Tıbbi Görüntüleme Nedir?

Teknolojik gelişmelerin en çok uyarlandığı ve ilerleme sağladığı alanlardan birisi de tıp. Yirminci yüzyılın son çeyreğine kadar bile doktorların teknolojik olanakları oldukça kısıtlıydı. Özellikle insan vücudunun iç yapısını göstermeye yarayan cihazlar yeteri kadar gelişmemişti. 

En iyi bilinen görüntüleme yöntemi 1895 yılında Wilhelm ConradRöntgen tarafından bulunan X-Işını (Röntgen) cihazları idi. Geçtiğimiz 20-30 yıldaki gelişmeler ise tıp bilimini başka bir çağa taşıdı.

Tıbbi Görüntüleme, en basit hali ile insan vücudunun iç yapısının çeşitli yöntemler ile görülebilir hale getirilmesidir. Bu görüntüleri tıbbi teşhis ve tedavi için kullanan tıp dalına ise Radyoloji denir ve her geçen gün daha da önemli bir dal haline gelmektedir. Bu konuda uzmanlaşan doktorlara da Radyolog Doktor denilmektedir. Radyoloji temelde tanısal radyoloji ve Radyoterapi (ışınla tedavi) olarak iki ana koldan oluşur. Ben, bu yazıda tanısal kısmı, yani görüntülemeyi anlatacağım. Burada da doğrudan bir görüntü elde eden cihazları anlıyorum, örneğin EKG gibi kalbin elektriksel faaliyetlerini “resmeden” cihazlar kapsam dışında.

Bu tanım içine giren temel cihazlar ; Radyografi Cihazları, MR Cihazları, Nükleer Tıp Görüntüleme Sistemleri, Tomografi, Ultrason (ekokardiyografi dahil) olarak sıralanabilir. Günümüzde bu cihazlar, tıp bilgisinin yanında, medikal fizik, biyomedikal, elektronik mühendisliği ve bilgisayar mühendisliğinin karmaşık bir sentezi ile üretiliyor. Medikal görüntülerin arşivlenmesi ve saklanması için de özel protokoller ve sistemler geliştiriliyor.

Aşağıda anlatacağım sistemler temel bazı görüntüleme cihazlarını kapsıyor. Anlattıklarımın dışında da pek çok görüntüleme yöntemi ve cihazı var ama ben hem daha yakından tanıdığım, hem de en çok tanınan cihazları anlatmayı tercih ettim.

Radyografi Cihazları

Radyografi cihazları, x-ışınları kullanan cihazlar. Modern tıp tarihinde de ilk icat edilen görüntüleme cihazları bunlar. En büyük dezavantajları X-ışını kullanmaları ve bu ışının olumsuz etkisine hem hastaları hem de doktorları maruz bırakmaları. Konvansiyonel Radyografi ve Floroskopi olarak iki ana kola ayırabiliriz. Basitçe bir benzetme yaparsak, konvansiyonel radyografi vücudun fotoğrafını çekmek, floroskopi ise canlı videosunu çekmeye benzetilebilir. Tomografi ve MR tetkikleri çok yaygınlaşmasına rağmen bu teknikler de hala yoğun olarak kullanılmaktadır.

Röntgen Cihazı (Bucky)

Anjiyografi Cihazı

Floroskopi Cihazı

C-Kollu Floroskopi Cihazı

Mobil Röntgen Cihazı

Floroskopi, gerçek zamanlı görüntüler almak için kullanılmaktadır. Burada verilen doz, radyografiden çok daha az, ama süreklidir. Mide görüntüleme ve anjiyo en çok bilinen örnekleridir. Görüntüleme için kontrast madde adı verilen ve iç organların çalışmasını daha iyi gösteren yardımcı maddeler de kullanılabilir. Bu maddeler kullanılan organa göre baryum, iyot veya hava olabilmektedir. Floroskopi ameliyatlarda da yol gösterici olarak kullanılabilir. Bunlara örnek olarak kemiğe çivi çakılması ya da kalp pili takılması gibi uygulamalar gösterilebilir.

