Orvosi képalkotás

1896-ban Wilhelm Roentgen felfedezte a röntgensugárzást, 1900-ban pedig az első mellkasröntgent. Aztán jön a röntgencső. És hogy néz ki ma. Az alábbi cikkből megtudhatja.

1806 Philippe Bozzini Mainzban fejleszti az endoszkópot, és ebből az alkalomból kiadja a „Der Lichtleiter” című tankönyvet az emberi test mélyedéseinek tanulmányozásáról. Elsőként a francia Antonin Jean Desormeaux használta ezt az eszközt sikeres műveletben. Az elektromosság feltalálása előtt külső fényforrásokkal vizsgálták a hólyagot, a méhet és a vastagbelet, valamint az orrüregeket.

1. Az első röntgenfelvétel - Roentgen feleségének keze

1896 Wilhelm Roentgen felfedezi a röntgensugarakat és azok szilárd testekbe való behatolási képességét. Az első szakemberek, akiknek megmutatta "röntgenogramjait", nem orvosok, hanem Roentgen kollégái - fizikusok (1). A találmányban rejlő klinikai lehetőségeket néhány héttel később felismerték, amikor egy négyéves gyermek ujjában lévő üvegszilánk röntgenfelvételét publikálták egy orvosi folyóiratban. A következő néhány évben a röntgencsövek kereskedelmi forgalomba hozatala és tömeggyártása elterjesztette az új technológiát az egész világon.

1900 Első mellkas röntgen. A mellkasröntgen elterjedt alkalmazása lehetővé tette a tuberkulózis korai stádiumú kimutatását, amely akkoriban az egyik leggyakoribb halálok volt.

1906-1912 Az első kísérletek kontrasztanyagok használatára a szervek és erek jobb vizsgálata érdekében.

1913 Egy igazi röntgencső, az úgynevezett forrókatódos vákuumcső van kialakulóban, amely a hőemisszió jelensége miatt hatékonyan szabályozott elektronforrást használ. Új korszakot nyitott az orvosi és ipari radiológiai gyakorlatban. Megalkotója William D. Coolidge (2) amerikai feltaláló volt, akit "a röntgencső atyjaként" ismertek. A Hollis Potter chicagói radiológus által létrehozott mozgatható ráccsal együtt a Coolidge lámpa az első világháború alatt az orvosok számára felbecsülhetetlen értékű eszközzé tette a radiográfiát.

1916 Nem minden röntgenfelvétel volt könnyen olvasható – néha szövetek vagy tárgyak eltakarták a vizsgált tárgyat. Ezért André Bocage francia bőrgyógyász kifejlesztett egy módszert a röntgensugárzás különböző szögekből történő kibocsátására, amely kiküszöbölte az ilyen nehézségeket. Övé .

1919 Megjelenik a pneumoencephalográfia, amely a központi idegrendszer invazív diagnosztikai eljárása. Ez abból állt, hogy az agy-gerincvelői folyadék egy részét levegővel, oxigénnel vagy héliummal helyettesítették, szúrással a gerinccsatornába vezették, és a fejről röntgenfelvételt készítettek. A gázok jól kontrasztot alkottak az agy kamrai rendszerével, ami lehetővé tette a kamrák képének elkészítését. A módszert a 80. század közepén széles körben alkalmazták, de a XNUMX-as években szinte teljesen felhagytak vele, mivel a vizsgálat rendkívül fájdalmas volt a páciens számára, és komoly szövődmények kockázatával járt.

30-es és 40-as évek A fizikai gyógyászatban és a rehabilitációban az ultrahanghullámok energiáját kezdik széles körben alkalmazni. Az orosz Szergej Szokolov ultrahang használatával kísérletezik fémhibák feltárására. 1939-ben 3 GHz-es frekvenciát használ, ami azonban nem biztosít kielégítő képfelbontást. 1940-ben Heinrich Gohr és Thomas Wedekind, a németországi Kölni Orvostudományi Egyetem munkatársai "Der Ultraschall in der Medizin" című cikkükben bemutatták a fémhibák kimutatására használthoz hasonló echo-reflex technikákon alapuló ultrahang-diagnosztika lehetőségét. .

A szerzők azt feltételezték, hogy ez a módszer lehetővé teszi a daganatok, váladékok vagy tályogok kimutatását. Kísérleteik meggyőző eredményeit azonban nem publikálhatták. Ismeretesek az osztrák Karl T. Dussik, a Bécsi Egyetem neurológusának a harmincas évek végén megkezdett ultrahangos orvosi kísérletei is.

1937 Stefan Kaczmarz lengyel matematikus "Algebrai rekonstrukció technikája" című munkájában fogalmazza meg az algebrai rekonstrukciós módszer elméleti alapjait, amelyet aztán a számítógépes tomográfiában és a digitális jelfeldolgozásban alkalmaztak.

