Summer Research Final Report

Medical Imaging

By

Shale Olagbegi

Under the d irect ion of Prof . Y. Yao

May 2005 – August 2005

This research i s sponsored by the Department of Defense

2

T a b l e o f C o n t e n t s

S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 I n t r u d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 A p p l i c a t i o n s T o M e d i c a l I m a g i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 M o d e r n I m a g i n g T e c h n o l o g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 R a d i o g r a p h y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 X - R a y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 C a t S c a n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 M R I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 U l t r a s o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 M a m m o g r a p h y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 M i c r o w a v e I m a g i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 C o n c l u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 R e f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 A p p e n d i x : W e e k l y R e p o r t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 W e e k 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 W e e k 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 W e e k 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 W e e k 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 W e e k 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 W e e k 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 W e e k 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 W e e k 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 W e e k 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 W e e k 1 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 W e e k 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 W e e k 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

3

S u m m a r y

T h i s p a p e r i s i n t e n d e d t o p r e s e n t t h e f i n d i n g s o f a t w e l v e w e e k r e s e a r c h , f o c u s e d m a i n l y o n m e d i c a l i m a g i n g . T h e a p p l i c a t i o n t o m e d i c a l i m a g i n g i s s u p p o s e t o b e b r o a d l y u n d e r s t o o d a s w e l l a s t h e m o d e r n i m a g i n g t e c h n o l o g y . M o d e r n i m a g i n g t e c h n o l o g i e s a r e t h e d i f f e r e n t p r o c e d u r e s i n v o l v e d a n d w i d e l y u s e d i n m e d i c a l i m a g i n g . W i t h t h i s r e s e a r c h , w e s h o u l d b e a b l e t o k n o w w h a t p r o c e d u r e i s w h a t a n d w h a t i t s h o u l d a n d c a n b e u s e d f o r . W e a l s o g e t t o k n o w t h e a d v a n t a g e s a n d d r a w b a c k s o f e a c h p r o c e d u r e .

4

I n t r o d u c t i o n

M e d i c a l i m a g i n g i s t h e p r o c e s s b y w h i c h p h y s i c i a n s e v a l u a t e a n a r e a o f t h e s u b j e c t ' s b o d y t h a t i s n o t n o r m a l l y v i s i b l e . M e d i c a l i m a g i n g m a y b e " c l i n i c a l " , s e e k i n g t o d i a g n o s e a n d e x a m i n e d i s e a s e s i n s p e c i f i c h u m a n p a t i e n t s ( s e e p a t h o l o g y ) . A l t e r n a t i v e l y , i t m a y b e r e s e a r c h - m o t i v a t e d , a t t e m p t i n g t o u n d e r s t a n d p r o c e s s e s i n h u m a n s o r a n i m a l m o d e l s . M a n y o f t h e t e c h n i q u e s d e v e l o p e d f o r m e d i c a l i m a g i n g a l s o h a v e s c i e n t i f i c a n d i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s .

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A p p l i c a t i o n s t o M e d i c a l I m a g i n g M e d i c a l i m a g i n g d e t e c t s c r i t i c a l i l l n e s s e s a t t h e i r m o s t c u r a b l e s t a g e – a n d , i n m a n y c a s e s , w h e n t h e y a r e l e a s t c o s t l y t o t r e a t . M e d i c a l i m a g i n g i s c e n t e r - s t a g e i n A m e r i c a ' s e f f o r t s a t p r e v e n t i o n a n d e a r l y d e t e c t i o n " . M e d i c a l i m a g i n g e n a b l e s a r a n g e o f l e s s - i n v a s i v e , h i g h l y t a r g e t e d m e d i c a l t h e r a p i e s t h a t t r a n s l a t e i n t o b e t t e r a n d m o r e c o m f o r t a b l e c a r e f o r p a t i e n t s . B e c a u s e t h e y a r e l e s s i n v a s i v e , t h e s e t r e a t m e n t s m e a n f e w e r c o m p l i c a t i o n s , s h o r t e r h o s p i t a l s t a y s , a n d , i n m a n y c a s e s , n o i n c i s i o n s o r s u r g e r y . M e d i c a l i m a g i n g i s w i d e l y a c c l a i m e d a s a h a l l m a r k o f m o d e r n m e d i c i n e b y p h y s i c i a n s p e c i a l t y g r o u p s , i n d e p e n d e n t o r g a n i z a t i o n s , a n d p e e r - r e v i e w e d j o u r n a l s . M e d i c a l e x p e r t s c a u t i o n t h a t , w i t h o u t i m a g i n g t o g u i d e d i a g n o s i s a n d t r e a t m e n t , p a t i e n t s a f e t y w o u l d b e c o m p r o m i s e d a n d q u a l i t y o f c a r e d i m i n i s h e d . M e d i c a l i m a g i n g h e l p s k e e p w o r k e r s h e a l t h y a n d o n t h e j o b – o f t e n a v o i d i n g s u r g e r y , l o n g r e c u p e r a t i o n , a n d d i s a b i l i t y . I t a l s o s e r v e s a s a b a r o m e t e r f o r q u a l i t y i n v a l u e - b a s e d p u r c h a s i n g . A n d w h e n t e a m e d w i t h i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , m e d i c a l i m a g i n g b e c o m e s a n a c t i v e p a r t n e r i n e f f o r t s t o r e d u c e e r r o r s a n d i n e f f i c i e n c i e s .

6

M o d e r n I m a g i n g T e c h n o l o g y

1 . R a d i o g r a p h y 2 . C a t s c a n 3 . M R I 4 . M i c r o w a v e I m a g i n g 5 . U l t r a s o u n d 6 . M a m m o g r a p h y

7

R a d i o g r a p h y

R a d i o g r a p h y i s t h e c r e a t i o n o f r a d i o g r a p h s , p h o t o g r a p h s m a d e b y e x p o s i n g a p h o t o g r a p h i c f i l m o r o t h e r i m a g e r e c e p t o r t o X -r a y s . S i n c e X - r a y s p e n e t r a t e s o l i d o b j e c t s , b u t a r e s l i g h t l y a t t e n u a t e d b y t h e m , t h e p i c t u r e r e s u l t i n g f r o m t h e e x p o s u r e r e v e a l s t h e i n t e r n a l s t r u c t u r e o f t h e o b j e c t . T h e m o s t c o m m o n u s e o f r a d i o g r a p h y i s i n t h e m e d i c a l f i e l d ( w h e r e i t i s k n o w n a s m e d i c a l i m a g i n g ) .

T h e o r y

T h e t y p e o f e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n o f m o s t i n t e r e s t t o r a d i o g r a p h y i s x - r a y a n d g a m m a r a d i a t i o n . T h i s r a d i a t i o n i s m u c h m o r e e n e r g e t i c t h a n t h e m o r e f a m i l i a r t y p e s s u c h a s r a d i o w a v e s a n d v i s i b l e l i g h t . I t i s t h i s r e l a t i v e l y h i g h e n e r g y , w h i c h m a k e s g a m m a r a y s u s e f u l i n r a d i o g r a p h y b u t p o t e n t i a l l y h a z a r d o u s t o l i v i n g o r g a n i s m s .

T h e y a r e p r o d u c e d b y X - r a y t u b e s , h i g h e n e r g y X - r a y e q u i p m e n t o r n a t u r a l r a d i o a c t i v e e l e m e n t s , s u c h a s R a d i u m a n d R a d o n , a n d a r t i f i c i a l l y p r o d u c e d r a d i o a c t i v e i s o t o p e s o f e l e m e n t s , s u c h a s C o b a l t 6 0 a n d I r i d i u m 1 9 2 . E l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n c o n s i s t s o f o s c i l l a t i n g e l e c t r i c a n d m a g n e t i c f i e l d s . I t i s g e n e r a l l y p i c t u r e d a s a s i n g l e s i n u s o i d a l w a v e .

I t i s c h a r a c t e r i z e d b y i t s w a v e l e n g t h ( t h e d i s t a n c e f r o m a p o i n t o n o n e c y c l e t o t h e p o i n t o n t h e n e x t c y c l e ) o r i t s f r e q u e n c y ( t h e n u m b e r o f o s c i l l a t i o n s p e r s e c o n d ) . A l l e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s t r a v e l a t t h e s a m e s p e e d , t h e s p e e d o f l i g h t ( c ) . T h e w a v e l e n g t h ( W ) a n d t h e f r e q u e n c y ( ν ) a r e a l l r e l a t e d b y t h e e q u a t i o n :

W ν = c

T h i s i s t r u e f o r a l l e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n .

E l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n i s k n o w n b y v a r i o u s n a m e s , d e p e n d i n g o n i t s e n e r g y . T h e e n e r g y o f t h e s e w a v e s i s r e l a t e d t o t h e f r e q u e n c y a n d t h e w a v e l e n g t h b y t h e r e l a t i o n s h i p :

E = h ν = h c / W

W h e r e h i s a c o n s t a n t k n o w n a s P l a n c k ' s c o n s t a n t .

8

G a m m a r a y s a r e i n d i r e c t l y i o n i z i n g r a d i a t i o n . A g a m m a r a y p a s s e s t h r o u g h m a t t e r u n t i l i t u n d e r g o e s a n i n t e r a c t i o n w i t h a n a t o m i c p a r t i c l e , u s u a l l y a n e l e c t r o n . D u r i n g t h i s i n t e r a c t i o n , e n e r g y i s t r a n s f e r r e d f r o m t h e g a m m a r a y t o t h e e l e c t r o n , w h i c h i s a d i r e c t l y i o n i z i n g p a r t i c l e . A s a r e s u l t o f t h i s e n e r g y t r a n s f e r , t h e e l e c t r o n i s l i b e r a t e d f r o m t h e a t o m a n d p r o c e e d s t o i o n i z e m a t t e r b y c o l l i d i n g w i t h o t h e r e l e c t r o n s a l o n g i t s p a t h .

F o r t h e r a n g e o f e n e r g i e s c o m m o n l y u s e d i n r a d i o g r a p h y , t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n g a m m a r a y s a n d e l e c t r o n s o c c u r s i n t w o w a y s . O n e e f f e c t t a k e s p l a c e w h e r e a l l t h e g a m m a r a y ' s e n e r g y i s t r a n s m i t t e d t o a n e n t i r e a t o m . T h e g a m m a r a y n o l o n g e r e x i s t s a n d a n e l e c t r o n e m e r g e s f r o m t h e a t o m w i t h k i n e t i c ( m o t i o n i n r e l a t i o n t o f o r c e ) e n e r g y a l m o s t e q u a l t o t h e g a m m a e n e r g y . T h i s e f f e c t i s p r e d o m i n a n t a t l o w g a m m a e n e r g i e s a n d i s k n o w n a s t h e p h o t o e l e c t r i c e f f e c t . T h e o t h e r m a j o r e f f e c t o c c u r s w h e n a g a m m a r a y i n t e r a c t s w i t h a n a t o m i c e l e c t r o n , f r e e i n g i t f r o m t h e a t o m a n d i m p a r t i n g t o i t o n l y a f r a c t i o n o f t h e g a m m a r a y ' s k i n e t i c e n e r g y . A s e c o n d a r y g a m m a r a y w i t h l e s s e n e r g y ( h e n c e l o w e r f r e q u e n c y ) a l s o e m e r g e s f r o m t h e i n t e r a c t i o n . T h i s e f f e c t p r e d o m i n a t e s a t h i g h e r g a m m a e n e r g i e s a n d i s k n o w n a s t h e C o m p t o n E f f e c t .

I n b o t h o f t h e s e e f f e c t s t h e e m e r g e n t e l e c t r o n s l o s e t h e i r k i n e t i c e n e r g y b y i o n i z i n g s u r r o u n d i n g a t o m s . T h e d e n s i t y o f i o n s s o g e n e r a t e d i s a m e a s u r e o f t h e e n e r g y d e l i v e r e d t o t h e m a t e r i a l b y t h e g a m m a r a y s .

T h e m o s t c o m m o n m e a n s o f m e a s u r i n g t h e v a r i a t i o n s i n a b e a m o f r a d i a t i o n i s b y u t i l i z i n g i t s e f f e c t s o n t o a p h o t o g r a p h i c f i l m . T h i s e f f e c t i s t h e s a m e a s t h a t o f l i g h t , a n d t h e m o r e i n t e n s e t h e r a d i a t i o n i s , i t w i l l p r o d u c e a d a r k e r f i l m , o r a m o r e e x p o s e d f i l m . O t h e r m e t h o d s a r e i n u s e , s u c h a s t h e i o n i z i n g e f f e c t m e a s u r e d e l e c t r o n i c a l l y , i t s a b i l i t y t o d i s c h a r g e a n e l e c t r o s t a t i c a l l y c h a r g e d p l a t e o r t o c a u s e c e r t a i n c h e m i c a l s t o f l u o r e s c e a s i n f l u o r o s c o p y .

