Lääketieteellinen kuvantaminen

Vuonna 1896 Wilhelm Roentgen löysi röntgensäteet ja vuonna 1900 ensimmäisen rintakehän röntgenkuvan. Sitten tulee röntgenputki. Ja miltä se näyttää tänään. Se selviää alla olevasta artikkelista.

1806 Philippe Bozzini kehittää endoskooppia Mainzissa ja julkaisee tilaisuudessa "Der Lichtleiterin" - oppikirjan ihmiskehon syvennysten tutkimisesta. Ensimmäinen, joka käytti tätä laitetta onnistuneessa operaatiossa, oli ranskalainen Antonin Jean Desormeaux. Ennen sähkön keksimistä ulkoisia valonlähteitä käytettiin virtsarakon, kohtun ja paksusuolen sekä nenäonteloiden tutkimiseen.

1. Ensimmäinen röntgenkuva - Roentgenin vaimon käsi

1896 Wilhelm Roentgen löytää röntgensäteet ja niiden kyvyn tunkeutua kiintoaineisiin. Ensimmäiset asiantuntijat, joille hän näytti "röntgenogramminsa", eivät olleet lääkäreitä, vaan Röntgenin työtoverit - fyysikot (1). Tämän keksinnön kliininen potentiaali tunnistettiin muutamaa viikkoa myöhemmin, kun röntgenkuva nelivuotiaan lapsen sormen lasinsirpaleesta julkaistiin lääketieteellisessä lehdessä. Seuraavien vuosien aikana röntgenputkien kaupallistaminen ja massatuotanto levitti uutta teknologiaa ympäri maailmaa.

1900 Ensimmäinen rintakehän röntgen. Rintakehän röntgenkuvauksen laaja käyttö mahdollisti tuberkuloosin havaitsemisen varhaisessa vaiheessa, mikä oli tuolloin yksi yleisimmistä kuolinsyistä.

1906-1912 Ensimmäiset yritykset käyttää varjoaineita elinten ja verisuonten parempaan tutkimiseen.

1913 Todellinen röntgenputki, jota kutsutaan kuumakatodityhjiöputkeksi, on syntymässä, joka käyttää tehokasta kontrolloitua elektronilähdettä lämpöemissioilmiön vuoksi. Hän avasi uuden aikakauden lääketieteellisessä ja teollisessa radiologisessa käytännössä. Sen luoja oli amerikkalainen keksijä William D. Coolidge (2), joka tunnetaan yleisesti "röntgenputken isänä". Yhdessä Chicagon radiologi Hollis Potterin luoman siirrettävän ruudukon kanssa Coolidge-lamppu teki röntgentutkimuksesta korvaamattoman työkalun lääkäreille ensimmäisen maailmansodan aikana.

1916 Kaikkia röntgenkuvia ei ollut helppo lukea - joskus kudokset tai esineet peittivät tutkittavan. Siksi ranskalainen ihotautilääkäri André Bocage kehitti menetelmän röntgensäteiden lähettämiseksi eri kulmista, mikä eliminoi tällaiset vaikeudet. Hänen.

1919 Ilmenee pneumoenkefalografia, joka on keskushermoston invasiivinen diagnostinen toimenpide. Se koostui osan aivo-selkäydinnesteestä korvaamisesta ilmalla, hapella tai heliumilla, joka tuotiin pistoksen kautta selkäydinkanavaan ja pään röntgenkuvauksen suorittamisesta. Kaasut erottuivat hyvin aivojen kammiojärjestelmästä, mikä mahdollisti kuvan saamisen kammioista. Menetelmää käytettiin laajalti 80-luvun puolivälissä, mutta siitä luovuttiin lähes kokonaan XNUMX-luvulla, koska tutkimus oli potilaalle erittäin kivulias ja siihen liittyi vakava komplikaatioriski.

