıma üretmez. Görüntü bir piksel matrisidir; 512 × 512 matriste 512 × 512 = 262144 piksel bulunur ve bit derinliğine göre 8 bitlik görüntüde 2^8 = 256, 12 bitlik görüntüde 2^12 = 4096 gri tonu saklanır. Tomografide her pikselin değeri Hounsfield birimi ile ifade edilir; hava negatif bin, su sıfır, kemik pozitif bin değerindedir. Ekranda hangi aralığın görüneceği pencere genişliği ve pencere düzeyi ile belirlenir; düzey 40, genişlik 350 seçildiğinde alt sınır 40 − 175 = -135 olur. Ultrasonun derinlik hesabında sesin yumuşak dokudaki hızı 1540 metre/saniye alınır ve gidiş dönüş yolu ikiye bölünür; 1540 × 0,00026 / 2 = 0,2002 metre yaklaşık 20 santimetreye karşılık gelir. Görüntü kalitesi çözünürlük, kontrast, gürültü ve kesit kalınlığı ölçütleriyle değerlendirilir; 250 milimetre görüş alanında 512 satırlık matris piksel boyutunu 250 / 512 = 0,488 milimetreye indirir. Radyasyon güvenliğinde temel ilke dozun makulun en alt düzeyde tutulmasıdır ve doz azaltma önlemleri sayısal olarak gerekçelendirilir. Görüntü verisi ile hasta kimliği ayrı dosyalarda tutulmalıdır.

Kendini dene

Şu soruları cevaplayarak konuyu pekiştir: (1) 400 × 400 matriste kaç piksel bulunur, 16 bitlik derinlikte kaç gri tonu saklanır? (2) Pencere düzeyi −500, pencere genişliği 1500 olan bir incelemede gösterilecek değer aralığını bulunuz. (3) Ultrasonla ölçülen yapının derinliğini, ses hızı 1540 metre/saniye ve gidiş dönüş süresi 0,00013 saniye için hesaplayınız. Cevaplarınızı adım adım yazın; puana göre değerlendirmede sayısal hesap, kavram açıklaması ve güvenlik gerekçesi ayrı ayrı değerlendirilir.