9

X - R A Y S

X r a y s w e r e d i s c o v e r e d i n 1 8 9 5 b y W . C . R o e n t g e n , w h o c a l l e d t h e m X r a y s b e c a u s e t h e i r n a t u r e w a s a t f i r s t u n k n o w n ; t h e y a r e s o m e t i m e s a l s o c a l l e d R o e n t g e n , o r R ö n t g e n , r a y s . X - r a y l i n e s p e c t r a w e r e u s e d b y H . G . J . M o s e l e y i n h i s i m p o r t a n t w o r k o n a t o m i c n u m b e r s ( 1 9 1 3 ) a n d a l s o p r o v i d e d f u r t h e r c o n f i r m a t i o n o f t h e q u a n t u m t h e o r y o f a t o m i c s t r u c t u r e . A l s o i m p o r t a n t h i s t o r i c a l l y i s t h e d i s c o v e r y o f X - r a y d i f f r a c t i o n b y M a x v o n L a u e ( 1 9 1 2 ) a n d i t s s u b s e q u e n t a p p l i c a t i o n b y W . H . a n d W . L . B r a g g t o t h e s t u d y o f c r y s t a l s t r u c t u r e .

X r a y , i n v i s i b l e , h i g h l y p e n e t r a t i n g e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n o f m u c h s h o r t e r w a v e l e n g t h ( h i g h e r f r e q u e n c y ) t h a n v i s i b l e l i g h t . T h e w a v e l e n g t h r a n g e f o r X r a y s i s f r o m a b o u t 1 0 − 8 m t o a b o u t 1 0 − 1 1 m , o r f r o m l e s s t h a n a b i l l i o n t h o f a n i n c h t o l e s s t h a n a t r i l l i o n t h o f a n i n c h ; t h e c o r r e s p o n d i n g f r e q u e n c y r a n g e i s f r o m a b o u t 3 × 1 0 1 6 H z t o a b o u t 3 × 1 0 1 9 H z ( 1 H z = 1 c p s ) .

P r o d u c t i o n o f X - R a y s

A n i m p o r t a n t s o u r c e o f X r a y s i s s y n c h r o t r o n r a d i a t i o n . X r a y s a r e a l s o p r o d u c e d i n a h i g h l y e v a c u a t e d g l a s s b u l b , c a l l e d a n X - r a y t u b e , t h a t c o n t a i n s e s s e n t i a l l y t w o e l e c t r o d e s — a n a n o d e m a d e o f p l a t i n u m , t u n g s t e n , o r a n o t h e r h e a v y m e t a l o f h i g h m e l t i n g p o i n t , a n d a c a t h o d e . W h e n a h i g h v o l t a g e i s a p p l i e d b e t w e e n t h e e l e c t r o d e s , s t r e a m s o f e l e c t r o n s ( c a t h o d e r a y s ) a r e a c c e l e r a t e d f r o m t h e c a t h o d e t o t h e a n o d e a n d p r o d u c e X r a y s a s t h e y s t r i k e t h e a n o d e .

T w o d i f f e r e n t p r o c e s s e s g i v e r i s e t o r a d i a t i o n o f X - r a y f r e q u e n c y . I n o n e p r o c e s s r a d i a t i o n i s e m i t t e d b y t h e h i g h -s p e e d e l e c t r o n s t h e m s e l v e s a s t h e y a r e s l o w e d o r e v e n s t o p p e d i n p a s s i n g n e a r t h e p o s i t i v e l y c h a r g e d n u c l e i o f t h e a n o d e m a t e r i a l . T h i s r a d i a t i o n i s o f t e n c a l l e d b r e h m s s t r a h l u n g [ G e r . , = b r a k i n g r a d i a t i o n ] . I n a s e c o n d p r o c e s s r a d i a t i o n i s e m i t t e d b y t h e e l e c t r o n s o f t h e a n o d e a t o m s w h e n i n c o m i n g e l e c t r o n s f r o m t h e c a t h o d e k n o c k e l e c t r o n s n e a r t h e n u c l e i o u t o f o r b i t a n d t h e y a r e r e p l a c e d b y o t h e r e l e c t r o n s f r o m o u t e r o r b i t s . T h e s p e c t r u m o f f r e q u e n c i e s g i v e n o f f w i t h a n y p a r t i c u l a r a n o d e m a t e r i a l t h u s c o n s i s t s o f a c o n t i n u o u s r a n g e o f f r e q u e n c i e s e m i t t e d i n t h e f i r s t p r o c e s s , a n d s u p e r i m p o s e d o n i t a n u m b e r o f s h a r p p e a k s o f i n t e n s i t y c o r r e s p o n d i n g t o d i s c r e t e f r e q u e n c i e s a t w h i c h X r a y s a r e e m i t t e d i n t h e s e c o n d p r o c e s s .

1 0

T h e s h a r p p e a k s c o n s t i t u t e t h e X - r a y l i n e s p e c t r u m f o r t h e a n o d e m a t e r i a l a n d w i l l d i f f e r f o r d i f f e r e n t m a t e r i a l s .

A p p l i c a t i o n s o f X - R a y s

M o s t a p p l i c a t i o n s o f X - r a y s a r e b a s e d o n t h e i r a b i l i t y t o p a s s t h r o u g h m a t t e r . T h i s a b i l i t y v a r i e s w i t h d i f f e r e n t s u b s t a n c e s ; e . g . , w o o d a n d f l e s h a r e e a s i l y p e n e t r a t e d , b u t d e n s e r s u b s t a n c e s s u c h a s l e a d a n d b o n e a r e m o r e o p a q u e . T h e p e n e t r a t i n g p o w e r o f X - r a y s a l s o d e p e n d s o n t h e i r e n e r g y . T h e m o r e p e n e t r a t i n g X - r a y s , k n o w n a s h a r d X - r a y s , a r e o f h i g h e r f r e q u e n c y a n d a r e t h u s m o r e e n e r g e t i c , w h i l e t h e l e s s p e n e t r a t i n g X - r a y s , c a l l e d s o f t X - r a y s , h a v e l o w e r e n e r g i e s . X -r a y s t h a t h a v e p a s s e d t h r o u g h a b o d y p r o v i d e a v i s u a l i m a g e o f i t s i n t e r i o r s t r u c t u r e w h e n t h e y s t r i k e a p h o t o g r a p h i c p l a t e o r a f l u o r e s c e n t s c r e e n ; t h e d a r k n e s s o f t h e s h a d o w s p r o d u c e d o n t h e p l a t e o r s c r e e n d e p e n d s o n t h e r e l a t i v e o p a c i t y o f d i f f e r e n t p a r t s o f t h e b o d y .

P h o t o g r a p h s m a d e w i t h X - r a y s a r e k n o w n a s r a d i o g r a p h s o r s k i g r a p h s . R a d i o g r a p h y h a s a p p l i c a t i o n s i n b o t h m e d i c i n e a n d i n d u s t r y , w h e r e i t i s v a l u a b l e f o r d i a g n o s i s a n d n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g o f p r o d u c t s f o r d e f e c t s . F l u o r o s c o p y i s b a s e d o n t h e s a m e t e c h n i q u e s , w i t h t h e p h o t o g r a p h i c p l a t e r e p l a c e d b y a f l u o r e s c e n t s c r e e n ( s e e f l u o r e s c e n c e ; f l u o r o s c o p e ) ; i t s a d v a n t a g e s o v e r r a d i o g r a p h y i n t i m e a n d c o s t a r e b a l a n c e d b y s o m e l o s s i n s h a r p n e s s o f t h e i m a g e . X - r a y s a r e a l s o u s e d w i t h c o m p u t e r s i n C A T ( c o m p u t e r i z e d a x i a l t o m o g r a p h y ) s c a n s t o p r o d u c e c r o s s - s e c t i o n a l i m a g e s o f t h e i n s i d e o f t h e b o d y .

A n o t h e r u s e o f r a d i o g r a p h y i s i n t h e e x a m i n a t i o n a n d a n a l y s i s o f p a i n t i n g s , w h e r e s t u d i e s c a n r e v e a l s u c h d e t a i l s a s t h e a g e o f a p a i n t i n g a n d u n d e r l y i n g b r u s h s t r o k e t e c h n i q u e s t h a t h e l p t o i d e n t i f y o r v e r i f y t h e a r t i s t . X - r a y s a r e u s e d i n s e v e r a l t e c h n i q u e s t h a t c a n p r o v i d e e n l a r g e d i m a g e s o f t h e s t r u c t u r e o f o p a q u e o b j e c t s . T h e s e t e c h n i q u e s c o l l e c t i v e l y r e f e r r e d t o a s X -r a y m i c r o s c o p y o r m i c r o - r a d i o g r a p h y c a n a l s o b e u s e d i n t h e q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s o f m a n y m a t e r i a l s . O n e o f t h e d a n g e r s i n t h e u s e o f X - r a y s i s t h a t t h e y c a n d e s t r o y l i v i n g t i s s u e a n d c a n c a u s e s e v e r e s k i n b u r n s o n h u m a n f l e s h e x p o s e d f o r t o o l o n g a t i m e . T h i s d e s t r u c t i v e p o w e r i s u s e d i n X - r a y t h e r a p y t o d e s t r o y d i s e a s e d c e l l s .

1 1

C a t S c a n

A c o m p u t e r i z e d a x i a l t o m o g r a p h y s c a n i s m o r e c o m m o n l y k n o w n b y i t s a b b r e v i a t e d n a m e , C A T s c a n o r C T s c a n . I t i s a n x - r a y p r o c e d u r e w h i c h c o m b i n e s m a n y x - r a y i m a g e s w i t h t h e a i d o f a c o m p u t e r t o g e n e r a t e c r o s s - s e c t i o n a l v i e w s a n d , i f n e e d e d , t h r e e - d i m e n s i o n a l i m a g e s o f t h e i n t e r n a l o r g a n s a n d s t r u c t u r e s o f t h e b o d y . A C A T s c a n i s u s e d t o d e f i n e n o r m a l a n d a b n o r m a l s t r u c t u r e s i n t h e b o d y a n d / o r a s s i s t i n p r o c e d u r e s b y h e l p i n g t o a c c u r a t e l y g u i d e t h e p l a c e m e n t o f i n s t r u m e n t s o r t r e a t m e n t s . A l a r g e d o n u t - s h a p e d x - r a y m a c h i n e t a k e s x - r a y i m a g e s a t m a n y d i f f e r e n t a n g l e s a r o u n d t h e b o d y . T h e s e i m a g e s a r e p r o c e s s e d b y a c o m p u t e r t o p r o d u c e c r o s s - s e c t i o n a l p i c t u r e s o f t h e b o d y . I n e a c h o f t h e s e p i c t u r e s t h e b o d y i s s e e n a s a n x -r a y " s l i c e " o f t h e b o d y , w h i c h i s r e c o r d e d o n a f i l m . T h i s r e c o r d e d i m a g e i s c a l l e d a t o m o g r a m . " C o m p u t e r i z e d A x i a l T o m o g r a p h y " r e f e r s t o t h e r e c o r d e d t o m o g r a m " s e c t i o n s " a t d i f f e r e n t l e v e l s o f t h e b o d y .

I m a g i n e t h e b o d y a s a l o a f o f b r e a d a n d y o u a r e l o o k i n g a t o n e e n d o f t h e l o a f . A s y o u r e m o v e e a c h s l i c e o f b r e a d , y o u c a n s e e t h e e n t i r e s u r f a c e o f t h a t s l i c e f r o m t h e c r u s t t o t h e c e n t e r . T h e b o d y i s s e e n o n C A T s c a n s l i c e s i n a s i m i l a r f a s h i o n f r o m t h e s k i n t o t h e c e n t r a l p a r t o f t h e b o d y b e i n g e x a m i n e d . W h e n t h e s e l e v e l s a r e f u r t h e r " a d d e d " t o g e t h e r , a t h r e e - d i m e n s i o n a l p i c t u r e o f a n o r g a n o r a b n o r m a l b o d y s t r u c t u r e c a n b e o b t a i n e d .

H i s t o r y

T h e C T s y s t e m w a s i n v e n t e d i n 1 9 7 2 b y G o d f r e y N e w b o l d H o u n s f i e l d u s i n g X - r a y s . A l l a n M c L e o C o r m a c k o f T u f t s U n i v e r s i t y i n d e p e n d e n t l y i n v e n t e d t h e s a m e p r o c e s s a n d t h e y s h a r e d a N o b e l P r i z e i n m e d i c i n e i n 1 9 7 9 . T h e f i r s t s c a n n e r t o o k s e v e r a l h o u r s t o a c q u i r e t h e r a w d a t a a n d s e v e r a l d a y s t o p r o d u c e t h e i m a g e s . M o d e r n m u l t i - d e t e c t o r C T s y s t e m s c a n c o m p l e t e a s c a n o f t h e c h e s t i n l e s s t i m e t h a n i t t a k e s f o r a s i n g l e b r e a t h a n d d i s p l a y t h e c o m p u t e d i m a g e s i n a f e w s e c o n d s .

1 2

W h y a r e C A T s c a n s p e r f o r m e d ?

S i n c e i t s i n t r o d u c t i o n i n t h e 1 9 7 0 s , C T h a s b e c o m e a n i m p o r t a n t t o o l i n m e d i c a l i m a g i n g t o s u p p l e m e n t X - r a y s a n d m e d i c a l u l t r a s o n o g r a p h y . A l t h o u g h i t i s s t i l l q u i t e e x p e n s i v e , i t i s t h e g o l d s t a n d a r d i n t h e d i a g n o s i s o f a l a r g e n u m b e r o f d i f f e r e n t d i s e a s e e n t i t i e s .