Radyografi, daha çok bilinen adı ile röntgen, daha çok sert dokuların görüntülenmesinde (kemik kırıkları, diş görüntüleme vs.) ve akciğer gibi organlarda lezyonların belirlenmesinde kullanılmaktadır. Bazı durumlarda radyografide de kontrast madde kullanılabilmektedir.

Radyografi cihazları çok çeşitlidir. Konvansiyonel röntgen (bucky), mobil röntgen, mammografi gibi cihazların tümü bu kategoriye girmektedir. Eski cihazlar doğrudan filme çeken (analog) cihazlar iken, günümüzdeki cihazlar dedektörleri sayesinde çektikleri görüntüleri doğrudan bilgisayara aktarmaktadır (dijital). Aslında analog sistemler de CR Cihazı (Computed Radiography-filmleri tarayarak dijitale çeviren sistemler) sayesinde dijitale dönüşebilmektedir.

X-Işını kullanan cihazların içinde bulunduğu odaların çok iyi yalıtılması gerekir. Bunun için genellikle 2 mm kalınlığında kurşun levhalar ile odanın 4 duvarı, tavanı, tabanı ve kapıları kaplanmaktadır.

Manyetik Rezonans Görüntüleme (MR, MRI, MRG)

MR Cihazı

Manyetik Rezonans Görüntüleme’nin temeli, çok güçlü mıknatıs bir alan yolu ile insan dokusundaki hidrojen moleküllerini polarize ederek ve uyararak algılanabilir bir sinyal oluşturmalarınını sağlamaya ve bu sinyalleri yakalayarak görüntü elde etmeye dayanır. MR cihazı, sadece hidrojen atomlarına etkiyen özel bir RF (Radyo Frekans) darbe yayar. Sistem, bu darbeyi vücudun incelenmesi istenilen kısmına yönlendirir. Darbe, o kısımdaki atomların protonları tarafından emilerek başka bir yöne spin (dönü) yapmalarına yol açar. Bu MR’ın “rezonans” kısmıdır. RF darbesi, protonların belirli bir frekansta ve belirli bir yöne spin etmesini sağlamaktadır. Bu rezonans frekansına LarmourFrekansı denir ve tetkik edilmekte olan dokunun özellikleri ile manyetik alanın gücü baz alınarak hesaplanır. MR cihazı üç elektromanyetik alanı birden kullanarak görüntüleme yapar;

Statik Alan : Hidrojen çekirdeğini polarize etmek için çok kuvvetli (Tesla seviyesinde) bir manyetik alan.

Gradient Alanı : Daha zayıf ve düşük frekanslı (1 kHz civarında), uzaysal konum için kullanılan manyetik alan. MR cihazının içinde iken duyduğunuz gürültüler, bu alan oluşturulurken çıkan seslerdir.

RF (Radyo Frekans) alanı : hidrojen çekirdeğini ölçülebilir sinyaller üretmesi için manipule eden ve bu sinyalleri bir RF anteni ile toplanmasını sağlayan zayıf bir manyetik alan.

MR cihazı, aşağıda tomografi cihazlarında anlatacağım gibi 2 boyutlu kesit görüntüler elde eder. Gereken durumlarda bu görüntüler birleştirilerek 3 boyutlu görüntüler de elde edilir. Ayrıca modern MR cihazları 3 boyutlu bloklar halinde de görüntüleme yapabilmektedir. Yine bu blokların birleştirilmesi ile 3 boyutlu görüntüler elde edilir. MR cihazları x-ışını kullanmadıkları için bu açıdan zararsızdır.MR cihazlarının manyetik alanı, sinir uyarılmalarına yol açabilirse de (genellikle 3T MR cihazları), kuvvetli manyetik alanın uzun vadeli zararları konusunda çok fazla veri yoktur. Bu açıdan tomografi veya röntgen cihazlarındaki gibi kısıtlamalar olmadan bir hastaya istenildiği kadar MR çekimi yapılabilir. Ancak yine de RF alanının dokuları ısıtması sonucu olabilecek sağlık riskleri olabileceği gibi, kalp pili gibi vücut içi tıbbi cihaz kullananlar için de manyetik alan çok ciddi riskler içerebilir. Bu riskleri en aza indirmek için cihazların tasarımında ya da tetkik protokollerinde gerekli önlemler alınmaktadır.

