1 / 57

Obrazowanie „magnetyczne” w medycynie

Obrazowanie „magnetyczne” w medycynie. Badanie rozkładu pola magnetycznego generowanego przez prądy – diagnostyka mózgu i serca Badanie magnetyczne przewodu pokarmowego Termoterapia za pomocą pola zmiennego Termoterapia za pomocą cząstek magnetycznych. B. Augustyniak.

lamis
Download Presentation

Obrazowanie „magnetyczne” w medycynie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Obrazowanie „magnetyczne” w medycynie • Badanie rozkładu pola magnetycznego generowanego przez prądy – diagnostyka mózgu i serca • Badanie magnetyczne przewodu pokarmowego • Termoterapia za pomocą pola zmiennego • Termoterapia za pomocą cząstek magnetycznych B. Augustyniak

  2. Natężenia pola magnetycznego w środowisku Natężenia pola magnetycznego dla różnych źródeł oraz zakresy czułości mierników pola Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak

  3. Pola magnetyczne i sygnały MEG Severalselected channels of an MEG measurement are displayed in the insets. They show howartefacts like the subject’s heart beat, eye blinks, and spontaneous alpha rhythm may severelydisturb the monitoring of the much smaller brain activity. A typical averaged event-relatedsignal is displayed in the bottom panel. B. Augustyniak Journal of Low Temperature Physics, Vol. 146, Nos. 5/6, March 2007

  4. Rozdzielczość x-t metod obrazowania B. Augustyniak Journal of Low Temperature Physics, Vol. 146, Nos. 5/6, March 2007

  5. Badania rozkładów pola magnetycznego generowanego przez prądy płynące lokalnie w ciele Magnetoencephalography MEG www.mp.uni-tuebingen.de/mp/uploads/media/Christoph_Braun.pdf B. Augustyniak

  6. Źródła pola magnetycznego w głowie The MEG (and EEG) signals derive from the net effect of ionic currents flowing in the dendrites of neurons during synaptic transmission. http://neuroactivity.org/neuroimaging/meg/ www.mp.uni-tuebingen.de/mp/uploads/media/Christoph_Braun.pdf B. Augustyniak

  7. Komórki nerwowe brain.fuw.edu.pl/~suffa/SygnalyBioelektryczne/Sygnaly1.ppt

  8. Warunki powstania efektywnego pola amagnetycznego od neronów In order to generate a signal that is detectable, approximately 50,000 active neurons are needed. Since current dipoles must have similar orientations to generate magnetic fields that reinforce each other, it is often the layer of pyramidal cells in the cortex, which are generally perpendicular to its surface, that give rise to measurable magnetic fields. Furthermore, it is often bundles of these neurons located in the sulci of the cortex (kora) with orientations parallel to the surface of the head that project measurable portions of their magnetic fields outside of the head. B. Augustyniak http://psychology.wikia.com/wiki/Magnetoencephalography#cite_ref-0

  9. Historia MEG The MEG was first measured by David Cohen in 1968, before the availability of the SQUID, using only a copper induction coil as the detector. To reduce the magnetic background noise, the measurements were made in a magnetically shielded room. However, the insensitivity of this detector resulted in poor, noisy MEG signals, which were difficult to use. Then, later at MIT, he built a better shielded room, and used one of the first SQUID detectors (just developed by Zimmerman) to again measure the MEG. This time the signals were almost as clear as the EEG, and stimulated the interest of physicists who had begun looking for uses of SQUIDs. Thus, the MEG began to be used, so that various types of spontaneous and evoked MEG’s began to be measured. At first only a single SQUID detector was used, to successively measure the magnetic field at a number of points around the subject’s head. This was cumbersome, and in the 1980’s, MEG manufacurers began to increase the number of sensors to cover a larger area of the head, using a correspondingly larger dewar. Present-day MEG dewars are helmet-shaped and contain as many as 300 sensors, covering most of the head, as shown in the first figure. In this way, MEG’s of a subject or patient can now be accumulated rapidly and efficiently. B. Augustyniak http://psychology.wikia.com/wiki/Magnetoencephalography#cite_ref-0

  10. MEG typu ‘Magnes 3600 WH’ Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007, Journal of Low Temperature Physics, Vol. 146, Nos. 5/6, March 2007 B. Augustyniak

  11. Schemat detektorów SQUID The picture shows the sensor arrangement of the Elekta Neuromag 306 whole-head system B. Augustyniak http://neuroactivity.org/neuroimaging/meg/

  12. Fazy badania MEG 1 Impuls elektryczny płynący przez neuron – generacja impulsu pola magnetycznego B. Augustyniak http://www.elekta.com/healthcare_international_elekta_neuromag.php

  13. Fazy badania MEG 2 Obraz impulsu pola magnetycznego B. Augustyniak http://www.elekta.com/healthcare_international_elekta_neuromag.php

  14. Fazy badania MEG 3 Detekcja impulsów przez zespół czujników pola magnetycznego B. Augustyniak http://www.elekta.com/healthcare_international_elekta_neuromag.php