C A T s c a n s a r e p e r f o r m e d t o a n a l y z e t h e i n t e r n a l s t r u c t u r e s o f v a r i o u s p a r t s o f t h e b o d y . T h i s i n c l u d e s t h e h e a d , w h e r e t r a u m a t i c i n j u r i e s , ( s u c h a s b l o o d c l o t s o r s k u l l f r a c t u r e s ) , t u m o r s , a n d i n f e c t i o n s c a n b e i d e n t i f i e d . I n t h e s p i n e , t h e b o n y s t r u c t u r e o f t h e v e r t e b r a e c a n b e a c c u r a t e l y d e f i n e d , a s c a n t h e a n a t o m y o f t h e i n t e r - v e r t e b r a l d i s c s a n d s p i n a l c o r d . I n f a c t , C A T s c a n m e t h o d s c a n b e u s e d t o a c c u r a t e l y m e a s u r e t h e d e n s i t y o f b o n e i n e v a l u a t i n g o s t e o p o r o s i s .

O c c a s i o n a l l y , c o n t r a s t m a t e r i a l ( a n x - r a y d y e ) i s p l a c e d i n t o t h e s p i n a l f l u i d t o f u r t h e r e n h a n c e t h e s c a n a n d t h e v a r i o u s s t r u c t u r a l r e l a t i o n s h i p s o f t h e s p i n e , t h e s p i n a l c o r d , a n d i t s n e r v e s . C A T s c a n s a r e a l s o u s e d i n t h e c h e s t t o i d e n t i f y t u m o r s , c y s t s , o r i n f e c t i o n s t h a t m a y b e s u s p e c t e d o n a c h e s t x -r a y . C A T s c a n s o f t h e a b d o m e n a r e e x t r e m e l y h e l p f u l i n d e f i n i n g b o d y o r g a n a n a t o m y , i n c l u d i n g v i s u a l i z i n g t h e l i v e r , g a l l b l a d d e r , p a n c r e a s , s p l e e n , a o r t a , k i d n e y s , u t e r u s , a n d o v a r i e s . C A T s c a n s i n t h i s a r e a a r e u s e d t o v e r i f y t h e p r e s e n c e o r a b s e n c e o f t u m o r s , i n f e c t i o n , a b n o r m a l a n a t o m y , o r c h a n g e s o f t h e b o d y f r o m t r a u m a .

T h e t e c h n i q u e i s p a i n l e s s a n d c a n p r o v i d e e x t r e m e l y a c c u r a t e i m a g e s o f b o d y s t r u c t u r e s i n a d d i t i o n t o g u i d i n g t h e r a d i o l o g i s t i n p e r f o r m i n g c e r t a i n p r o c e d u r e s , s u c h a s b i o p s i e s o f s u s p e c t e d c a n c e r s , r e m o v a l o f i n t e r n a l b o d y f l u i d s f o r v a r i o u s t e s t s , a n d t h e d r a i n i n g o f a b s c e s s e s w h i c h a r e d e e p i n t h e b o d y . M a n y o f t h e s e p r o c e d u r e s a r e m i n i m a l l y i n v a s i v e a n d h a v e m a r k e d l y d e c r e a s e d t h e n e e d t o p e r f o r m s u r g e r y t o a c c o m p l i s h t h e s a m e g o a l .

1 3

R i s k s t h a t m i g h t b e i n v o l v e d i n p e r f o r m i n g C A T s c a n ? A C A T s c a n i s a v e r y l o w - r i s k p r o c e d u r e . T h e m o s t c o m m o n p r o b l e m i s a n a d v e r s e r e a c t i o n t o i n t r a v e n o u s c o n t r a s t m a t e r i a l . I n t r a v e n o u s c o n t r a s t i s u s u a l l y a n i o d i n e - b a s e d l i q u i d g i v e n i n t h e v e i n , w h i c h m a k e s m a n y o r g a n s a n d s t r u c t u r e s , s u c h a s t h e k i d n e y s a n d b l o o d v e s s e l s m u c h m o r e v i s i b l e o n t h e C A T s c a n . T h e r e m a y b e r e s u l t i n g i t c h i n g , a r a s h , h i v e s , o r a f e e l i n g o f w a r m t h t h r o u g h o u t t h e b o d y . T h e s e a r e u s u a l l y s e l f -l i m i t i n g r e a c t i o n s a n d g o a w a y r a t h e r q u i c k l y . I f n e e d e d , a n t i h i s t a m i n e s c a n b e g i v e n t o h e l p r e l i e v e t h e s y m p t o m s . A m o r e s e r i o u s r e a c t i o n t o i n t r a v e n o u s c o n t r a s t i s c a l l e d a n a n a p h y l a c t i c r e a c t i o n . W h e n t h i s o c c u r s , t h e p a t i e n t m a y e x p e r i e n c e s e v e r e h i v e s a n d / o r e x t r e m e d i f f i c u l t y i n b r e a t h i n g . T h i s r e a c t i o n i s q u i t e r a r e , b u t i s p o t e n t i a l l y l i f e - t h r e a t e n i n g i f n o t t r e a t e d . M e d i c a t i o n s w h i c h m a y i n c l u d e c o r t i c o s t e r o i d s , a n t i h i s t a m i n e s , a n d e p i n e p h r i n e r e v e r s e t h i s a d v e r s e r e a c t i o n .

T o x i c i t y t o t h e k i d n e y s w h i c h c a n r e s u l t i n k i d n e y f a i l u r e i s a n e x t r e m e l y r a r e c o m p l i c a t i o n o f t h e i n t r a v e n o u s c o n t r a s t u s e d i n C A T s c a n s . D i a b e t i c s , d e h y d r a t e d i n d i v i d u a l s , o r p a t i e n t s w h o a l r e a d y h a v e i m p a i r e d k i d n e y f u n c t i o n a r e m o s t p r o n e t o t h i s r e a c t i o n . N e w e r i n t r a v e n o u s c o n t r a s t a g e n t s h a v e b e e n d e v e l o p e d , s u c h a s I s o v u e , w h i c h h a v e n e a r l y e l i m i n a t e d t h i s c o m p l i c a t i o n .

T h e a m o u n t o f r a d i a t i o n a p e r s o n r e c e i v e s d u r i n g a C A T s c a n i s m i n i m a l . I n m e n a n d n o n - p r e g n a n t w o m e n , i t h a s n o t b e e n s h o w n t o p r o d u c e a n y a d v e r s e e f f e c t s . I f a w o m a n i s p r e g n a n t , t h e r e m a y b e a p o t e n t i a l r i s k t o t h e f e t u s , e s p e c i a l l y i n t h e f i r s t t r i m e s t e r o f t h e p r e g n a n c y . I f a w o m a n i s p r e g n a n t , s h e s h o u l d i n f o r m h e r d o c t o r o f h e r c o n d i t i o n a n d d i s c u s s o t h e r p o t e n t i a l m e t h o d s o f t e s t i n g , s u c h a s a n u l t r a s o u n d , w h i c h a r e n o t h a r m f u l t o t h e f e t u s .

H o w d o e s a p a t i e n t p r e p a r e f o r C A T s c a n n i n g , a n d h o w i s i t p e r f o r m e d ? I n p r e p a r a t i o n f o r a C A T s c a n , p a t i e n t s a r e o f t e n a s k e d t o a v o i d f o o d , e s p e c i a l l y w h e n c o n t r a s t m a t e r i a l i s t o b e u s e d . C o n t r a s t m a t e r i a l m a y b e i n j e c t e d i n t r a v e n o u s l y , o r a d m i n i s t e r e d b y m o u t h o r b y a n e n e m a i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n v a r i o u s o r g a n s o r a r e a s o f t h e b o d y . T h e r e f o r e , f l u i d s a n d f o o d m a y b e r e s t r i c t e d f o r s e v e r a l h o u r s

1 4

p r i o r t o t h e e x a m i n a t i o n . I f t h e p a t i e n t h a s a h i s t o r y o f a l l e r g y t o c o n t r a s t m a t e r i a l ( s u c h a s i o d i n e ) , t h e r e q u e s t i n g p h y s i c i a n a n d r a d i o l o g y s t a f f s h o u l d b e n o t i f i e d . A l l m e t a l l i c m a t e r i a l s a n d c e r t a i n c l o t h i n g a r o u n d t h e b o d y a r e r e m o v e d b e c a u s e t h e y c a n i n t e r f e r e w i t h t h e c l a r i t y o f t h e i m a g e s .

P a t i e n t s a r e p l a c e d o n a m o v a b l e t a b l e , a n d t h e t a b l e i s s l i p p e d i n t o t h e c e n t e r o f a l a r g e d o n u t - s h a p e d m a c h i n e w h i c h t a k e s t h e x - r a y i m a g e s a r o u n d t h e b o d y . T h e a c t u a l p r o c e d u r e c a n t a k e f r o m a h a l f a n h o u r t o a n h o u r a n d a h a l f . I f s p e c i f i c t e s t s , b i o p s i e s , o r i n t e r v e n t i o n a r e p e r f o r m e d b y t h e r a d i o l o g i s t d u r i n g C A T s c a n n i n g , a d d i t i o n a l t i m e a n d m o n i t o r i n g m a y b e r e q u i r e d . I t i s i m p o r t a n t d u r i n g t h e C A T s c a n p r o c e d u r e t h a t t h e p a t i e n t m i n i m i z e s a n y b o d y m o v e m e n t b y r e m a i n i n g a s s t i l l a n d q u i e t a s i s p o s s i b l e . T h i s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e s t h e c l a r i t y o f t h e x - r a y i m a g e s . T h e C A T s c a n t e c h n o l o g i s t t e l l s t h e p a t i e n t w h e n t o b r e a t h e o r h o l d h i s / h e r b r e a t h e d u r i n g s c a n s o f t h e c h e s t a n d a b d o m e n . I f a n y p r o b l e m s a r e e x p e r i e n c e d d u r i n g t h e C A T s c a n , t h e t e c h n o l o g i s t s h o u l d b e i n f o r m e d i m m e d i a t e l y . T h e t e c h n o l o g i s t d i r e c t l y w a t c h e s t h e p a t i e n t t h r o u g h a n o b s e r v a t i o n w i n d o w d u r i n g t h e p r o c e d u r e a n d t h e r e i s a n i n t e r c o m s y s t e m i n t h e r o o m f o r a d d e d p a t i e n t s a f e t y .

C A T s c a n s h a v e v a s t l y i m p r o v e d t h e a b i l i t y o f d o c t o r s t o d i a g n o s e m a n y d i s e a s e s e a r l i e r i n t h e i r c o u r s e a n d w i t h m u c h l e s s r i s k t h a n p r e v i o u s m e t h o d s . F u r t h e r r e f i n e m e n t s i n C A T s c a n t e c h n o l o g y c o n t i n u e t o e v o l v e w h i c h p r o m i s e e v e n b e t t e r p i c t u r e q u a l i t y a n d p a t i e n t s a f e t y . N e w e r C A T s c a n s c a l l e d " s p i r a l " o r " h e l i c a l " C A T s c a n s c a n p r o v i d e m o r e r a p i d a n d a c c u r a t e v i s u a l i z a t i o n o f i n t e r n a l o r g a n s . F o r e x a m p l e , m a n y t r a u m a c e n t e r s a r e u s i n g t h e s e s c a n s t o m o r e r a p i d l y d i a g n o s e i n t e r n a l i n j u r i e s a f t e r s e r i o u s b o d y t r a u m a .

1 5

M a g n e t i c R e s o n a n c e I m a g i n g ( M R I ) W h e r e I t ' s D o n e W h o D o e s I t H o w L o n g I t

T a k e s D i s c o m f o r t / P a i n

D i a g n o s t i c c l i n i c , r a d i o l o g y l a b , o r h o s p i t a l .

R a d i o l o g i s t o r q u a l i f i e d t e c h n i c i a n .

3 0 - 9 0 m i n u t e s .

N o n e , b u t s o m e p e o p l e f i n d t h e n o i s e a n d b e i n g i n a c o n f i n e d s p a c e u p s e t t i n g .

R e s u l t s R e a d y W h e n

S p e c i a l E q u i p m e n t R i s k s / C o m p l i c a t i o n s A v e r a g e

C o s t

O f t e n w i t h i n a f e w h o u r s .

M R I s c a n n e r , c o m p u t e r , a n d d i s p l a y s c r e e n o r m o n i t o r ; f i l m o r m a g n e t i c t a p e r e c o r d e r .

N o n e , u n l e s s t h e p a t i e n t h a s a n i m p l a n t e d p a c e m a k e r o r o t h e r i m p l a n t e d m e t a l d e v i c e s .

$ $ $

M a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g ( M R I ) - a l s o c a l l e d m a g n e t i c r e s o n a n c e t o m o g r a p h y ( M R T ) - i s a m e t h o d o f c r e a t i n g i m a g e s o f t h e i n s i d e o f o p a q u e o r g a n s i n l i v i n g o r g a n i s m s a s w e l l a s d e t e c t i n g t h e a m o u n t o f b o u n d w a t e r i n g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s . I t i s p r i m a r i l y u s e d t o d e m o n s t r a t e p a t h o l o g i c a l o r o t h e r p h y s i o l o g i c a l a l t e r a t i o n s o f l i v i n g t i s s u e s a n d i s a c o m m o n l y u s e d f o r m o f m e d i c a l i m a g i n g . M R I h a s a l s o f o u n d m a n y n i c h e a p p l i c a t i o n s o u t s i d e o f t h e m e d i c a l a n d b i o l o g i c a l f i e l d s s u c h a s r o c k p e r m e a b i l i t y t o h y d r o c a r b o n s a n d c e r t a i n n o n -d e s t r u c t i v e t e s t i n g m e t h o d s s u c h a s p r o d u c e a n d t i m b e r q u a l i t y c h a r a c t e r i z a t i o n .