MR ve tomografi değişik dokularda daha iyi oldukları için, her iki tekniğin görüntüleri arasında farklar vardır. Tomografi’de iyi görüntü alınabilmesi için, x-ışınının yoğun bir doku ile engellenmesi gerekir, bu nedenle kemik vb. dokulardaki görüntü kalitesi iyi iken, ışına engel teşkil etmeyen yumuşak dokudaki görüntü kalitesi daha zayıftır. MR görüntülemede ise hidrojen atomunun protonları kullanıldığından ve hidrojen atomu da suda mevcut olduğundan, içinde su bulunduran yumuşak dokular daha iyi görüntüler vermektedir.

Nükleer Tıp

NükleerTıp, hem görüntülemede, hem de tedavide kullanılmaktadır. İzotopların belli özelliklerini ve radyoaktif maddelerden yayılan parçacıkları kullanarak bu işlevler gerçekleştirilir. Nükleer görüntülemenin diğer görüntüleme yöntemlerinden en önemli farkı, fizyolojik bilgi vermesi, yani çekim yapılan vücut bölümünün fonksiyonunu nasıl yerine getirdiğini ortaya çıkarmasıdır. Fonksiyonlara yönelik bu bilgiler en başta onkoloji (kanser bilimi) olmak üzere nöroloji ve kardiyoloji için önemli teşhis olanakları sağlamaktadır. Son zamanlarda çıkan cihazlar ile birlikte yöntemler de çeşitlilik göstermekte ve bazen cihazlar birbirine karıştırılmaktadır. Cihaz ve fonksiyonları kısaca aşağıdaki gibi özetlemeye çalışıyorum;

Gama Kameralarda genelde yarı ömrü nispeten kısa olan Iodine-123 gibi izotoplar kullanılır. Bu izotopların vücutta biyolojik olarak aktif dokularda daha fazla yoğunlaşması, tümör ve kemiklerdeki çatlaklar gibi sorunları ortaya çıkarmayı kolaylaştırır. Fotonları algılayan kristaller ile elektriksel forma dönüştürülen veri, daha sonra yükseltilip görüntüye dönüştürülür.

Sintigrafi’de radyoizotoplar içilerek ya da damardan verilerek gama kamera tarafından iki boyutlu görüntüleme yapılır.

SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography – Tek Foton Emisyonlu Tomografi), gama kamera tarafından değişik düzlemlerde yapılan çekimlerin birleştirilmesi ile oluşturulan 3 boyutlu bir görüntüleme tekniğidir.

PET (Pozitron Emisyon Tomografi) görüntülemede Flor-18 gibi hızlı yarılanan bir izotop, glikoz ile birleştirilip ortaya çıkan F18-fluorodeoxyglucose (FDG) maddesi kullanılır. Vücuttaki aktivite dağılımı izlenerek tümör, metastaz veya enfeksiyonlar açığa çıkarılabilir. PET görüntüleri, günümüzde tomografi ile birleştirilerek kullanılmaktadır. Tomografi anatomik bilgiyi sağlamakta, PET de aktiviteyi göstermektedir.

Yukarıda belirtilen görüntüleme teknikleri ile cihaz adları bazen karıştırılmakta ya da yanlış kullanılabilmektedir. Bunlara göre nükleer tıpta kullanılan cihazlar aşağıdaki şekilde listelenebilir;

Gama Kameralar : Kullandığı görüntüleme tekniğine göre Sintigrafi ya da SPECT Kamera olarak adlandırılsalar da, cihazın genel adı Gama Kamera’dır. Tek ve çift dedektörlü modelleri bulunmaktadır. Artık üretilmeyen 3 dedektörlü modeller de bulunuyordu.

Gama Kamera

PET Cihazı : PET tekniğini kullanan ve tomografi gibi yuvarlak bir açıklığı (gantri) bulunan cihazların genel adıdır.