30- ja 40-luvut Fysikaalisessa lääketieteessä ja kuntoutuksessa ultraääniaaltojen energiaa aletaan käyttää laajalti. Venäläinen Sergey Sokolov kokeilee ultraäänen käyttöä metallivikojen etsimiseen. Vuonna 1939 hän käyttää 3 GHz:n taajuutta, joka ei kuitenkaan tarjoa tyydyttävää kuvan resoluutiota. Vuonna 1940 Heinrich Gohr ja Thomas Wedekind Kölnin lääketieteellisestä yliopistosta Saksasta esittelivät artikkelissaan "Der Ultraschall in der Medizin" mahdollisuuden ultraäänidiagnostiikkaan, joka perustuu kaikurefleksitekniikoihin, jotka ovat samanlaisia ​​kuin metallivikojen havaitsemisessa. .

Kirjoittajat olettivat, että tämä menetelmä mahdollistaisi kasvainten, eritteiden tai paiseiden havaitsemisen. He eivät kuitenkaan voineet julkaista vakuuttavia tuloksia kokeistaan. Tunnettuja ovat myös itävaltalaisen Karl T. Dussikin, Itävallan Wienin yliopiston neurologin 30-luvun lopulla alkaneet lääketieteelliset ultraäänikokeet.

1937 Puolalainen matemaatikko Stefan Kaczmarz muotoilee teoksessaan "Algebrallisen rekonstruoinnin tekniikka" algebrallisen rekonstruktiomenetelmän teoreettiset perusteet, jota sitten sovellettiin tietokonetomografiassa ja digitaalisessa signaalinkäsittelyssä.

40 vuotta. Tomografisen kuvan käyttöönotto röntgenputkella, jota pyöritetään potilaan kehon tai yksittäisten elinten ympäri. Tämä mahdollisti osien anatomian ja patologisten muutosten yksityiskohtien näkemisen.

1946 Amerikkalaiset fyysikot Edward Purcell ja Felix Bloch keksivät itsenäisesti ydinmagneettisen resonanssin NMR:n (3). Heille myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto "uusien tarkan mittausmenetelmien kehittämisestä ja niihin liittyvistä löydöistä ydinmagnetismin alalla".

3. Sarja NMR-laitteita

1950 nousee skanneri prostoliniowy, koonnut Benedict Cassin. Tämän version laitetta käytettiin 70-luvun alkuun asti erilaisten radioaktiivisten isotooppipohjaisten lääkkeiden kanssa elinten kuvaamiseen koko kehossa.

1953 Gordon Brownell Massachusetts Institute of Technologysta luo laitteen, joka on nykyaikaisen PET-kameran edelläkävijä. Hänen avullaan hän onnistuu yhdessä neurokirurgi William H. Sweetin kanssa diagnosoimaan aivokasvaimet.

1955 Kehitetään dynaamisia röntgenkuvanvahvistimia, jotka mahdollistavat kudosten ja elinten liikkuvien kuvien röntgenkuvien saamisen. Nämä röntgenkuvat ovat antaneet uutta tietoa kehon toiminnoista, kuten sykkivästä sydämestä ja verenkiertoelimistöstä.

1955-1958 Skotlantilainen lääkäri Ian Donald alkaa käyttää laajasti ultraäänitestejä lääketieteelliseen diagnoosiin. Hän on gynekologi. Hänen artikkelinsa "Investigation of Abdominal Masses with Pulsed Ultrasound", joka julkaistiin 7. kesäkuuta 1958 lääketieteellisessä lehdessä The Lancet, määritteli ultraäänitekniikan käytön ja loi perustan synnytystä edeltävälle diagnoosille (4).

1957 Ensimmäinen kuituoptinen endoskooppi on kehitetty - gastroenterologi Basili Hirshowitz ja hänen kollegansa Michiganin yliopistosta patentoivat kuituoptiikan, puolijoustava gastroskooppi.

1958 Hal Oscar Anger esittelee American Society for Nuclear Medicine -yhdistyksen vuosikokouksessa tuikekammion, joka mahdollistaa dynaamisen ihmisen elinten kuvantaminen. Laite tulee markkinoille kymmenen vuoden kuluttua.