40 éves. Tomográfiás kép bevezetése a páciens teste vagy egyes szervei körül elforgatott röntgencső segítségével. Ez lehetővé tette a metszetekben az anatómiai és kóros elváltozások részletezését.

1946 Edward Purcell és Felix Bloch amerikai fizikusok egymástól függetlenül találták fel a magmágneses rezonancia NMR-t (3). Fizikai Nobel-díjat kaptak "a precíziós mérés új módszereinek kidolgozásáért és a magmágnesesség területén végzett kapcsolódó felfedezésekért".

3. NMR berendezés készlet

1950 emelkedik egyenes vonalú szkenner, összeállította Benedict Cassin. Az ebben a változatban szereplő eszközt a 70-es évek elejéig használták különféle radioaktív izotóp alapú gyógyszerekkel, hogy a szerveket az egész testben leképezzék.

1953 Gordon Brownell, a Massachusetts Institute of Technology olyan eszközt hoz létre, amely a modern PET-kamera előfutára. Segítségével neki, William H. Sweet idegsebésszel együtt sikerül agydaganatokat diagnosztizálnia.

1955 Dinamikus röntgen képerősítőket fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik a szövetek és szervek mozgóképeinek röntgenképét. Ezek a röntgensugarak új információkkal szolgáltak a testi funkciókról, például a dobogó szívről és a keringési rendszerről.

1955-1958 Ian Donald skót orvos széles körben alkalmazza az ultrahangos vizsgálatokat az orvosi diagnózishoz. Ő nőgyógyász. A The Lancet orvosi folyóiratban 7. június 1958-én megjelent "Hasi tömegek vizsgálata pulzáló ultrahanggal" című cikke meghatározta az ultrahangos technológia alkalmazását, és megalapozta a prenatális diagnózist (4).

1957 Kifejlesztik az első száloptikai endoszkópot – Basili Hirshowitz gasztroenterológus és munkatársai a Michigani Egyetemről szabadalmaztatnak egy száloptikát, félig rugalmas gasztroszkóp.

1958 Hal Oscar Anger az Amerikai Nukleáris Orvostudományi Társaság éves találkozóján bemutat egy szcintillációs kamrát, amely lehetővé teszi a dinamikus működést. emberi szervek képalkotása. A készülék egy évtized után kerül a piacra.

1963 A frissen vert Dr. David Kuhl barátjával, Roy Edwards mérnökkel együtt mutatja be a világnak az első közös munkát, több éves előkészület eredményeként: a világ első készülékét az ún. emissziós tomográfiaamelyet ők Mark II. A következő években pontosabb elméletek és matematikai modellek születtek, számos vizsgálatot végeztek, és egyre fejlettebb gépeket építettek. Végül 1976-ban John Keyes megalkotja az első SPECT gépet – az egyfoton emissziós tomográfiát – Cool és Edwards tapasztalatai alapján.

1967-1971 Godfrey Hounsfield angol villamosmérnök Stefan Kaczmarz algebrai módszerével megteremti a számítógépes tomográfia elméleti alapjait. A következő években megszerkeszti az első működő EMI CT-szkennert (5), amelyen 1971-ben a wimbledoni Atkinson Morley Kórházban végzik el az első személyi vizsgálatot. A készüléket 1973-ban állították gyártásba. 1979-ben Hounsfield és Allan M. Cormack amerikai fizikus Nobel-díjat kapott a számítógépes tomográfia fejlesztéséhez való hozzájárulásukért.

5. EMI szkenner

1973 Paul Lauterbur amerikai kémikus (6) felfedezte, hogy egy adott anyagon áthaladó mágneses mező gradienseinek bevezetésével elemezhető és megtudható ennek az anyagnak az összetétele. A tudós ezzel a technikával olyan képet alkot, amely megkülönbözteti a normál és a nehéz vizet. Peter Mansfield angol fizikus munkái alapján felállítja saját elméletét, és megmutatja, hogyan készíthet gyors és pontos képet a belső szerkezetről.

Mindkét tudós munkájának eredménye egy non-invazív orvosi vizsgálat, az úgynevezett mágneses rezonancia képalkotás vagy MRI. 1977-ben a Raymond Damadian, Larry Minkoff és Michael Goldsmith amerikai orvosok által kifejlesztett MRI-készüléket először egy személy tanulmányozására használták. Lauterbur és Mansfield közösen ítélték oda 2003-ban az élettani és orvosi Nobel-díjat.