M a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g w a s d e v e l o p e d f r o m k n o w l e d g e g a i n e d i n t h e s t u d y o f n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e . T h e o r i g i n a l n a m e f o r t h e m e d i c a l t e c h n o l o g y i s n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g ( N M R I ) , b u t t h e w o r d n u c l e a r i s a l m o s t u n i v e r s a l l y d r o p p e d . T h i s i s d o n e t o a v o i d t h e n e g a t i v e c o n n o t a t i o n s o f t h e w o r d n u c l e a r , a n d t o p r e v e n t p a t i e n t s f r o m a s s o c i a t i n g t h e e x a m i n a t i o n w i t h r a d i a t i o n e x p o s u r e . S c i e n t i s t s s t i l l u s e N M R w h e n d i s c u s s i n g n o n - m e d i c a l d e v i c e s o p e r a t i n g o n t h e s a m e p r i n c i p l e s .

M R I p r o v i d e s a n u n p a r a l l e l e d v i e w i n s i d e t h e h u m a n b o d y . T h e l e v e l o f d e t a i l w e c a n s e e i s e x t r a o r d i n a r y c o m p a r e d w i t h a n y

1 6

o t h e r i m a g i n g m o d a l i t y . M R I i s t h e m e t h o d o f c h o i c e f o r t h e d i a g n o s i s o f m a n y t y p e s o f i n j u r i e s a n d c o n d i t i o n s b e c a u s e o f t h e i n c r e d i b l e a b i l i t y t o t a i l o r t h e e x a m t o t h e p a r t i c u l a r m e d i c a l q u e s t i o n b e i n g a s k e d . B y c h a n g i n g e x a m p a r a m e t e r s , t h e M R I s y s t e m c a n c a u s e t i s s u e s i n t h e b o d y t o t a k e o n d i f f e r e n t a p p e a r a n c e s . T h i s i s v e r y h e l p f u l t o t h e r a d i o l o g i s t ( w h o r e a d s t h e M R I ) i n d e t e r m i n i n g i f s o m e t h i n g s e e n i s n o r m a l o r n o t . W e k n o w t h a t w h e n w e d o " A , " n o r m a l t i s s u e w i l l l o o k l i k e " B " - - i f i t d o e s n ' t , t h e r e m i g h t b e a n a b n o r m a l i t y . M R I s y s t e m s c a n a l s o i m a g e f l o w i n g b l o o d i n v i r t u a l l y a n y p a r t o f t h e b o d y . T h i s a l l o w s u s t o p e r f o r m s t u d i e s t h a t s h o w t h e a r t e r i a l s y s t e m i n t h e b o d y , b u t n o t t h e t i s s u e a r o u n d i t . I n m a n y c a s e s , t h e M R I s y s t e m c a n d o t h i s w i t h o u t a c o n t r a s t i n j e c t i o n , w h i c h i s r e q u i r e d i n v a s c u l a r r a d i o l o g y . H o w M R I w o r k s

T h e b i g g e s t a n d m o s t i m p o r t a n t c o m p o n e n t i n a n M R I s y s t e m i s t h e m a g n e t . T h e m a g n e t i n a n M R I s y s t e m i s r a t e d u s i n g a u n i t o f m e a s u r e k n o w n a s a t e s l a . A n o t h e r u n i t o f m e a s u r e c o m m o n l y u s e d w i t h m a g n e t s i s t h e g a u s s ( 1 t e s l a = 1 0 , 0 0 0 g a u s s ) . T h e m a g n e t s i n u s e t o d a y i n M R I a r e i n t h e 0 . 5 - t e s l a t o 2 . 0 - t e s l a r a n g e , o r 5 , 0 0 0 t o 2 0 , 0 0 0 g a u s s . M a g n e t i c f i e l d s g r e a t e r t h a n 2 t e s l a h a v e n o t b e e n a p p r o v e d f o r u s e i n m e d i c a l i m a g i n g , t h o u g h m u c h m o r e p o w e r f u l m a g n e t s - - u p t o 6 0 t e s l a - - a r e u s e d i n r e s e a r c h . C o m p a r e d w i t h t h e E a r t h ' s 0 . 5 - g a u s s m a g n e t i c f i e l d , y o u c a n s e e h o w i n c r e d i b l y p o w e r f u l t h e s e m a g n e t s a r e .

N u m b e r s l i k e t h a t h e l p p r o v i d e a n i n t e l l e c t u a l u n d e r s t a n d i n g o f t h e m a g n e t i c s t r e n g t h , b u t e v e r y d a y e x a m p l e s a r e a l s o h e l p f u l . T h e M R I s u i t e c a n b e a v e r y d a n g e r o u s p l a c e i f s t r i c t p r e c a u t i o n s a r e n o t o b s e r v e d . M e t a l o b j e c t s c a n b e c o m e d a n g e r o u s p r o j e c t i l e s i f t h e y a r e t a k e n i n t o t h e s c a n r o o m . F o r e x a m p l e , p a p e r c l i p s , p e n s , k e y s , s c i s s o r s , h e m o s t a t s , s t e t h o s c o p e s a n d a n y o t h e r s m a l l o b j e c t s c a n b e p u l l e d o u t o f p o c k e t s a n d o f f t h e b o d y w i t h o u t w a r n i n g , a t w h i c h p o i n t t h e y f l y t o w a r d t h e o p e n i n g o f t h e m a g n e t ( w h e r e t h e p a t i e n t i s p l a c e d ) a t v e r y h i g h s p e e d s , p o s i n g a t h r e a t t o e v e r y o n e i n t h e r o o m . C r e d i t c a r d , b a n k c a r d s a n d a n y t h i n g e l s e w i t h m a g n e t i c e n c o d i n g w i l l b e e r a s e d b y m o s t M R I s y s t e m s .

T h e m a g n e t i c f o r c e e x e r t e d o n a n o b j e c t i n c r e a s e s e x p o n e n t i a l l y a s i t n e a r s t h e m a g n e t . I m a g i n e s t a n d i n g 1 5 f e e t ( 4 . 6 m ) a w a y f r o m t h e m a g n e t w i t h a l a r g e p i p e w r e n c h i n y o u r

1 7

h a n d . Y o u m i g h t f e e l a s l i g h t p u l l . T a k e a c o u p l e o f s t e p s c l o s e r a n d t h a t p u l l i s m u c h s t r o n g e r . W h e n y o u g e t t o w i t h i n 3 f e e t ( 1 m e t e r ) o f t h e m a g n e t , t h e w r e n c h l i k e l y i s p u l l e d f r o m y o u r g r a s p . T h e m o r e m a s s a n o b j e c t h a s , t h e m o r e d a n g e r o u s i t c a n b e - - t h e f o r c e w i t h w h i c h i t i s a t t r a c t e d t o t h e m a g n e t i s m u c h s t r o n g e r . M o p b u c k e t s , v a c u u m c l e a n e r s , I V p o l e s , o x y g e n t a n k s , p a t i e n t s t r e t c h e r s , h e a r t m o n i t o r s a n d c o u n t l e s s o t h e r o b j e c t s h a v e a l l b e e n p u l l e d i n t o t h e m a g n e t i c f i e l d s o f M R I m a c h i n e s . T h e l a r g e s t o b j e c t I k n o w o f b e i n g p u l l e d i n t o a m a g n e t i s a f u l l y l o a d e d p a l l e t j a c k ( s e e b e l o w ) . S m a l l e r o b j e c t s c a n u s u a l l y b e p u l l e d f r e e o f t h e m a g n e t b y h a n d . L a r g e o n e s m a y h a v e t o b e p u l l e d a w a y w i t h a w i n c h , o r t h e m a g n e t i c f i e l d m a y e v e n h a v e t o b e s h u t d o w n .

1 8

U l t r a s o u n d

M e d i c a l u l t r a s o n o g r a p h y i s a n u l t r a s o u n d - b a s e d d i a g n o s t i c i m a g i n g t e c h n i q u e u s e d t o v i s u a l i z e i n t e r n a l o r g a n s , t h e i r s i z e , s t r u c t u r e a n d t h e i r p a t h o l o g i c a l l e s i o n s .

U s e s

U l t r a s o n o g r a p h y i s w i d e l y u t i l i z e d i n m e d i c i n e . I t i s p o s s i b l e t o p e r f o r m d i a g n o s i s o r t h e r a p e u t i c p r o c e d u r e s w i t h t h e g u i d a n c e o f u l t r a s o n o g r a p h y ( f o r i n s t a n c e b i o p s i e s o r d r a i n a g e o f f l u i d c o l l e c t i o n s ) . T y p i c a l l y u s e s a h a n d - h e l d p r o b e ( o f t e n c a l l e d a s c a n h e a d ) t h a t i s p l a c e d d i r e c t l y o n a n d m o v e d o v e r t h e p a t i e n t : a w a t e r - b a s e d g e l e n s u r e s g o o d c o u p l i n g b e t w e e n t h e p a t i e n t a n d s c a n h e a d .

M e d i c a l u l t r a s o n o g r a p h y i s u s e d i n , f o r e x a m p l e :

• g a s t r o e n t e r o l o g y • c a r d i o l o g y • g y n e c o l o g y • o b s t e t r i c s • u r o l o g y • e n d o c r i n o l o g y

T e c h n o l o g y

U l t r a s o n o g r a p h y u s e s a p r o b e c o n t a i n i n g o n e o r m o r e a c o u s t i c t r a n s d u c e r s t o s e n d p u l s e s o f s o u n d i n t o a m a t e r i a l . W h e n e v e r a s o u n d w a v e e n c o u n t e r s a m a t e r i a l w i t h d i f f e r e n t a c o u s t i c a l i m p e d a n c e , p a r t o f t h e s o u n d w a v e i s r e f l e c t e d , w h i c h t h e p r o b e d e t e c t s a s a n e c h o . T h e t i m e i t t a k e s f o r t h e e c h o t o t r a v e l b a c k t o t h e p r o b e i s m e a s u r e d a n d u s e d t o c a l c u l a t e t h e d e p t h o f t h e t i s s u e i n t e r f a c e c a u s i n g t h e e c h o . T h e g r e a t e r t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n a c o u s t i c i m p e d a n c e s , t h e l a r g e r t h e e c h o i s . T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n g a s e s a n d s o l i d s i s s o g r e a t t h a t m o s t o f t h e a c o u s t i c e n e r g y i s r e f l e c t e d , a n d s o i m a g i n g o f o b j e c t s b e y o n d t h a t r e g i o n i s n o t p o s s i b l e .

T h e s p e e d o f s o u n d i s d i f f e r e n t i n d i f f e r e n t m a t e r i a l s , a n d i s d e p e n d e n t o n t h e a c o u s t i c a l i m p e d a n c e o f t h e m a t e r i a l . P a r t o f t h e a c o u s t i c e n e r g y i s l o s t e v e r y t i m e a n e c h o i s f o r m e d .

U n l i k e r e g u l a r s o u n d , u l t r a s o u n d c a n b e d i r e c t e d i n t o a s i n g l e d i r e c t i o n . T h e e c h o e s r e c e i v e d b y a s t a t i o n a r y p r o b e w i l l r e s u l t

1 9

i n a s i n g l e d i m e n s i o n a l s i g n a l s h o w i n g p e a k s f o r e v e r y m a j o r m a t e r i a l c h a n g e .

T o g e n e r a t e a 2 D - i m a g e , t h e p r o b e i s s w i v e l e d , e i t h e r m e c h a n i c a l l y o r t h r o u g h a p h a s e d a r r a y o f u l t r a s o u n d t r a n s d u c e r s . T h e d a t a i s a n a l y z e d b y c o m p u t e r a n d u s e d t o c o n s t r u c t t h e i m a g e . I n a s i m i l a r w a y , 3 D i m a g e s c a n b e g e n e r a t e d b y c o m p u t e r u s i n g a s p e c i a l i z e d p r o b e .

S o m e u l t r a s o n o g r a p h y m a c h i n e s c a n p r o d u c e c o l o r i m a g e s , o f s o r t s . F r o m t h e a m o u n t o f e n e r g y i n e a c h e c h o , t h e d i f f e r e n c e i n a c o u s t i c i m p e d a n c e c a n b e c a l c u l a t e d a n d a c o l o r i s t h e n a s s i g n e d a c c o r d i n g l y .

T h e f r e q u e n c i e s u s e d f o r m e d i c a l i m a g i n g a r e g e n e r a l l y i n t h e r a n g e o f 1 t o 1 0 M H z . H i g h e r f r e q u e n c i e s h a v e a c o r r e s p o n d i n g l y l o w e r w a v e l e n g t h , a n d s o i m a g e s c a n h a v e a g r e a t e r r e s o l u t i o n . H o w e v e r , t h e a t t e n u a t i o n o f t h e s o u n d w a v e i s i n c r e a s e d a t h i g h e r f r e q u e n c i e s , s o i n o r d e r t o b e t t e r p e n e t r a t i o n o f d e e p e r t i s s u e s , a l o w e r f r e q u e n c y ( 3 - 5 M H z ) m a y b e u s e d .