1963 Juuri lyöty tohtori David Kuhl esittelee yhdessä ystävänsä, insinööri Roy Edwardsin kanssa maailmalle ensimmäisen yhteistyön, useiden vuosien valmistelun tuloksena: maailman ensimmäisen laitteen ns. emissiotomografiajota he kutsuvat Mark II:ksi. Seuraavina vuosina kehitettiin tarkempia teorioita ja matemaattisia malleja, tehtiin lukuisia tutkimuksia ja rakennettiin yhä kehittyneempiä koneita. Lopulta vuonna 1976 John Keyes loi ensimmäisen SPECT-koneen - yhden fotoniemissiotomografian - Coolin ja Edwardsin kokemuksen perusteella.

1967-1971 Stefan Kaczmarzin algebrallista menetelmää käyttäen englantilainen sähköinsinööri Godfrey Hounsfield luo tietokonetomografian teoreettiset perusteet. Seuraavina vuosina hän rakentaa ensimmäisen toimivan EMI-CT-skannerin (5), jolla vuonna 1971 tehdään ensimmäinen henkilötutkimus Atkinson Morley -sairaalassa Wimbledonissa. Laite otettiin tuotantoon vuonna 1973. Vuonna 1979 Hounsfield ja amerikkalainen fyysikko Allan M. Cormack saivat Nobel-palkinnon heidän panoksestaan ​​tietokonetomografian kehittämisessä.

5. EMI-skanneri

1973 Amerikkalainen kemisti Paul Lauterbur (6) havaitsi, että ottamalla käyttöön tietyn aineen läpi kulkevan magneettikentän gradientteja, voidaan analysoida ja selvittää tämän aineen koostumus. Tiedemies käyttää tätä tekniikkaa luodakseen kuvan, joka erottaa normaalin ja raskaan veden. Englantilainen fyysikko Peter Mansfield rakentaa työnsä pohjalta oman teoriansa ja näyttää kuinka luodaan nopea ja tarkka kuva sisäisestä rakenteesta.

Molempien tutkijoiden työn tulos oli ei-invasiivinen lääketieteellinen tutkimus, joka tunnetaan nimellä magneettikuvaus tai MRI. Vuonna 1977 amerikkalaisten lääkäreiden Raymond Damadianin, Larry Minkoffin ja Michael Goldsmithin kehittämää MRI-laitetta käytettiin ensimmäisen kerran ihmisen tutkimiseen. Lauterbur ja Mansfield saivat yhdessä vuoden 2003 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon.

1974 Amerikkalainen Michael Phelps kehittää Positron Emission Tomography (PET) -kameraa. Ensimmäinen kaupallinen PET-skanneri luotiin Phelpsin ja Michel Ter-Poghosyanin työn ansiosta. Hän johti järjestelmän kehitystä EG&G ORTECissa. Skanneri asennettiin UCLA:han vuonna 1974. Koska syöpäsolut metaboloivat glukoosia kymmenen kertaa nopeammin kuin normaalit solut, pahanlaatuiset kasvaimet näkyvät valopilkkuina PET-skannauksessa (7).

1976 Kirurgi Andreas Grünzig esittelee sepelvaltimon angioplastiaa Zürichin yliopistollisessa sairaalassa Sveitsissä. Tämä menetelmä käyttää fluoroskopiaa verisuonten ahtauman hoitoon.

1978 nousee digitaalinen röntgenkuvaus. Ensimmäistä kertaa röntgenjärjestelmästä otettu kuva muunnetaan digitaaliseksi tiedostoksi, joka voidaan sitten käsitellä selvemmän diagnoosin saamiseksi ja tallentaa digitaalisesti tulevaa tutkimusta ja analysointia varten.

80 vuotta. Douglas Boyd esittelee elektronisuihkutomografian menetelmän. EBT-skannerit käyttivät magneettisesti ohjattua elektronisädettä röntgensäteiden renkaan luomiseen.

1984 Ensimmäinen digitaalisia tietokoneita ja CT- tai MRI-tietoja käyttävä 3D-kuvaus tulee näkyviin, mikä johtaa XNUMXD-kuviin luista ja elimistä.