  15. Detale układu MEG ze SQUID Cutaway drawing of the „Magnes” dewar showing thelocation of the reference channels relative to the sensor coils http://nextbigfuture.com/2007_10_28_archive.html B. Augustyniak

  16. Matryca czujniki SQUID B. Augustyniak

  17. SQUIDSuperconducting Quantum Interference Device Jak to działa ? Bolesław AUGUSTYNIAK

  18. Strumień pola magnetycznego przez nadprzewodzącą pętlę Prąd płynie po powierzchni nadprzewodnika wytwarzając strumień Fsc. Kwant strumienia Fo to flukson B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  19. Tunelowanie elektronów przez złącze przewodnik-izolator-przewodnik Dwa przewodniki A i B oddzielone warstwą izolatora C o grubości rzędu 10 A. Po oziębieniu jeden z przewodników staje się nadprzewodnikiem Dla złącza z nadprzewodników w bardzo niskiej temperaturze nie może płynąć prąd o ile napięcie nie przekroczy wartości Vc = Eg/2e, gdzie Eg jest przerwą energetyczną między pasmami walencyjnym i przewodnictwa B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  20. Złącze Josephsona dla nadprzewodników Następuje tunelowanie par Coopera przez cienką barierę pomiędzy nadprzewodnikami. Można obserwować dwa zjawiska Josephosna: 1. stałoprądowe (prąd stały płynie przez złącze bez zewnętrznego napięcia) 2. zmiennoprądowe (stałe napięcie przyłożone do złącza powoduje oscylacje natężenia prądu płynącego przez złącze B. Augustyniak

  21. Stałoprądowe zjawisko Josephsona funkcje falowe Y1iY2parypo obu stronach złącza n1 i n2 – ‘koncentracje’ nośników Natężenie J prądu stałego może mieć różne wartości, zależnie od różnicy faz d funkcji falowych Y1iY2po obu stronach złącza Prądu Jo jest maksymalnym prądem dla U = 0 B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  22. Zmiennoprądowe zjawisko Josephsona Po przyłożeniu różnicy potencjałów V do złącza zmienia się energia par po obu stronach złącza a także zmienić się zaczyna w czasie różnica faz funkcji falowych, tym szybciej, im większe jest napięcie V Płynący prąd staje się prądem przemiennym !!! Napięcie na złączu V = 1 mV wywołuje oscylacje o częstości 483,6 MHz!!! B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  23. DC Josephson : A dc current flows across the junction in the absence of any electric or magnetic field. AC Josephson : A dc voltage applied across the junction causes rf current oscillations across the junction. This effect has been utilized in a precision determination of the value of Further, an rf voltage applied with the dc voltage can then cause a dc current across the junction. Macroscopic long-range quantum interference: A dc magnetic field applied through a superconducting circuit containing two junctions causes the maximum supercurrent to show interference effect as a function of magnetic field intensity. Magnetometer

  24. Pętla z dwoma złączami Josephsona w polu magnetycznym B Przez pętle przepuszcza się prąd o natężeniu J przy U = 0. Strumień magnetyczny F = B *S zmienia fazy funkcji falowych par Coopera płynących w gałęziach a i b Prąd J jest sumą prądów z obu gałęzi Natężenie prądu jest periodyczną funkcją strumienia F. Maksima występują dla warunku , s – liczba całkowita B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  25. Oscylacje natężenia prądu dla pętli z dwoma złączami Josephsona w polu magnetycznym B B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

  26. SQUID: ZASADA DZIAŁANIA - 2 Prąd I wchodząc do pierścienia rozdziela się na dwa prądy, których fazy zależą od strumienia pola magnetycznego ww. i które interferują A IA=I0sinA A-B=/0 I A maksymalny prąd nadprzewodzący który może płynąć przez złącze oscyluje; oscylacje zależą od pola B wewnątrz pierścienia  1 2 B I=IA+IB Jeśli przez złącze przepuszczony jest prąd większy, to nadwyżka wytwarza napięcie IB=I0sinB B Napięcie oscyluje z okresem 0 Amplituda prądu nadprzewodzącego (n+1/2) I n I0 Czułość 10V/0 V 1 -1 /0 V Nowe techniki.ppt

  27. Magnetometry ze SQUID B. Augustyniak

  28. Pomiar pól zmiennych poprzez sprzężenie z pętlą SQUID A magnetometer measures the magnitude of an applied magnetic field. In this case, the flux transformer is a simple two-coil DC transformer. Normally both the pickup and secondary coils are superconducting and therefore need to be cooled. The pick-up coil is placed in the field to be measured, causing a field to be set up by the secondary coil, which in turn is detected by the SQUID L1 - Pick-up coil – cewka pomiarowa L2 – secondary (input) coil – cewka sprzęgająca – wytwarza wtórny stumień B. Augustyniak

  29. C. P. Sun, National Sun Yat Sen University

  30. C. P. Sun, National Sun Yat Sen University

  31. MEG - Badanie pola magnetycznego mózgu Magnes 3600 WH in position for a seated study. Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak

  32. Impulsy ‘magnetyczne’ od impulsów w neuronach http://www.frontiersin.org/TempImages/imagecache/1962_fnhum-04-00177-HTML/images/image_m/fnhum-04-00177-g008.jpg B. Augustyniak

  33. Sygnały MEG -epilepsja B. Augustyniak

  34. Sygnały z czujników pola magnetycznego Waveform, field distribution and sourcelocalization data for 13-month-old infant with infantile spasms studied with conscioussedation. The patient was positioned with herhead centered in the sensor array of a Magnes 2500 WH 148-channel system. Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak

  35. Badanie akcji mózgu systemem VSM MedTech (a) Cortical 275-channel CTF MEGTM System (VSM MedTech).(b) MEG of a somatosensory-evoked field recorded by CTF MEGTM System (DC to 300 Hz bandwidth, 628 averagesand third-order gradiometer noise cancellation). Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak B. Augustyniak

  36. Lokalizacja ‘muzyki’ Left:(MEG-based brainsurface current density (BSCD) reconstructions of motor activity inmusicians listening to piano music (Haueisen and Knosche, 2001). Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak

  37. SQUID - badanie mózgu myszy ! 9-channel magnetometer array probe with low noise andhigh spatial resolution for magnetocardiograph (MCG) measurements of mice and rats. Themagnetometer based on a low-Tc superconducting interference device (SQUID) has a circular pickuploop with the diameter of 2.5 mm and is arrayed in a 3×3 matrix with the spatial interval of2.75 mm on a 10 mm×10 mm silicon chip. Overviews of the fabricated SQUID magnetometer array. A bare SQUID magnetometer array chip (a), flipchipconnection on a substrate (b), and protection with an epoxy resin (c). B. Augustyniak International Congress Series 1300 (2007) 570–573

  38. SQUID - badanie mózgu myszy 2 A SQUID magnetometer array probe B. Augustyniak International Congress Series 1300 (2007) 570–573

  39. SQUID - badanie mózgu myszy 3 Real-time MCG signals recorded with a mouse using the SQUID magnetometer array. The upper-right is the averaged waveforms. B. Augustyniak International Congress Series 1300 (2007) 570–573

  40. MEG - podsumowanie Od lat 1980, pomiary pola magnetycznego za pomocą wielu (~300) nadprzewodzących detektorów SQUID (wymagają ciekłego helu). Tło jest rzędu 108fT, sygnały mózgu rzędu 10 fT. • MEG wymaga pobudzenia ~50.000 neuronów, wykrywa prądy. • Główne zastosowania to analiza ognisk padaczki, określanie obszarów kory przetwarzającej sygnały zmysłowe, funkcje językowe. • Zalety: • Wysoka rozdzielczość czasowa (<1 ms). • Dociera do głębszych struktur (ale tylko podłużne prądy). • Wady: • Wysoka cena, skomplikowane urządzenie. • Mała rozdzielczość przestrzenna przy identyfikacji źródeł (5 cm). • Trudności interpretacyjne. B. Augustyniak www.is.umk.pl/~duch/ref/PL/07/07-12-Neuromarketing.ppt

  41. Magnetyczne obrazowanie serca B. Augustyniak

  42. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  43. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) The similarity between the lead fields of certain electric and magnetic leads are illustrated. If the magnetic field is measured in such an orientation (in the x direction in this example) and location, that the symmetry axis is located far from the region of the heart, the magnetic lead field in the heart's region is similar to the electric lead field of a lead (lead II in this example), which is oriented normal to the symmetry axis of the magnetic lead. B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  44. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) Symmetric XYZ lead system. The bipolar arrangement provides good lead field uniformity. The difficulty arises in locating all magnetometers in their correct position surrounding the body. . B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  45. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) Symmetric XYZ lead system. The bipolar arrangement provides good lead field uniformity. The difficulty arises in locating all magnetometers in their correct position surrounding the body. . Realization of the unipositional lead system. The arrows indicate the measurement direction. The shaded sphere represents the heart B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  46. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) Schematic illustration of the generation of the x component of the MCG signal. The source of the MCG signal is the electric activity of the heart muscle. As regards the x component, it is assumed that because of the strong proximity effect, the signal is generated mainly from the activation in the anterior part of the heart B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  47. Magnetyczne obrazowanie serca (MCG) Averaged MHV recorded with the unipositional lead system B. Augustyniak http://www.bem.fi/book/02/02.htm

  48. Badania magnetyczne pracy serca • Locus of the total current dipole vector, P, duringthecardiaccycle and magnetocardiogram in a healthy subject. • Signal-averaged traces from a 61-channel prethoracic acquisition. • Magnetic field map at Q onset schematically superimposed on anMR image. Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 B. Augustyniak

  49. Diagnostyka magnetyczna przewodu pokarmowegoza pomocą śledzenia ruchu „magnetycznych” elementów

More Related