D o p p l e r u l t r a s o n o g r a p h y

U l t r a s o n o g r a p h y c a n b e e n h a n c e d w i t h D o p p l e r m e a s u r e m e n t s , w h i c h e m p l o y t h e D o p p l e r E f f e c t t o a s s e s s w h e t h e r s t r u c t u r e s ( u s u a l l y b l o o d ) a r e m o v i n g t o w a r d s o r a w a y f r o m t h e p r o b e . B y c a l c u l a t i n g t h e f r e q u e n c y s h i f t o f a p a r t i c u l a r s a m p l e v o l u m e , f o r e x a m p l e a j e t o f b l o o d f l o w o v e r a h e a r t v a l v e , i t s s p e e d a n d d i r e c t i o n c a n b e d e t e r m i n e d a n d v i s u a l i z e d . T h i s i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l i n c a r d i o v a s c u l a r s t u d i e s ( u l t r a s o n o g r a p h y o f t h e v a s c u l a t u r e a n d h e a r t ) a n d e s s e n t i a l i n m a n y a r e a s s u c h a s d e t e r m i n i n g r e v e r s e b l o o d f l o w i n t h e l i v e r v a s c u l a t u r e i n p o r t a l h y p e r t e n s i o n . T h e D o p p l e r i n f o r m a t i o n i s d i s p l a y e d g r a p h i c a l l y u s i n g s p e c t r a l D o p p l e r , o r a s a n i m a g e u s i n g c o l o r D o p p l e r o r p o w e r D o p p l e r . I t i s o f t e n p r e s e n t e d a u d i b l y u s i n g s t e r e o s p e a k e r s : t h i s p r o d u c e s a v e r y d i s t i n c t i v e , a l t h o u g h s y n t h e t i c , s o u n d .

S t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s

S t r e n g t h s o f u l t r a s o u n d i m a g i n g

• I t i m a g e s m u s c l e a n d s o f t t i s s u e v e r y w e l l a n d i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r d e l i n e a t i n g t h e i n t e r f a c e s b e t w e e n s o l i d a n d f l u i d - f i l l e d s p a c e s .

2 0

• I t r e n d e r s " l i v e " i m a g e s , w h e r e t h e o p e r a t o r c a n d y n a m i c a l l y s e l e c t t h e m o s t u s e f u l s e c t i o n f o r d i a g n o s i n g a n d d o c u m e n t i n g c h a n g e s , o f t e n e n a b l i n g r a p i d d i a g n o s e s .

• I t s h o w s t h e s t r u c t u r e a s w e l l a s s o m e a s p e c t s o f t h e f u n c t i o n o f o r g a n s .

• I t h a s n o k n o w n l o n g - t e r m s i d e e f f e c t s a n d r a r e l y c a u s e s a n y d i s c o m f o r t t o t h e p a t i e n t .

• E q u i p m e n t i s w i d e l y a v a i l a b l e a n d c o m p a r a t i v e l y f l e x i b l e . • S m a l l , e a s i l y c a r r i e d s c a n n e r s a r e a v a i l a b l e ; e x a m i n a t i o n s

c a n b e p e r f o r m e d a t t h e b e d s i d e . • R e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e c o m p a r e d t o o t h e r m o d e s o f

i n v e s t i g a t i o n ( e . g . D E X A , c o m p u t e d X - r a y t o m o g r a p h y o r m a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g ) .

W e a k n e s s e s o f u l t r a s o u n d i m a g i n g

• C l a s s i c a l u l t r a s o u n d d e v i c e s h a v e t r o u b l e p e n e t r a t i n g b o n e b u t c u r r e n t r e s e a r c h o n u l t r a s o u n d b o n e i m a g i n g w i l l m a k e i t p o s s i b l e w i t h d e d i c a t e d d e v i c e s i n t h e f u t u r e .

• U l t r a s o u n d p e r f o r m s v e r y p o o r l y w h e n t h e r e i s a g a s b e t w e e n t h e s c a n h e a d a n d t h e o r g a n o f i n t e r e s t , d u e t o t h e e x t r e m e d i f f e r e n c e s i n a c o u s t i c a l i m p e d a n c e . F o r e x a m p l e , o v e r l y i n g g a s i n t h e g a s t r o i n t e s t i n a l t r a c t o f t e n m a k e s u l t r a s o u n d s c a n n i n g o f t h e p a n c r e a s d i f f i c u l t , a n d l u n g i m a g i n g i s n o t p o s s i b l e ( a p a r t f r o m d e m a r c a t i n g p l e u r a l e f f u s i o n s ) .

• E v e n i n t h e a b s e n c e o f b o n e o r a i r , t h e d e p t h p e n e t r a t i o n o f u l t r a s o u n d i s l i m i t e d , m a k i n g i t d i f f i c u l t t o i m a g e s t r u c t u r e s t h a t a r e f a r r e m o v e d f r o m t h e b o d y s u r f a c e , e s p e c i a l l y i n o b e s e p a t i e n t s .

• T h e m e t h o d i s o p e r a t o r - d e p e n d e n t . A h i g h l e v e l o f s k i l l a n d e x p e r i e n c e i s n e e d e d t o a c q u i r e g o o d - q u a l i t y i m a g e s a n d m a k e a c c u r a t e d i a g n o s e s .

2 1

M a m m o g r a p h y

M a m m o g r a p h y i s a s p e c i f i c t y p e o f i m a g i n g t h a t u s e s a l o w -d o s e x - r a y s y s t e m f o r e x a m i n i n g t h e b r e a s t s . T h e i m a g e s o f t h e b r e a s t s c a n b e v i e w e d o n f i l m a t a v i e w b o x o r a s s o f t c o p y o n a d i g i t a l m a m m o g r a p h y w o r k s t a t i o n . M o s t m e d i c a l e x p e r t s a g r e e t h a t s u c c e s s f u l t r e a t m e n t o f b r e a s t c a n c e r o f t e n i s l i n k e d t o e a r l y d i a g n o s i s .

M a m m o g r a p h y p l a y s a c e n t r a l p a r t i n e a r l y d e t e c t i o n o f b r e a s t c a n c e r s b e c a u s e i t c a n s h o w c h a n g e s i n t h e b r e a s t u p t o t w o y e a r s b e f o r e a p a t i e n t o r p h y s i c i a n c a n f e e l t h e m . C u r r e n t g u i d e l i n e s f r o m t h e U . S . D e p a r t m e n t o f H e a l t h a n d H u m a n S e r v i c e s ( H H S ) , t h e A m e r i c a n C a n c e r S o c i e t y ( A C S ) , t h e A m e r i c a n M e d i c a l A s s o c i a t i o n ( A M A ) a n d t h e A m e r i c a n C o l l e g e o f R a d i o l o g y ( A C R ) r e c o m m e n d s c r e e n i n g m a m m o g r a p h y e v e r y y e a r f o r w o m e n , b e g i n n i n g a t a g e 4 0 .

W h a t a r e s o m e c o m m o n u s e s o f t h e p r o c e d u r e ?

M a m m o g r a p h y i s u s e d t o a i d i n t h e d i a g n o s i s o f b r e a s t d i s e a s e s i n w o m e n . S c r e e n i n g m a m m o g r a p h y c a n a s s i s t y o u r p h y s i c i a n i n t h e d e t e c t i o n o f d i s e a s e e v e n i f y o u h a v e n o c o m p l a i n t s o r s y m p t o m s .

I n i t i a l m a m m o g r a p h i c i m a g e s t h e m s e l v e s a r e n o t a l w a y s e n o u g h t o d e t e r m i n e t h e e x i s t e n c e o f a b e n i g n o r m a l i g n a n t d i s e a s e w i t h c e r t a i n t y . I f a f i n d i n g o r s p o t s e e m s s u s p i c i o u s , y o u r r a d i o l o g i s t m a y r e c o m m e n d f u r t h e r d i a g n o s t i c s t u d i e s .

D i a g n o s t i c m a m m o g r a p h y i s u s e d t o e v a l u a t e a p a t i e n t w i t h a b n o r m a l c l i n i c a l f i n d i n g s , s u c h a s a b r e a s t l u m p o r l u m p s , w h i c h h a v e b e e n f o u n d b y t h e w o m a n o r h e r d o c t o r . D i a g n o s t i c m a m m o g r a p h y m a y a l s o b e d o n e a f t e r a n a b n o r m a l s c r e e n i n g m a m m o g r a p h y i n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e c a u s e o f t h e a r e a o f c o n c e r n o n t h e s c r e e n i n g e x a m .

H o w s h o u l d I p r e p a r e f o r a m a m m o g r a m ? B e f o r e s c h e d u l i n g a m a m m o g r a m , t h e A C S a n d o t h e r s p e c i a l t y o r g a n i z a t i o n s r e c o m m e n d t h a t y o u d i s c u s s a n y n e w f i n d i n g s o r p r o b l e m s i n y o u r b r e a s t s w i t h y o u r d o c t o r . I n a d d i t i o n , i n f o r m

2 2

M i c r o w a v e I m a g i n g

T h e t e r m m i c r o w a v e i m a g i n g c o v e r s a l l p r o c e s s e s i n w h i c h m e a s u r e m e n t s o f e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d s i n t h e m i c r o w a v e r e g i o n f r o m 3 0 0 M H z t o 3 0 G H z a r e u s e d f o r c r e a t i n g i m a g e s .

T o c r e a t e i m a g e s f r o m m i c r o w a v e m e a s u r e m e n t s , i t i s n e c e s s a r y t o c o n s t r u c t a m i c r o w a v e c a m e r a , w h i c h i s a b l e t o t r a n s m i t m i c r o w a v e s a n d m e a s u r e t h e s c a t t e r e d w a v e s a t o n e o r m o r e a n t e n n a s . D i f f e r e n t t y p e s o f m i c r o w a v e c a m e r a s a r e c u r r e n t l y b e i n g u s e d f o r i m a g i n g i n s u c h a r e a s a s g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r a n d r e m o t e s e n s i n g . D e p e n d i n g o n t h e i t e m s t o b e i m a g e d , d i f f e r e n t t y p e s o f m i c r o w a v e c a m e r a s a r e n e e d e d . T h e s e r a n g e f r o m s m a l l a n t e n n a s u s e d f o r n e a r f i e l d m e a s u r e m e n t s i n g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r t o t h e l a r g e a i r b o r n e s y s t e m s u s e d i n r e m o t e s e n s i n g .

T h e r e a r e t w o k e y i s s u e s t o a d d r e s s w h e n d e s i g n i n g a m i c r o w a v e c a m e r a . O n e i s t h e i n c r e a s e o f t h e s i g n a l t o n o i s e r a t i o i n t h e s y s t e m a n d t h e o t h e r i s t o a s s u r e t h a t t h e s y s t e m h a s a l a r g e d y n a m i c r a n g e . T h e i m p o r t a n c e o f b o t h o f t h e s e i s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e f a c t t h a t t h e s c a t t e r e d s i g n a l i s o f t e n v e r y w e a k i n c o m p a r i s o n t o t h e t r a n s m i t t e d s i g n a l . T h i s i m p l i e s t h a t a n y n o i s e i n t h e s y s t e m w i l l h a v e a l a r g e i m p a c t o n t h e i m a g e q u a l i t y a n d t h a t t h e s y s t e m m u s t b e a b l e t o d i s t i n g u i s h e v e n s m a l l d i f f e r e n c e s i n t h e r e c e i v e d s i g n a l s .

T o o b t a i n t h e m a x i m u m a m o u n t o f i n f o r m a t i o n f r o m t h e m i c r o w a v e m e a s u r e m e n t s , i n v e r s e s c a t t e r i n g t e c h n i q u e s m u s t b e a p p l i e d . T h e t e r m i n v e r s e s c a t t e r i n g i s u s e d t o d e s c r i b e t e c h n i q u e s i n w h i c h t h e i m a g e s a r e c r e a t e d b y i n v e r t i n g a m o d e l o f t h e s c a t t e r i n g m e c h a n i s m s d e r i v e d f r o m M a x w e l l ' s e q u a t i o n s W h e n u s i n g i n v e r s e s c a t t e r i n g f o r m i c r o w a v e i m a g i n g , t w o t h i n g s d e t e r m i n e t h e q u a l i t y o f t h e i m a g e s . T h e f i r s t t h i n g i s t h e a c c u r a c y o f t h e f o r w a r d m o d e l a n d t h e o t h e r i s t h e a c c u r a c y o f t h e i n v e r s i o n a l g o r i t h m . B y u s i n g M a x w e l l e q u a t i o n s , a n e x a c t s o l u t i o n t o t h e f o r w a r d s c a t t e r i n g p r o b l e m c a n b e d e t e r m i n e d . T h e f o r w a r d m o d e l , h o w e v e r , i s o f t e n t o o c o m p l e x t o e f f i c i e n t l y b e i n v e r t e d a n d c e r t a i n a p p r o x i m a t i o n s a n d a s s u m p t i o n s m u s t t h e r e f o r e b e a p p l i e d . C o n s e q u e n t l y , t h e a p p l i c a t i o n o f p h y s i c a l l y v i a b l e a s s u m p t i o n s a n d s i m p l i f i c a t i o n s t o t h e f o r w a r d m o d e l i s a s i m p o r t a n t i n i n v e r s e s c a t t e r i n g a s t h e p u r e m a t h e m a t i c a l p r o c e d u r e o f i n v e r t i n g t h e m o d e l .