1989 Spiraalitietokonetomografia (spiraali-CT) tulee käyttöön. Tämä on testi, jossa yhdistyvät lamppu-ilmaisinjärjestelmän jatkuva pyörimisliike ja pöydän liike testipinnan yli (8). Tärkeä etu spiraalitomografiassa on tutkimusajan lyhentäminen (sillä voit saada kuvan useista kymmenistä kerroksista yhdellä usean sekunnin mittaisella skannauksella), lukemien kerääminen koko tilavuudesta, mukaan lukien elimen kerrokset, olivat skannausten välissä perinteisellä CT:llä, sekä skannauksen optimaalinen muunnos uuden ohjelmiston ansiosta. Uuden menetelmän edelläkävijä oli Siemensin tutkimus- ja kehitysjohtaja Dr. Willy A. Kalender. Muut valmistajat seurasivat pian Siemensin jalanjälkiä.

8. Spiraalitietokonetomografian kaavio

1993 Kehitä echoplanar imaging (EPI) -tekniikka, jonka avulla MRI-järjestelmät voivat havaita akuutin aivohalvauksen varhaisessa vaiheessa. EPI tarjoaa myös toiminnallista kuvantamista esimerkiksi aivojen toiminnasta, jolloin kliinikot voivat tutkia aivojen eri osien toimintaa.

1998 Ns. multimodaaliset PET-tutkimukset yhdessä tietokonetomografian kanssa. Tämän teki tohtori David W. Townsend Pittsburghin yliopistosta yhdessä Ron Nuttin, PET-järjestelmien asiantuntijan, kanssa. Tämä on avannut suuria mahdollisuuksia syöpäpotilaiden metaboliselle ja anatomiselle kuvantamiselle. Ensimmäinen PET/CT-skannerin prototyyppi, jonka suunnitteli ja rakensi CTI PET Systems Knoxvillessä, Tennesseessä, otettiin käyttöön vuonna 1998.

2018 MARS Bioimaging esittelee color i -tekniikan XNUMXD lääketieteellistä kuvantamista (9), joka tarjoaa kehon sisäpuolelta otettujen mustavalkovalokuvien sijaan lääketieteessä täysin uuden laadun - värikuvia.

Uuden tyyppisessä skannerissa käytetään Medipix-tekniikkaa, joka kehitettiin ensin Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) tutkijoille hiukkasten seuraamiseen suuressa hadronitörmäyttimessä tietokonealgoritmeilla. Sen sijaan, että se tallentaisi röntgensäteitä, kun ne kulkevat kudosten läpi ja kuinka ne imeytyvät, skanneri määrittää röntgensäteiden tarkan energiatason niiden osuessa kehon eri osiin. Sitten se muuntaa tulokset eri väreiksi vastaamaan luita, lihaksia ja muita kudoksia.

9. Värillinen ranteen osa, valmistettu MARS Bioimaging -teknologialla.

Lääketieteellisen kuvantamisen luokitus

1. röntgen (röntgen) tämä on kehon röntgenkuva, jossa röntgensäteet projisoidaan kalvolle tai ilmaisimelle. Pehmytkudokset visualisoidaan varjoaineinjektion jälkeen. Pääasiassa luuston diagnosoinnissa käytettävälle menetelmälle on ominaista alhainen tarkkuus ja pieni kontrasti. Lisäksi säteilyllä on negatiivinen vaikutus - 99 % annoksesta imeytyy testiorganismiin.

2. tomografia (Kreikka - poikkileikkaus) - diagnostisten menetelmien yhteisnimi, joka koostuu kuvan saamisesta kehon tai sen osan poikkileikkauksesta. Tomografiset menetelmät on jaettu useisiin ryhmiin:

• UZI (UZI) on ei-invasiivinen menetelmä, joka käyttää äänen aaltoilmiöitä eri välineiden rajoilla. Se käyttää ultraääni (2-5 MHz) ja pietsosähköisiä muuntimia. Kuva liikkuu reaaliajassa;
• tietokonetomografia (CT) käyttää tietokoneohjattuja röntgensäteitä luodakseen kuvia kehosta. Röntgensäteiden käyttö tuo CT:tä lähemmäksi röntgensäteitä, mutta röntgenkuvat ja tietokonetomografia antavat erilaista tietoa. On totta, että kokenut radiologi voi päätellä esimerkiksi kasvaimen kolmiulotteisen sijainnin myös röntgenkuvasta, mutta röntgensäteet, toisin kuin TT-skannaukset, ovat luonnostaan ​​kaksiulotteisia;
• magneettikuvaus (MRI) - Tämäntyyppinen tomografia käyttää radioaaltoja tutkiakseen potilaita, jotka on sijoitettu vahvaan magneettikenttään. Tuloksena oleva kuva perustuu tutkittavien kudosten lähettämiin radioaalloille, jotka tuottavat enemmän tai vähemmän voimakkaita signaaleja kemiallisesta ympäristöstä riippuen. Potilaan ruumiinkuva voidaan tallentaa tietokonetietona. MRI, kuten CT, tuottaa XNUMXD- ja XNUMXD-kuvia, mutta on joskus paljon herkempi menetelmä, erityisesti pehmytkudosten erottamiseen;
• positroniemissiotomografia (PET) - tietokonekuvien rekisteröinti kudoksissa tapahtuvista sokeriaineenvaihdunnan muutoksista. Potilaalle ruiskutetaan ainetta, joka on sokerin ja isotooppisesti leimatun sokerin yhdistelmä. Jälkimmäinen mahdollistaa syövän paikantamisen, koska syöpäsolut ottavat sokerimolekyylejä tehokkaammin kuin muut kehon kudokset. Radioaktiivisesti leimatun sokerin nauttimisen jälkeen potilas makaa n.
• 60 minuuttia, kun merkitty sokeri kiertää hänen kehossaan. Jos elimistössä on kasvain, sokerin on kerryttävä siihen tehokkaasti. Sitten pöydälle asetettu potilas viedään vähitellen PET-skanneriin - 6-7 kertaa 45-60 minuutin sisällä. PET-skanneria käytetään sokerin jakautumisen määrittämiseen kehon kudoksissa. CT- ja PET-analyysin ansiosta mahdollista kasvainta voidaan kuvata paremmin. Radiologi analysoi tietokoneella käsitellyn kuvan. PET voi havaita poikkeavuuksia, vaikka muut menetelmät osoittaisivat kudoksen normaalin luonteen. Se mahdollistaa myös syövän uusiutumisen diagnosoinnin ja hoidon tehokkuuden määrittämisen - kasvaimen kutistuessa sen solut metaboloivat yhä vähemmän sokeria;
• Yksifotoniemissiotomografia (SPECT) – tomografiatekniikka isotooppilääketieteen alalla. Gammasäteilyn avulla voit luoda spatiaalisen kuvan potilaan kehon minkä tahansa osan biologisesta aktiivisuudesta. Tämän menetelmän avulla voit visualisoida verenkierron ja aineenvaihdunnan tietyllä alueella. Se käyttää radiofarmaseuttisia aineita. Ne ovat kemiallisia yhdisteitä, jotka koostuvat kahdesta alkuaineesta - merkkiaineesta, joka on radioaktiivinen isotooppi, ja kantajasta, joka voi kerrostua kudoksiin ja elimiin ja voittaa veri-aivoesteen. Kantaja-aineilla on usein ominaisuus sitoutua selektiivisesti kasvainsolujen vasta-aineisiin. Ne asettuvat aineenvaihduntaan verrannollisina määrinä; 
• optinen koherenssitomografia (OCT) - uusi menetelmä, joka on samanlainen kuin ultraääni, mutta potilasta tutkitaan valonsäteellä (interferometri). Käytetään silmätutkimuksissa ihotauti- ja hammaslääketieteessä. Takaisinsironnut valo osoittaa valonsäteen reitillä olevien paikkojen sijainnin, joissa taitekerroin muuttuu.

3. Scintigrafia - saamme tänne kuvan elimistä ja ennen kaikkea niiden toiminnasta käyttämällä pieniä annoksia radioaktiivisia isotooppeja (radiofarmaseuttisia aineita). Tämä tekniikka perustuu tiettyjen lääkkeiden käyttäytymiseen kehossa. Ne toimivat käytetyn isotoopin väliaineena. Leimattu lääkeaine kerääntyy tutkittavaan elimeen. Radioisotooppi lähettää ionisoivaa säteilyä (useimmiten gammasäteilyä), joka tunkeutuu kehon ulkopuolelle, jossa ns. gammakamera tallennetaan.