1974 Az amerikai Michael Phelps pozitronemissziós tomográfia (PET) kamerát fejleszt. Az első kereskedelmi forgalomba hozott PET-szkenner Phelps és Michel Ter-Poghosyan munkájának köszönhetően jött létre, akik az EG&G ORTEC-nél vezették a rendszer fejlesztését. A szkennert 1974-ben telepítették az UCLA-n. Mivel a rákos sejtek tízszer gyorsabban metabolizálják a glükózt, mint a normál sejtek, a rosszindulatú daganatok fényes foltokként jelennek meg a PET-vizsgálaton (7).

1976 Andreas Grünzig sebész koszorúér-angioplasztikát mutat be a svájci Zürichi Egyetemi Kórházban. Ez a módszer fluoroszkópiát használ az érszűkület kezelésére.

1978 emelkedik digitális radiográfia. Először a röntgenrendszer képét alakítják át digitális fájllá, amelyet azután feldolgoznak a tisztább diagnózis érdekében, és digitálisan tárolják a jövőbeli kutatás és elemzés céljából.

80 éves. Douglas Boyd bemutatja az elektronsugaras tomográfia módszerét. Az EBT szkennerek mágnesesen vezérelt elektronsugarat használtak a röntgensugarak gyűrűjének létrehozására.

1984 Megjelenik az első 3D-s képalkotás digitális számítógépekkel és CT- vagy MRI-adatokkal, ami XNUMXD-s képeket eredményez a csontokról és a szervekről.

1989 Elkezdődik a spirális komputertomográfia (spirál CT). Ez egy olyan vizsgálat, amely kombinálja a lámpa-érzékelő rendszer folyamatos forgó mozgását és az asztal mozgását a vizsgálati felületen (8). A spiráltomográfia fontos előnye a vizsgálati idő csökkenése (egy több másodpercig tartó szkennelés során több tucat réteg képét is lehetővé teszi), a leolvasások összegyűjtése a teljes kötetről, beleértve a szerv rétegeit is, között voltak a hagyományos CT-vel végzett vizsgálatok, valamint az új szoftvernek köszönhetően a vizsgálat optimális átalakítása . Az új módszer úttörője Dr. Willy A. Kalender, a Siemens kutatási és fejlesztési igazgatója volt. Hamarosan más gyártók is a Siemens nyomdokaiba léptek.

8. A spirális komputertomográfia sémája

1993 Olyan echoplanáris képalkotó (EPI) technikát kell kidolgozni, amely lehetővé teszi az MRI-rendszerek számára az akut stroke korai stádiumban történő észlelését. Az EPI funkcionális képalkotást is biztosít például az agyi tevékenységről, lehetővé téve a klinikusok számára, hogy tanulmányozzák az agy különböző részeinek működését.

1998 Az ún. multimodális PET-vizsgálatok komputertomográfiával együtt. Ezt Dr. David W. Townsend, a Pittsburghi Egyetem munkatársa végezte Ron Nutttal, a PET-rendszerek specialistájával együtt. Ez nagy lehetőségeket nyitott meg a daganatos betegek metabolikus és anatómiai képalkotásában. Az első prototípus PET/CT-szkenner, amelyet a CTI PET Systems tervezett és épített a tennessee-i Knoxville-ben, 1998-ban került forgalomba.

2018 A MARS Bioimaging bemutatja a color i technikát XNUMXD orvosi képalkotás (9), amely a test belsejét ábrázoló fekete-fehér fényképek helyett egy teljesen új minőséget kínál az orvostudományban - színes képeket.

Az új típusú szkenner a Medipix technológiát használja, amelyet először az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) tudósai számára fejlesztettek ki, hogy számítógépes algoritmusok segítségével nyomon követhessék a részecskéket a Nagy Hadronütköztetőben. Ahelyett, hogy rögzítené a röntgensugarakat, amint azok áthaladnak a szöveteken és hogyan szívódnak fel, a szkenner meghatározza a röntgensugarak pontos energiaszintjét, amint azok a test különböző részeit érik. Ezután az eredményeket különböző színekké alakítja, hogy megfeleljen a csontoknak, az izmoknak és más szöveteknek.

9. Színes csuklórész, MARS Bioimaging technológiával készült.

Az orvosi képalkotás osztályozása

1. Röntgen (röntgen) ez a test röntgenfelvétele a röntgensugárzás filmre vagy detektorra történő vetítésével. A kontraszt injekció után a lágy szövetek láthatóvá válnak. A főként a csontrendszer diagnosztikájában alkalmazott módszert alacsony pontosság és alacsony kontraszt jellemzi. Ezenkívül a sugárzás negatív hatással van - a dózis 99% -át a vizsgált szervezet elnyeli.