2 3

A t t h e p r e s e n t , t h e o n l y s u i t a b l e s c r e e n i n g t o o l f o r t h e d e t e c t i o n o f b r e a s t c a n c e r i s X - r a y i m a g i n g o f t h e b r e a s t s , k n o w n a s m a m m o g r a p h y . W h e n u s i n g m a m m o g r a p h y , t h e b r e a s t i s i l l u m i n a t e d b y X - r a y s a n d o n t o a p h o t o - s e n s i t i v e m a t e r i a l . T h e r e s u l t i n g p r o j e c t i o n o f t h e X - r a y a b s o r p t i o n i n t h e b r e a s t c a n t h e n b e u s e d f o r l o c a t i n g t u m o r s . M a m m o g r a p h y h a s p r o v e n i t s e l f a s a v e r y s u i t a b l e s c r e e n i n g t o o l f o r p o s t - m e n o p a u s a l w o m e n w i t h s e n s i t i v i t y a n d s p e c i f i c i t y r e a c h i n g a s m u c h a s 9 0 % . I n a d d i t i o n t o t h e h i g h s e n s i t i v i t y a n d s p e c i f i c i t y , t h e s c r e e n i n g p r o c e s s i s f a s t , w i t h a s c r e e n i n g t a k i n g a s l i t t l e a s s e v e n m i n u t e s .

W h e n m a m m o g r a p h y s c r e e n i n g i s c o m b i n e d w i t h a f o l l o w - u p u l t r a s o n i c e x a m i n a t i o n o f t h o s e w o m e n w h o s e m a m m o g r a p h i e s s h o w s i g n s o f p o s s i b l e c a n c e r , t h e s e n s i t i v i t y a n d s p e c i f i c i t y c a n r e a c h a s m u c h a s 9 5 % . M a m m o g r a p h y , h o w e v e r , i s n o t s u i t a b l e f o r s c r e e n i n g o f p r e - m e n o p a u s a l w o m e n , a s t h e s e n s i t i v i t y f o r t h i s g r o u p o f w o m e n i s a s l o w a s 6 0 % . C o n s e q u e n t l y , t h e D a n i s h s c r e e n i n g p r o g r a m d o e s n o t i n c l u d e w o m e n u n d e r t h e a g e o f 5 0 y e a r s , a g r o u p w h o m a k e s u p a r o u n d 2 0 % o f t h e a n n u a l d i a g n o s e d b r e a s t - c a n c e r c a s e s i n D e n m a r k . I n a d d i t i o n t o t h e p r e - m e n o p a u s a l w o m e n , m a m m o g r a p h y a l s o p e r f o r m s p o o r l y o n t h e i n c r e a s i n g n u m b e r o f p o s t m e n o p a u s a l w o m e n r e c e i v i n g h o r m o n a l t r e a t m e n t .

T o u n d e r s t a n d t h e r e a s o n f o r t h e l o w s e n s i t i v i t y f o r y o u n g e r w o m e n i t i s n e c e s s a r y t o r e a l i z e w h a t i s i m a g e d w h e n p e r f o r m i n g m a m m o g r a p h y s c r e e n i n g s . T h e m a m m o g r a p h y i s a n i m a g e o f h o w m u c h o f t h e X - r a y r a d i a t i o n i s d i s s i p a t e d i n t h e b r e a s t . T h e d i s s i p a t i o n o f t h e e n e r g y i n t h e X - r a y s i s d e p e n d e n t u p o n t h e t y p e o f t i s s u e t h e X - r a y s n e e d t o p r o p a g a t e t h r o u g h f r o m t h e s o u r c e t o t h e p h o t o - s e n s i t i v e d e t e c t o r . C e r t a i n t y p e s o f t i s s u e , s u c h a s f a t , c a u s e l o w d i s s i p a t i o n w h i l e o t h e r t y p e s , s u c h a s t u m o r s a n d b r e a s t t i s s u e , c a u s e h i g h d i s s i p a t i o n o f t h e e n e r g y o f t h e X - r a y s . I n t h e b r e a s t s o f p o s t m e n o p a u s a l w o m e n , t h e h o r m o n a l c h a n g e i m p l i e s t h a t m o s t o f t h e b r e a s t t i s s u e h a s b e e n t r a n s f o r m e d t o f a t . C o n s e q u e n t l y , h i g h l y d i s s i p a t i n g t i s s u e s u c h a s m a l i g n a n t t u m o r s w i l l s t a n d o u t i n t h e m a m m o g r a p h i e s . F o r p r e - m e n o p a u s a l w o m e n , h o w e v e r , t h e p r e s e n c e o f d e n s e b r e a s t t i s s u e m e a n s t h a t t u m o r s a r e m o r e l i k e l y t o b e u n d e t e c t e d b y X - r a y s .

A s o p p o s e d t o X - r a y s , t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n m i c r o w a v e s a n d b r e a s t t i s s u e i s n o t g o v e r n e d b y t h e d i s s i p a t i o n o f e n e r g y i n

2 4

t h e b r e a s t t i s s u e , b u t r a t h e r b y s c a t t e r i n g o f t h e i n c i d e n t m i c r o w a v e s . T h i s s c a t t e r i n g i s c a u s e d b y i n h o m o g e n e i t i e s i n t h e e l e c t r i c a l c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r s o f t h e t i s s u e .

A s e a r l y a s i n t h e l a t e 1 9 4 0 ' s i t w a s d i s c o v e r e d t h a t t h e c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r s o f m a l i g n a n t b r e a s t t i s s u e i s 3 - 1 0 t i m e s t h a t o f n o r m a l t i s s u e . T h i s d i f f e r e n c e w i l l c a u s e t h e m i c r o w a v e s t o s c a t t e r , a n d b y a p p l y i n g s i g n a l p r o c e s s i n g t o t h e m e a s u r e d s c a t t e r e d w a v e s , t h e s i z e a n d p o s i t i o n o f t h e i n h o m o g e n e i t i e s , i n c l u d i n g m a l i g n a n t t u m o r s , i n t h e b r e a s t c a n b e d e t e r m i n e d . T h e m o s t i n t u i t i v e w a y t o p r e s e n t t h e i n f o r m a t i o n e x t r a c t e d f r o m t h e s c a t t e r e d s i g n a l i s b y p r o d u c i n g t h r e e - d i m e n s i o n a l i m a g e s . T h i s a p p r o a c h i s k n o w n a s m i c r o w a v e i m a g i n g .

2 5

Y o u r d o c t o r o f a n y p r i o r s u r g e r i e s , h o r m o n e u s e a n d f a m i l y o r p e r s o n a l h i s t o r y o f b r e a s t c a n c e r .

D o n o t s c h e d u l e y o u r m a m m o g r a m f o r t h e w e e k b e f o r e y o u r p e r i o d i f y o u r b r e a s t s a r e u s u a l l y t e n d e r d u r i n g t h i s t i m e . T h e b e s t t i m e i s o n e w e e k f o l l o w i n g y o u r p e r i o d ? A l w a y s i n f o r m y o u r d o c t o r o r x - r a y t e c h n o l o g i s t i f t h e r e i s a n y p o s s i b i l i t y t h a t y o u a r e p r e g n a n t .

T h e A C S a l s o r e c o m m e n d s y o u :

D o n o t w e a r d e o d o r a n t , t a l c u m p o w d e r o r l o t i o n u n d e r y o u r a r m s o r o n y o u r b r e a s t s o n t h e d a y o f t h e e x a m . T h e s e c a n a p p e a r o n t h e m a m m o g r a m a s c a l c i u m s p o t s .

D e s c r i b e a n y b r e a s t s y m p t o m s o r p r o b l e m s t o t h e t e c h n o l o g i s t p e r f o r m i n g t h e e x a m .

I f p o s s i b l e , o b t a i n p r i o r m a m m o g r a m s a n d m a k e t h e m a v a i l a b l e t o t h e r a d i o l o g i s t a t t h e t i m e o f t h e c u r r e n t e x a m .

A s k w h e n y o u r r e s u l t s w i l l b e a v a i l a b l e ; d o n o t a s s u m e t h e r e s u l t s a r e n o r m a l i f y o u d o n o t h e a r f r o m y o u r d o c t o r o r t h e m a m m o g r a p h y f a c i l i t y .

I n a d d i t i o n , b e f o r e t h e e x a m i n a t i o n y o u w i l l b e a s k e d t o r e m o v e a l l j e w e l r y a n d c l o t h i n g a b o v e t h e w a i s t a n d y o u w i l l b e g i v e n a g o w n o r l o o s e - f i t t i n g m a t e r i a l t h a t o p e n s i n t h e f r o n t .

H o w d o e s t h e p r o c e d u r e w o r k ?

T h e b r e a s t i s e x p o s e d t o a s m a l l d o s e o f r a d i a t i o n t o p r o d u c e a n i m a g e o f i n t e r n a l b r e a s t t i s s u e . T h e i m a g e o f t h e b r e a s t i s p r o d u c e d a s a r e s u l t o f s o m e o f t h e x - r a y s b e i n g a b s o r b e d ( a t t e n u a t i o n ) w h i l e o t h e r s p a s s t h r o u g h t h e b r e a s t t o e x p o s e e i t h e r a f i l m ( c o n v e n t i o n a l m a m m o g r a p h y ) o r d i g i t a l i m a g e r e c e p t o r ( d i g i t a l m a m m o g r a p h y ) . T h e e x p o s e d f i l m i s e i t h e r p l a c e d i n a d e v e l o p i n g m a c h i n e — p r o d u c i n g i m a g e s m u c h l i k e t h e n e g a t i v e s f r o m a 3 5 m m c a m e r a — o r i m a g e s a r e d i g i t a l l y s t o r e d o n c o m p u t e r .

H o w i s t h e p r o c e d u r e p e r f o r m e d ?

D u r i n g m a m m o g r a p h y , a s p e c i a l l y q u a l i f i e d r a d i o l o g i s t w i l l p o s i t i o n y o u t o i m a g e y o u r b r e a s t . T h e b r e a s t i s f i r s t p l a c e d o n a s p e c i a l p l a t f o r m a n d c o m p r e s s e d w i t h a p a d d l e ( o f t e n m a d e o f c l e a r P l e x i g l a s o r o t h e r p l a s t i c ) .

2 6

B r e a s t c o m p r e s s i o n i s n e c e s s a r y i n o r d e r t o :

E v e n o u t t h e b r e a s t t h i c k n e s s s o t h a t a l l o f t h e t i s s u e c a n b e v i s u a l i z e d .

S p r e a d o u t t h e t i s s u e s o t h a t s m a l l a b n o r m a l i t i e s w o n ' t b e o b s c u r e d b y o v e r l y i n g b r e a s t t i s s u e .

A l l o w t h e u s e o f a l o w e r x - r a y d o s e s i n c e a t h i n n e r a m o u n t o f b r e a s t t i s s u e i s b e i n g i m a g e d .

H o l d t h e b r e a s t s t i l l i n o r d e r t o e l i m i n a t e b l u r r i n g o f t h e i m a g e c a u s e d b y m o t i o n .

R e d u c e x - r a y s c a t t e r t o i n c r e a s e s h a r p n e s s o f p i c t u r e .

T h e t e c h n o l o g i s t w i l l g o b e h i n d a g l a s s s h i e l d w h i l e m a k i n g t h e x - r a y e x p o s u r e , w h i c h w i l l s e n d a b e a m o f x - r a y s t h r o u g h t h e b r e a s t t o t h e i m a g e r e c e p t o r b e h i n d t h e p l a t e , t h u s e x p o s i n g t h e f i l m o r d i g i t a l r e c e p t o r .

Y o u w i l l b e a s k e d t o c h a n g e p o s i t i o n s s l i g h t l y b e t w e e n i m a g e s . T h e r o u t i n e v i e w s a r e a t o p - t o - b o t t o m v i e w a n d a n o b l i q u e s i d e v i e w . T h e p r o c e s s i s r e p e a t e d f o r t h e o t h e r b r e a s t .

T h e e x a m i n a t i o n p r o c e s s s h o u l d t a k e a b o u t h a l f a n h o u r . W h e n t h e m a m m o g r a p h y i s c o m p l e t e d y o u w i l l b e a s k e d t o w a i t u n t i l t h e t e c h n o l o g i s t e x a m i n e s t h e i m a g e s t o d e t e r m i n e i f m o r e a r e n e e d e d .

W h a t a r e t h e b e n e f i t s v s . r i s k s ?

B e n e f i t s I m a g i n g o f t h e b r e a s t i m p r o v e s a p h y s i c i a n ' s a b i l i t y t o

d e t e c t s m a l l t u m o r s . W h e n c a n c e r s a r e s m a l l , t h e w o m a n h a s m o r e t r e a t m e n t o p t i o n s a n d a c u r e i s m o r e l i k e l y .

T h e u s e o f s c r e e n i n g m a m m o g r a p h y i n c r e a s e s t h e d e t e c t i o n o f s m a l l a b n o r m a l t i s s u e g r o w t h s c o n f i n e d t o t h e m i l k d u c t s i n t h e b r e a s t , c a l l e d d u c t a l c a r c i n o m a i n s i t u ( D C I S ) . T h e s e e a r l y t u m o r s c a n n o t h a r m p a t i e n t s i f t h e y a r e r e m o v e d a t t h i s s t a g e a n d m a m m o g r a p h y i s t h e o n l y p r o v e n m e t h o d t o r e l i a b l y d e t e c t t h e s e t u m o r s .