PET/CT veya PET/BT : PET cihazı ile Bilgisayarlı Tomografi (BT) cihazını birleştiren bu cihazlar ülkemizde de son yıllarda yaygınlaştı. Genellikle kanser taramasında kullanılıyorlar. Yukarıda bahsettiğim gibi, PET cihazı fonksiyonel verileri toplarken, tomografi cihazı da anatomik bilgiyi veriyor. Bu iki verinin oluşturduğu görüntülerin üst üste yerleştirilmesi ile hem anatomik hem de fonksiyonel olarak çok faydalı bilgiler veren füzyon görüntüleri oluşturulabiliyor.

PET/CT

SPECT/CT veya SPECT/BT

İki dedektörlü bir gama kamera ile tomografi cihazının birleştirilmesi ile oluşan bu cihaz sayesinde gama kamera görüntüleri ile tomografi görüntüleri birleştirilerek fizyolojik ve anatomik olarak tatmin edici görüntüler ve sonuçlar alınabiliyor.

SPECT/CT

PET/MR

Nispeten daha yeni olan bu cihaz kombinasyonunda da tomografi cihazının yerini MR cihazı alıyor ama prensip hep aynı. Nükleer tıp cihazı fonksiyonları, diğer cihaz (MR), özellikle yumuşak doku tümörlerinde, PET’i tamamlayarak, füzyon görüntüleri elde ediliyor.

PET/MR

Tomografi (BT ya da CT)

Tomografi

Tomografi, vücudun herhangi bir yerinden geçen düzlemi görüntüleyen bir görüntüleme cihazıdır. Bu düzlemlere kesit denir. Tomografinin Lineer Tomografi, Poli Tomografi, Zonografi, Ortopantomografi gibi çeşitleri varsa da, şu anda en çok kullanılan isim CT (Computed Tomography) ya da BT (Bilgisayarlı Tomografi. Amerika’da CAT ya da CAT Scanner olarak adlandırılıyor. (CAT=Computed Axial Tomography).

Tomografiler temel olarak 2 boyutlu kesitler oluştururlar. Temel çalışma prensibi, aynen dijital röntgen gibi bir x-ışını kaynağı ve dedektörlerin görüntüyü oluşturması olmakla birlikte, tomografilerde hem x-ışını, hem de dedektörler hastanın etrafında 360 derece döner. Yüzlerce kiloluk tüp ve dedektör düzeneğinin hastanın çevresinde saniyede 2-3 tur döndüğü modern çok kesitli tomografileri kapağı açıkken izlerseniz, muhtemelen içine girmek istemezsiniz. Ama elbette tüm güvenlik önlemleri alınmıştır.

İlk nesil tomografilerde tüp ve dedektör düzeneğinin her bir tur dönüşünde bir kesit alınabilmekteydi. Spiral tomografi tekniği ile, her kesit alındıktan sonra masa bir miktar kaydırılarak arka arkaya kesitler alınabiliyordu. Bu yöntemde belli bir alanın taranabilmesi için çok fazla kesit alınması ve oldukça da fazla x-ışınına maruz kalma durumu vardı. Yeni nesil tomografilerde ise, detektör sıralarının sayısı arttırılarak bir dönüşte birden fazla kesit alınması sağlanıyor. Kesit sayısı 2,4,8,16,64 derken 128, 256 ve fazlasına ulaştı. Bir dönüşte bu kadar çok kesit alınabilmesi yepyeni uygulamalara da yol gösterdi. Örneğin hareketli bir organ olan kalbi az kesitli bir tomografide çekerseniz, siz bir sonraki kesidi alana kadar kalp bir miktar kımıldamış olacağından düzgün bir görüntüleme yapmanız imkansızdır. Yeni nesil tomografiler ise her dönüşte çok sayıda kesit alabildiği için, bir dönüşte kalbin tamamını görüntüleyebiliyor. Üstelik, kalbin görüntülenmesini çok kısa süre hareketsiz kaldığı dinlenme evresine denk getirerek daha da iyi sonuçlar elde edebiliyorlar. Böylece kalp anjiyosunu tomografi ile yapmak mümkün oluyor.

Alınan 2 boyutlu kesitler daha sonra tomografinin iş istasyonunda birleştirilerek çekilen organın üç boyutlu görüntüleri oluşturuluyor.