2. tomográfia (görögül - keresztmetszet) - a diagnosztikai módszerek gyűjtőneve, amelyek egy test vagy annak egy részének keresztmetszete képének megszerzéséből állnak. A tomográfiás módszerek több csoportra oszthatók:

• UZI (UZI) egy non-invazív módszer, amely a hang hullámjelenségeit használja fel különböző közegek határain. Ultrahangos (2-5 MHz) és piezoelektromos átalakítókat használ. A kép valós időben mozog;
• számítógépes tomográfia (CT) számítógép által vezérelt röntgensugarakat használ a test képeinek elkészítéséhez. A röntgensugarak használata a CT-t közelebb hozza a röntgensugarakhoz, de a röntgen és a számítógépes tomográfia eltérő információkat szolgáltat. Igaz, hogy egy tapasztalt radiológus röntgenfelvételből is tud következtetni például egy daganat háromdimenziós elhelyezkedésére, de a röntgen a CT-vizsgálatokkal ellentétben eleve kétdimenziós;
• mágneses rezonancia képalkotás (MRI) - ez a fajta tomográfia rádióhullámokat használ az erős mágneses térbe helyezett betegek vizsgálatára. Az így kapott kép a vizsgált szövetek által kibocsátott rádióhullámokon alapul, amelyek a kémiai környezettől függően többé-kevésbé intenzív jeleket generálnak. A páciens testképe számítógépes adatként menthető. Az MRI a CT-hez hasonlóan XNUMXD és XNUMXD képeket készít, de néha sokkal érzékenyebb módszer, különösen a lágyrészek megkülönböztetésére;
• pozitronemissziós tomográfia (PET) - számítógépes képek regisztrálása a cukoranyagcsere szövetekben bekövetkező változásairól. A páciensnek olyan anyagot fecskendeznek be, amely cukor és izotóposan jelölt cukor kombinációja. Ez utóbbi lehetővé teszi a rák lokalizálását, mivel a rákos sejtek hatékonyabban veszik fel a cukormolekulákat, mint a test más szövetei. Radioaktívan jelölt cukor bevétele után a beteg kb.
• 60 percig, amíg a megjelölt cukor kering a szervezetében. Ha daganat van a szervezetben, abban hatékonyan kell felhalmozódnia a cukornak. Ezután az asztalra fektetett páciens fokozatosan bekerül a PET-szkennerbe - 6-7 alkalommal 45-60 percen belül. A PET-szkenner a cukor testszövetekben való eloszlásának meghatározására szolgál. A CT és PET elemzésének köszönhetően egy esetleges daganat jobban leírható. A számítógéppel feldolgozott képet radiológus elemzi. A PET akkor is képes kimutatni a rendellenességeket, ha más módszerek a szövet normális természetét jelzik. Lehetővé teszi a rák kiújulásának diagnosztizálását és a kezelés hatékonyságának meghatározását is – a daganat zsugorodásával sejtjei egyre kevesebb cukrot metabolizálnak;
• Egyfoton emissziós tomográfia (SPECT) – tomográfiás technika a nukleáris medicina területén. A gamma-sugárzás segítségével lehetővé teszi, hogy a páciens testének bármely részének biológiai aktivitásáról térbeli képet készítsen. Ez a módszer lehetővé teszi a véráramlás és az anyagcsere megjelenítését egy adott területen. Radiofarmakonokat használ. Kémiai vegyületek, amelyek két elemből állnak - egy nyomjelzőből, amely egy radioaktív izotóp, és egy hordozóból, amely lerakódhat a szövetekben és szervekben, és leküzdheti a vér-agy gátat. A hordozók gyakran rendelkeznek azzal a tulajdonsággal, hogy szelektíven kötődnek a tumorsejt antitestekhez. Az anyagcserével arányos mennyiségben rendeződnek; 
• optikai koherencia tomográfia (OCT) - az ultrahanghoz hasonló új módszer, de a beteget fénysugárral (interferométerrel) szondázzák. Bőrgyógyászati ​​és fogászati ​​szemvizsgálatokhoz használják. A visszaszórt fény a fénysugár útja mentén azon helyek helyzetét jelzi, ahol a törésmutató változik.

3. Szcintigráfia - itt képet kapunk a szervekről, és mindenekelőtt azok tevékenységéről, kis dózisú radioaktív izotópok (radiofarmakon) felhasználásával. Ez a technika bizonyos gyógyszerek viselkedésén alapul a szervezetben. A felhasznált izotóp hordozójaként működnek. A jelzett gyógyszer felhalmozódik a vizsgált szervben. A radioizotóp ionizáló sugárzást (leggyakrabban gamma-sugárzást) bocsát ki, amely a testen kívülre hatol, ahol az úgynevezett gamma-kamerát rögzítik.