R i s k s T h e e f f e c t i v e r a d i a t i o n d o s e f r o m a m a m m o g r a m i s a b o u t

0 . 7 m S v , w h i c h i s a b o u t t h e s a m e a s t h e a v e r a g e p e r s o n r e c e i v e s f r o m b a c k g r o u n d r a d i a t i o n i n t h r e e m o n t h s .

2 7

F e d e r a l m a m m o g r a p h y g u i d e l i n e s r e q u i r e t h a t e a c h u n i t b e c h e c k e d b y a m e d i c a l p h y s i c i s t e v e r y y e a r t o e n s u r e t h a t t h e u n i t o p e r a t e s c o r r e c t l y .

W o m e n s h o u l d a l w a y s i n f o r m t h e i r d o c t o r o r x - r a y t e c h n o l o g i s t i f t h e r e i s a n y p o s s i b i l i t y t h a t t h e y a r e p r e g n a n t .

F a l s e P o s i t i v e M a m m o g r a m s . F i v e p e r c e n t t o 1 5 p e r c e n t o f s c r e e n i n g m a m m o g r a m s r e q u i r e m o r e t e s t i n g s u c h a s a d d i t i o n a l m a m m o g r a m s o r u l t r a s o u n d . M o s t o f t h e s e t e s t s t u r n o u t t o b e n o r m a l . I f t h e r e i s a n a b n o r m a l f i n d i n g a f o l l o w - u p o r b i o p s y m a y h a v e t o b e p e r f o r m e d . M o s t o f t h e b i o p s i e s c o n f i r m t h a t n o c a n c e r w a s p r e s e n t . I t i s e s t i m a t e d t h a t a w o m a n w h o h a s y e a r l y m a m m o g r a m s b e t w e e n a g e s 4 0 a n d 4 9 h a s a b o u t a 3 0 p e r c e n t c h a n c e o f h a v i n g a f a l s e - p o s i t i v e m a m m o g r a m a t s o m e p o i n t i n t h a t d e c a d e a n d a b o u t a 7 p e r c e n t t o 8 p e r c e n t c h a n c e o f h a v i n g a b r e a s t b i o p s y w i t h i n t h e 1 0 - y e a r p e r i o d . T h e e s t i m a t e f o r f a l s e - p o s i t i v e m a m m o g r a m s i s a b o u t 2 5 p e r c e n t f o r w o m e n a g e s 5 0 o r o l d e r .

W h a t a r e t h e l i m i t a t i o n s o f M a m m o g r a p h y ?

I n t e r p r e t a t i o n s o f m a m m o g r a m s c a n b e d i f f i c u l t b e c a u s e a n o r m a l b r e a s t c a n a p p e a r d i f f e r e n t l y f o r e a c h w o m a n . A l s o , t h e a p p e a r a n c e o f a n i m a g e m a y b e c o m p r o m i s e d i f t h e r e i s p o w d e r o r s a l v e o n t h e b r e a s t s o r i f y o u h a v e u n d e r g o n e b r e a s t s u r g e r y . B e c a u s e s o m e b r e a s t c a n c e r s a r e h a r d t o v i s u a l i z e , a r a d i o l o g i s t m a y w a n t t o c o m p a r e t h e i m a g e t o v i e w s f r o m p r e v i o u s e x a m i n a t i o n s . N o t a l l c a n c e r s o f t h e b r e a s t c a n b e s e e n o n m a m m o g r a p h y .

B r e a s t i m p l a n t s c a n a l s o i m p e d e a c c u r a t e m a m m o g r a m r e a d i n g s b e c a u s e b o t h s i l i c o n e a n d s a l i n e i m p l a n t s a r e n o t t r a n s p a r e n t o n x - r a y s a n d c a n b l o c k a c l e a r v i e w o f t h e t i s s u e s b e h i n d t h e m , e s p e c i a l l y i f t h e i m p l a n t h a s b e e n p l a c e d i n f r o n t o f , r a t h e r t h a n b e n e a t h , t h e c h e s t m u s c l e s . B u t t h e N C I s a y s t h a t e x p e r i e n c e d t e c h n o l o g i s t s a n d r a d i o l o g i s t s k n o w h o w t o c a r e f u l l y c o m p r e s s t h e b r e a s t s t o i m p r o v e t h e v i e w w i t h o u t r u p t u r i n g t h e i m p l a n t . W h e n m a k i n g a n a p p o i n t m e n t f o r a m a m m o g r a m , w o m e n w i t h i m p l a n t s s h o u l d a s k i f t h e f a c i l i t y u s e s s p e c i a l t e c h n i q u e s d e s i g n e d t o a c c o m m o d a t e t h e m . B e f o r e t h e m a m m o g r a m i s t a k e n , t h e y s h o u l d m a k e s u r e t h e t e c h n o l o g i s t i s e x p e r i e n c e d i n p e r f o r m i n g m a m m o g r a p h y o n p a t i e n t s w i t h b r e a s t i m p l a n t s .

2 8

C o n c l u s i o n

M e d i c a l i m a g i n g m a k e s t h e h e a l t h c a r e s y s t e m w o r k m o r e e f f i c i e n t l y b y f o s t e r i n g g r e a t e r e c o n o m y a n d c o s t s a v i n g s . S u c h s a v i n g s a r e o f t e n a p p a r e n t , a s w h e n i m a g i n g r e p l a c e s s u r g e r y . O t h e r t i m e s , s a v i n g s a r e h a r d e r t o s e e , a s w h e n i m a g i n g a l l o w s a p a t i e n t t o r e c o v e r i n h a l f t h e t i m e . I m a g i n g ' s n e w e s t f r o n t i e r , f u s i n g d i g i t a l i m a g i n g w i t h i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , i s i n t r o d u c i n g s a v i n g s t h a t s t r e t c h t h r o u g h o u t t h e h e a l t h d e l i v e r y s y s t e m .

M e d i c a l i m a g i n g i s e x t e n d i n g h u m a n v i s i o n i n t o t h e v e r y n a t u r e o f d i s e a s e , t h u s e n a b l i n g a n e w a n d m o r e p o w e r f u l g e n e r a t i o n o f d i a g n o s i s a n d i n t e r v e n t i o n . M e d i c a l i m a g i n g i s a l s o m e l d i n g s u c h a d v a n c e s w i t h t h e p r o d u c t i v i t y - e n h a n c i n g p o w e r o f d i g i t a l a n d i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y — f o s t e r i n g g r e a t e r e f f i c i e n c y , q u a l i t y , a n d v a l u e i n h e a l t h d e l i v e r y .

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R e f e r e n c e s 1 . w w w . a n s w e r s . c o m 2 . w w w . m e d i c a l i m a g i n g . o r g 3 . w w w . y a h o o . c o m 4 . w w w . r a d i o l o g y . o r g 5 . R a d i o l o g y 6 . M R I 7 . w w w . w i k i p e d i a . o r g 8 . h t t p : / / w w w . e m i . d t u . d k / r e s e a r c h / a f g / r e s e a r c h / b r e a s t c

a n c e r _ s c r e e n i n g . h t m l 9 . w w w . b r e a s t c a n c e r . o r g

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A p p e n d i x A : W e e k l y R e p o r t s W e e k O n e : Met with my advisor and other students on the team. Created my Web page. I learnt about the COM block and its components; I read the documentations from the previous team. Also I was able to use the software that allows you to modify the settings. I was introduced to the System View software which aims at personalizing the system in a way that will meet every expectation of the system user and provide the system administrator(s) to manage their own systems with their customized automation software and to solve the problems. W e e k 2 : I n w e e k 2 o f m y r e s e a r c h p r o j e c t : I g o t a l i t t l e b i t m o r e o f t h e S y s t e m V i e w s o f t w a r e ; i . e . I s a w t h e d e m o a g a i n a n d w o r k e d o n s o m e e x a m p l e s . A l s o w e w e r e n ' t a b l e t o e s t a b l i s h a c o n n e c t i o n w i t h t h e C O M b l o c k s T C P / I P # 5 0 0 1 a n d a f t e r s o m e t r o u b l e s h o o t i n g , f o u n d o u t t h a t t h e r o u t e r w a s n ' t a l l o w i n g c o n n e c t i o n t h r o u g h t h e w i r e l e s s L A N l i n e s W e e k 3 :

I w o r k e d o n a p p l i c a t i o n s t o m e d i c a l i m a g i n g .

• A l s o I l e a r n t a b o u t t h e v a r i o u s p r o c e s s e s u s e d i n M e d i c a l I m a g i n g .

" M e d i c a l i m a g i n g d e t e c t s c r i t i c a l i l l n e s s e s a t t h e i r m o s t c u r a b l e s t a g e – a n d , i n m a n y c a s e s , w h e n t h e y a r e l e a s t c o s t l y t o t r e a t . M e d i c a l i m a g i n g i s c e n t e r - s t a g e i n A m e r i c a ' s e f f o r t s a t p r e v e n t i o n a n d e a r l y d e t e c t i o n " . " I t r e m a i n s a n i m p o r t a n t s t e p t o d a y i n m a k i n g i n i t i a l a s s e s s m e n t s o f p o t e n t i a l p r o b l e m s , a l t h o u g h a d d i t i o n a l s t e p s a r e o f t e n u s e d t o c o n f i r m a d i a g n o s i s . T h e p r i m a r y d r a w b a c k i s t h a t f i n d i n g s a r e s u b j e c t t o i n t e r p r e t a t i o n , a n d w h i l e a r e c o r d e d i m a g e c a n b e p r o d u c e d m a n u a l l y , i n p r a c t i c e t h i s i s o f t e n n o t d o n e " .

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M o d e r n i m a g i n g t e c h n o l o g y : R a d i o g r a p h s , m o r e c o m m o n l y k n o w n a s x - r a y s , a r e o f t e n u s e d t o d e t e r m i n e t h e t y p e a n d e x t e n t o f a f r a c t u r e . ( s e e R a d i o g r a p h y ) C o m p u t e d T o m o g r a p h y , A C T s c a n , a l s o k n o w n a s a C A T s c a n( C o m p u t e d A x i a l T o m o g r a p h y s c a n ) , t r a d i t i o n a l l y p r o d u c e s a 2 D i m a g e o f t h e s t r u c t u r e s i n a s m a l l s e c t i o n o f t h e b o d y w i t h t h e u s e o f r a d i a t i o n . ( s e e C o m p u t e d a x i a l t o m o g r a p h y ) M a g n e t i c R e s o n a n c e I m a g i n g , A n M R I u s e s n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r o m e t e r t o p r o d u c e e l e c t r o n i c i m a g e s o f s p e c i f i c a t o m s a n d m o l e c u l a r s t r u c t u r e s i n s o l i d s , e s p e c i a l l y h u m a n c e l l s , t i s s u e s , a n d o r g a n s . U n l i k e t h e C T s c a n i t d o e s n o t u s e r a d i a t i o n . ( s e e M a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g ) U l t r a s o u n d , A n i m a g i n g t e c h n i q u e t h a t u s e s h i g h f r e q u e n c y s o u n d w a v e s t o v i s u a l i z e u n d e r w a t e r s u r f a c e s , b o u n d a r i e s , o b j e c t s , a n d c u r r e n t s . ( s e e M e d i c a l u l t r a s o n o g r a p h y ) M a m m o g r a p h y , a d i a g n o s t i c p r o c e d u r e t o d e t e c t b r e a s t t u m o r s b y t h e u s e o f X r a y s , i d e n t i f i e s b r e a s t c a n c e r o n e t o t h r e e y e a r s b e f o r e a l u m p c a n b e f e l t , t h e r e b y s a v i n g l i v e s . ( s e e M a m m o g r a p h y ) W e h a v e i m a g i n g t e c h n i q u e s w h i c h i n c l u d e s : � d i f f u s e o p t i c a l t o m o g r a p h y � e l a s t o g r a p h y � e l e c t r i c a l i m p e d a n c e t o m o g r a p h y � f l u o r o s c o p y � n u c l e a r m e d i c i n e � o p t o a c o u s t i c i m a g i n g � o p h t h a l m o l o g y

• c o r n e a l t o p o g r a p h y • H e i d e l b e r g r e t i n a l t o m o g r a p h y • o c u l a r c o h e r e n c e t o m o g r a p h y • s c a n n i n g l a s e r o p h t h a l m o s c o p y

� p o s i t r o n e m i s s i o n t o m o g r a p h y

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W e e k 4 : I w o r k e d o n C A T S c a n . T h e p r o c e s s e s i n v o l v e d a n d h o w i t r e l a t e s w i t h X - r a y s . W h y i s C T s c a n c h o s e n o v e r x - r a y , o r w h y w o u l d x - r a y b e c h o s e n o v e r C T s c a n . T h e c o s t o f t h e s e p r o c e d u r e s a n d t h e d e v i c e s i n v o l v e d .

***CAT Scan (Computed Axial Technology is the process of using computers to generate a three-dimensional image from flat (i.e, two-dimensional) x-ray pictures, one slice at a time... CAT Scanners rather than actually cut people up, they use x-rays to make pictures of the slices to get an overall picture. In the case of x-ray we get the whole picture, but with CAT scan: machines go around in a circle: so they can take x-rays from all sides * CAT scanning adds x-ray images with the aid of a computer to generate cross-sectional views of anatomy. * CAT scanning can identify normal and abnormal structures and be used to guide procedures. * CAT scanning is painless. * Iodine-containing contrast material is sometimes used in CAT scanning. Patients with a history of allergy to iodine or contrast materials should notify their physicians and radiology staff. Week 5:

W o r k e d o n M R I a k a m a g n e t i c r e s o n a n c e t o m o g r a p h y ( M R T )

The first MRI exam was performed on July 3, 1977.