Ultrason

Ultrason

Ultrason cihazı (ultrasound=duyma frekansının üzeri), megahertz seviyesinde bir ses dalgasının dokuya gönderilip, geri gelen yankılardan görüntü oluşturmaya yarayan bir tekniktir. Ses dalgaları kullanması ile diğer tüm görüntüleme tekniklerine göre farklı bir yerdedir.

Genelde ultrason denildiğinde herkesin aklına anne karnında görüntülenen bebek gelmekle birlikte, kullanım alanı çok daha geniştir. İç organların, kalbin, göğüslerin , kasların, damarların görüntülenmesi de uygulamalarından bazılarıdır. Ultrason MR ve BT gibi görüntüleme yöntemlerine göre nispeten daha az anatomik detay gösterebilmesine rağmen bazı avantajları dolayısı ile tercih edilebilmektedir. Örneğin hareketli organların gerçek zamanda izlenmesi, damarların içinde akan kanın izlenebilmesi, radyasyon yaymadığı için anne karnında bebek izlenmesi gibi. Herhangi bir yan etkisinin olmaması, nispeten daha ucuz olması da avantajlarındandır. Ayrıca taşınabilir bir cihaz olduğu için, yoğun bakım gibi hastanın yer değiştirmesinin mümkün olmadığı yerlerde de kullanım alanı bulmaktadır.

Ekokardiyografi

Ultrason cihazı kalp görüntülemede kullanıldığında ekokardiyografi olarak anlandırılmaktadır. Ekokardiyografi, kalbin detaylı incelenmesinde, odacıklarının, kapakçıkların ve kalbin genel fonksiyonlarının değerlendirilmesinde çok yararlı bilgiler vermektedir. Tüm bu detayların görüntülenmesi için 2D, 3D ve Doppler görüntüleme teknikleri kullanılır.

Ekokardiyografi, taşınabilirlik ve uygulama çeşitliliği nedeni ile dünyada en çok kullanılan görüntüleme cihazlarından biridir. Özellikle acil vakalarda taşınabilirliği ve görüntüleme hızı dolayısı ile tercih edilmektedir.

Medikal Verilerin İşlenmesi

Modern görüntüleme cihazlarında, özellikle PET, PET/BT, MR ve BT’de üretilen veri miktarı çok büyük miktarlara ulaşmaktadır.  Eskiden sadece iki boyutlu görüntü üreten bu cihazlar, artık güçlü iş istasyonlarının yardımı ile, bu büyük miktarda veri ile 3 boyutlu ve çok daha detaylı görüntüler üretiyorlar. Bu miktarda verinin ve görüntülerin saklanması ve iletilmesi, ayrıca değişik görüntüleme cihazlarının birbiri ile haberleşmesi özel protokoller ve dosya biçimleri gerektiriyor. Bu özel protokol ve sistemlerin en önemlileri şöyle sıralanabilir;

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine – Tıpta Sayısal Görüntüleme ve İletişim), medikal görüntülerin işlenmesi, saklanması taşınması ve yazdırılması için özel olarak tasarlanmış bir protokoldür. DICOM formatı sayesinde medikal cihazlar arasında sadece görüntüler değil, hasta bilgileri de taşınabilmektedir.

PACS (Picture Archiving and Communication System - Görüntü Arşivleme ve İletişim Sistemi) görüntülerin saklanması, geri çağrılması, dağıtımı ve gösterilmesi için kullanılan yazılım ya da ağlara verilen isimdir. Medikal görüntüler DICOM formatında saklanır. PACS sistemlerinin iki büyük faydası vardır; filme basmayı azaltmak, hatta ortadan kaldırmak ve görüntülere uzaktan erişim.

PACS sistemleri; Hastane Bilgi Sistemleri (HIS) ve Radyoloji Bilgi Sistemleri (RIS) ile çalışarak, görüntüler ile hasta bilgilerini birleştirip tam entegre sağlık sistemleri oluşturmaktadır.

Son zamanlarda PACS ve RIS sistemlerini bulut üzerinde kullanmak eğilimi artış göstermektedir. Terabayt seviyelerini zorlayıp Petabayt’lara çıkan medikal veriler ile en iyi başa çıkmanın yolu bulut sistemleri olacak gibi görünüyor.