To understand how MRI works, let's start by focusing on the "magnetic" in MRI. The biggest and most important component in an

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MRI system is the magnet. The magnet in an MRI system is rated using a unit of measure known as a tesla. Another unit of measure commonly used with magnets is the gauss (1 tesla = 10,000 gauss). The magnets in use today in MRI are in the 0.5-tesla to 2.0-tesla range, or 5,000 to 20,000 gauss. Magnetic fields greater than 2 tesla have not been approved for use in medical imaging, though much more powerful magnets -- up to 60 tesla -- are used in research. Compared with the Earth's 0.5-gauss magnetic field, you can see how incredibly powerful these magnets are. Numbers like that help provide an intellectual understanding of the magnetic strength, but everyday examples are also helpful. The MRI suite can be a very dangerous place if strict precautions are not observed. Metal objects can become dangerous projectiles if they are taken into the scan room. For example, paperclips, pens, keys, scissors, hemostats, stethoscopes and any other small objects can be pulled out of pockets and off the body without warning, at which point they fly toward the opening of the magnet (where the patient is placed) at very high speeds, posing a threat to everyone in the room. Credit cards, bank cards and anything else with magnetic encoding will be erased by most MRI systems.

In this photograph, you can see a fully loaded pallet jack that has been sucked into the bore of an MRI system. The fact that MRI systems do not use ionizing radiation is a comfort to many patients, as is the fact that MRI contrast materials have a very low incidence of side effects. Another major advantage of MRI is its

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ability to image in any plane. CT is limited to one plane, the axial plane (in the loaf-of-bread analogy, the axial plane would be how a loaf of bread is normally sliced). An MRI system can create axial images as well as images in the sagitall plane (slicing the bread side-to-side lengthwise) and coronally (think of the layers of a layer cake) or any degree in between, without the patient ever moving. If you have ever had an X-ray, you know that every time they take a different picture, you have to move. The three gradient magnets discussed earlier allow the MRI system to choose exactly where in the body to acquire an image and how the slices are oriented. There are many people who cannot safely be scanned with MRI (for example, because they have pacemakers), and also people who are too big to be scanned. There are many claustrophobic people in the world, and being in an MRI machine can be a very disconcerting experience for them. The machine makes a tremendous amount of noise during a scan. The noise sounds like a continual, rapid hammering. Patients are given earplugs or stereo headphones to muffle the noise. The noise is due to the rising electrical current in the wires of the gradient magnets being opposed by the main magnetic field. The stronger the main field, the louder the gradient noise. MRI scans require patients to hold very still for extended periods of time. MRI exams can range in length from 20 minutes to 90 minutes or more. Even very slight movement of the part being scanned can cause much distorted images that will have to be repeated. Orthopedic hardware (screws, plates, artificial joints) in the area of a scan can cause severe artifacts (distortions) on the images. The hardware causes a significant alteration in the main magnetic field. Remember, a uniform field is critical to good imaging. MRI systems are very, very expensive to purchase, and therefore the exams are also very expensive.

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* * * T h e b a s i c d e s i g n u s e d i n m o s t i s a g i a n t c u b e . * * * I l e a r n t a b o u t t h e p r o c e d u r e , t h e c o s t o f t h e p r o c e d u r e , t h e a d v a n t a g e s a n d t h e d i s a d v a n t a g e s o f h a v i n g t h i s p r o c e d u r e . * * * * * I w i l l b e w o r k i n g o n U l t r a s o u n d n e x t * * * * *

Week 6: * * * I r e s e a r c h e d U l t r a s o u n d . * * * T h e u s e s o f U l t r a s o u n d . * * * T h e d a n g e r s i n v o l v e d i n t h e p r o c e s s . * * * T h e c o s t o f t h e p r o c e d u r e .

Ultrasound or ultrasonography is a medical imaging technique that uses high frequency sound waves and their echoes. The technique is similar to the echolocation used by bats, whales and dolphins, as well as SONAR used by submarines. In ultrasound, the following events happen: 1. The ultrasound machine transmits high-frequency (1 to 5 megahertz) sound pulses into

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your body using a probe. 2. The sound waves travel into your body and hit a boundary between tissues (e.g. between fluid and soft tissue, soft tissue and bone). 3. Some of the sound waves get reflected back to the probe, while some travel on further until they reach another boundary and get reflected. 4. The reflected waves are picked up by the probe and relayed to the machine. 5. The machine calculates the distance from the probe to the tissue or organ (boundaries) using the speed of sound in tissue (5,005 ft/s or1,540 m/s) and the time of the each echo's return (usually on the order of millionths of a second). 6. The machine displays the distances and intensities of the echoes on the screen, forming a two dimensional image like the one shown below.

Dangers of Ultrasound

There have been many concerns about the safety of ultrasound. Because ultrasound is energy, the question becomes "What is this energy doing to my tissues or my baby?" There have been some reports of low birth weight babies being born to mothers who had frequent ultrasound examinations during pregnancy. The two major possibilities with ultrasound are as follows:

• development of heat - tissues or water absorb the ultrasound energy which increases their temperature locally

• formation of bubbles (cavitations) - when dissolved gases come out of solution due to local heat caused by ultrasound

However, there have been no substantiated ill-effects of ultrasound documented in

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studies in either humans or animals. This being said, ultrasound should still be used only when necessary (i.e. better to be cautious).

Week 7: * * * I s t a r t e d o u t w o r k i n g o n R a d i o l o g y . * * * R a d i o l o g y i s a d i a g n o s t i c s p e c i a l t y w i t h i n t h e f i e l d o f m e d i c i n e t h a t e m p l o y s X - R a y s a n d o t h e r m o d a l i t i e s f o r d i a g n o s t i c i m a g i n g . * * * R a d i o g r a p h s , m o r e c o m m o n l y k n o w n a s X - R a y s . R a d i o g r a p h y i s t h e c r e a t i o n o f r a d i o g r a p h s , p h o t o g r a p h s m a d e b y e x p o s i n g a p h o t o g r a p h i c f i l m o r o t h e r i m a g e r e c e p t o r t o X -r a y s . S i n c e X - r a y s p e n e t r a t e s o l i d o b j e c t s , b u t a r e s l i g h t l y a t t e n u a t e d b y t h e m , t h e p i c t u r e r e s u l t i n g f r o m t h e e x p o s u r e r e v e a l s t h e i n t e r n a l s t r u c t u r e o f t h e o b j e c t . T h e m o s t c o m m o n u s e o f r a d i o g r a p h y i s i n t h e m e d i c a l f i e l d ( w h e r e i t i s k n o w n a s m e d i c a l i m a g i n g ) . A n o t h e r u s e o f r a d i o g r a p h y i s i n t h e e x a m i n a t i o n a n d a n a l y s i s o f p a i n t i n g s , w h e r e s t u d i e s c a n r e v e a l s u c h d e t a i l s a s t h e a g e o f a p a i n t i n g a n d u n d e r l y i n g b r u s h s t r o k e t e c h n i q u e s t h a t h e l p t o i d e n t i f y o r v e r i f y t h e a r t i s t . X r a y s a r e u s e d i n s e v e r a l t e c h n i q u e s t h a t c a n p r o v i d e e n l a r g e d i m a g e s o f t h e s t r u c t u r e o f o p a q u e o b j e c t s . T h e s e t e c h n i q u e s c o l l e c t i v e l y r e f e r r e d t o a s X -r a y m i c r o s c o p y o r m i c r o - r a d i o g r a p h y , c a n a l s o b e u s e d i n t h e q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s o f m a n y m a t e r i a l s . O n e o f t h e d a n g e r s i n t h e u s e o f X r a y s i s t h a t t h e y c a n d e s t r o y l i v i n g t i s s u e a n d c a n c a u s e s e v e r e s k i n b u r n s o n h u m a n f l e s h e x p o s e d f o r t o o l o n g a t i m e . T h i s d e s t r u c t i v e p o w e r i s u s e d i n X - r a y t h e r a p y t o d e s t r o y d i s e a s e d c e l l s . W e e k 8 : W o r k e d o n M a m m o g r a p h y :

This is a specific type of imaging that uses a low-dose x-ray system for examining the breasts. The images of the breasts can be viewed on film at a view box or as soft copy on a digital mammography work station. Most medical experts agree that successful treatment of breast cancer often is linked to early diagnosis. Mammography plays a central part in early detection of breast cancers because it can show changes in the breast up to two years before a patient or physician can feel them.

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M a m m o g r a p h y i s u s e d t o a i d i n t h e d i a g n o s i s o f b r e a s t d i s e a s e s i n w o m e n . S c r e e n i n g m a m m o g r a p h y c a n a s s i s t y o u r p h y s i c i a n i n t h e d e t e c t i o n o f d i s e a s e e v e n i f y o u h a v e n o c o m p l a i n t s o r s y m p t o m s .

I n i t i a l m a m m o g r a p h i c i m a g e s t h e m s e l v e s a r e n o t a l w a y s e n o u g h t o d e t e r m i n e t h e e x i s t e n c e o f a b e n i g n o r m a l i g n a n t d i s e a s e w i t h c e r t a i n t y . I f a f i n d i n g o r s p o t s e e m s s u s p i c i o u s , y o u r r a d i o l o g i s t m a y r e c o m m e n d f u r t h e r d i a g n o s t i c s t u d i e s .

D i a g n o s t i c m a m m o g r a p h y i s u s e d t o e v a l u a t e a p a t i e n t w i t h a b n o r m a l c l i n i c a l f i n d i n g s , s u c h a s a b r e a s t l u m p o r l u m p s , w h i c h h a v e b e e n f o u n d b y t h e w o m a n o r h e r d o c t o r . D i a g n o s t i c m a m m o g r a p h y m a y a l s o b e d o n e a f t e r a n a b n o r m a l s c r e e n i n g m a m m o g r a p h y i n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e c a u s e o f t h e a r e a o f c o n c e r n o n t h e s c r e e n i n g e x a m

S t a r t e d m a k i n g t h e s l i d e s f o r m y m e d i c a l i m a g i n g p r e s e n t a t i o n .

Week 9: W e n t o n a t e a m t r i p . . . C r u i s e . I t w a s f u n F i n i s h e d w i t h t h e l a s t s u b - t o p i c w i t h M i c r o w a v e I m a g i n g .

T h e t e r m m i c r o w a v e i m a g i n g c o v e r s a l l p r o c e s s e s i n w h i c h m e a s u r e m e n t s o f e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d s i n t h e m i c r o w a v e r e g i o n f r o m 3 0 0 M H z t o 3 0 G H z a r e u s e d f o r c r e a t i n g i m a g e s .

T o c r e a t e i m a g e s f r o m m i c r o w a v e m e a s u r e m e n t s , i t i s n e c e s s a r y t o c o n s t r u c t a m i c r o w a v e c a m e r a , w h i c h i s a b l e t o t r a n s m i t m i c r o w a v e s a n d m e a s u r e t h e s c a t t e r e d w a v e s a t o n e o r m o r e a n t e n n a s .

D i f f e r e n t t y p e s o f m i c r o w a v e c a m e r a s a r e c u r r e n t l y b e i n g u s e d f o r i m a g i n g i n s u c h a r e a s a s g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r a n d r e m o t e s e n s i n g . D e p e n d i n g o n t h e i t e m s t o b e i m a g e d , d i f f e r e n t t y p e s o f m i c r o w a v e c a m e r a s a r e n e e d e d . T h e s e r a n g e f r o m s m a l l a n t e n n a s u s e d f o r n e a r f i e l d m e a s u r e m e n t s i n g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r t o t h e l a r g e a i r b o r n e s y s t e m s u s e d i n r e m o t e s e n s i n g . T h e r e a r e t w o k e y i s s u e s t o a d d r e s s w h e n d e s i g n i n g a m i c r o w a v e c a m e r a . O n e i s t h e i n c r e a s e o f t h e s i g n a l t o n o i s e r a t i o i n t h e s y s t e m a n d t h e o t h e r i s t o a s s u r e t h a t t h e s y s t e m h a s a

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l a r g e d y n a m i c r a n g e . T h e i m p o r t a n c e o f b o t h o f t h e s e i s c l o s e l y r e l a t e d t o t h e f a c t t h a t t h e s c a t t e r e d s i g n a l i s o f t e n v e r y w e a k i n c o m p a r i s o n t o t h e t r a n s m i t t e d s i g n a l . T h i s i m p l i e s t h a t a n y n o i s e i n t h e s y s t e m w i l l h a v e a l a r g e i m p a c t o n t h e i m a g e q u a l i t y a n d t h a t t h e s y s t e m m u s t b e a b l e t o d i s t i n g u i s h e v e n s m a l l d i f f e r e n c e s i n t h e r e c e i v e d s i g n a l s .

C o n t i n u e d w o r k i n g o n m y p r e s e n t a t i o n f o r n e x t w e e k .

W e e k 1 0 : Worked on my power point presentation. Did a lot of editing on the slides W e e k 1 1 : Presented my slides… Didn’t go as well as i wanted... Started working on my final report W e e k 1 2 : Put my final report together. Getting ready to leave Hoboken...Started packing ... I would miss every bit of the last 3 months Adios amigos!!!

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