Lekárske zobrazovanie

Wilhelm Roentgen objavil röntgenové lúče v roku 1896 a prvé röntgenové vyšetrenie hrudníka v roku 1900. Potom sa objaví röntgenová trubica. A ako to vyzerá dnes. Dozviete sa v článku nižšie.

1806 Philippe Bozzini vyvíja endoskop v Mainzi, pričom pri príležitosti publikuje „Der Lichtleiter“, učebnicu o štúdiu hĺbok ľudského tela. Prvý, kto použil toto zariadenie v úspešnej operácii, bol Francúz Antonin Jean Desormeaux. Pred vynálezom elektriny sa vonkajšie zdroje svetla používali na vyšetrenie močového mechúra, maternice a hrubého čreva, ako aj nosových dutín.

1. Prvý röntgen – ruka Roentgenovej manželky

1896 Wilhelm Roentgen objavuje röntgenové lúče a ich schopnosť prenikať do pevných látok. Prvými odborníkmi, ktorým ukázal svoje „röntgenogramy“, neboli lekári, ale Roentgenovi kolegovia – fyzici (1). Klinický potenciál tohto vynálezu bol rozpoznaný o niekoľko týždňov neskôr, keď bol v lekárskom časopise publikovaný röntgenový snímok skleneného úlomku na prste štvorročného dieťaťa. V priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov komercializácia a hromadná výroba röntgenových trubíc rozšírili novú technológiu do celého sveta.

1900 Prvý röntgen hrudníka. Široké používanie rádiografie hrudníka umožnilo odhaliť tuberkulózu v ranom štádiu, ktorá bola v tom čase jednou z najčastejších príčin smrti.

1906-1912 Prvé pokusy použiť kontrastné látky na lepšie vyšetrenie orgánov a ciev.

1913 Vzniká skutočná röntgenová trubica nazývaná vákuová trubica s horúcou katódou, ktorá využíva účinný riadený zdroj elektrónov prostredníctvom fenoménu termionickej emisie. Zahájil novú éru v lekárskej a priemyselnej rádiologickej praxi. Jeho tvorcom bol americký vynálezca William D. Coolidge (2), známy ako „otec röntgenovej trubice“. Spolu s pohyblivou mriežkou, ktorú vytvoril chicagský rádiológ Hollis Potter, Coolidgeova lampa urobila z rádiografie neoceniteľný nástroj pre lekárov počas prvej svetovej vojny.

1916 Nie všetky röntgenové snímky boli ľahko čitateľné – niekedy tkanivo alebo predmety zakryli to, čo sa skúmalo. A tak francúzsky dermatológ Andre Bocage vyvinul metódu vyžarovania röntgenových lúčov pod rôznymi uhlami, ktorá takéto ťažkosti odstránila. Jeho .

1919 Objavuje sa pneumoencefalografia, čo je invazívny diagnostický postup centrálneho nervového systému. Pozostávalo z nahradenia časti mozgovomiechového moku vzduchom, kyslíkom alebo héliom, zavedeného punkciou do miechového kanála, a zhotovením röntgenového snímku hlavy. Plyny dobre kontrastovali s komorovým systémom mozgu, čo umožnilo získať snímky komôr. Metóda bola široko používaná v polovici dvadsiateho storočia, ale takmer úplne sa od nej upustilo v 80. rokoch, pretože vyšetrenie bolo pre pacienta mimoriadne bolestivé a predstavovalo vážne riziko komplikácií.

30. a 40. roky Energia ultrazvukových vĺn sa začína hojne využívať vo fyzikálnej medicíne a rehabilitácii. Rus Sergej Sokolov experimentuje s použitím ultrazvuku na nájdenie defektov kovov. V roku 1939 používa frekvenciu 3 GHz, ktorá však neposkytuje uspokojivé rozlíšenie obrazu. V roku 1940 Heinrich Gore a Thomas Wedekind z Lekárskej univerzity v Kolíne nad Rýnom v Nemecku predstavili vo svojom článku „Der Ultraschall in der Medizin“ možnosť ultrazvukovej diagnostiky založenej na technikách echo-reflexu podobných tým, ktoré sa používajú pri zisťovaní defektov v kovoch. .

Autori predpokladali, že táto metóda umožní detekciu nádorov, exsudátov alebo abscesov. Presvedčivé výsledky svojich experimentov však zverejniť nedokázali. Známe sú aj ultrazvukové lekárske experimenty Rakúšana Karla T. Dussicka, neurológa z Viedenskej univerzity v Rakúsku, ktoré sa začali koncom 30. rokov.

1937 Poľský matematik Stefan Kaczmarz formuluje vo svojom diele „Technika algebraickej rekonštrukcie“ teoretické základy metódy algebraickej rekonštrukcie, ktorá sa potom používala v počítačovej tomografii a digitálnom spracovaní signálov.

40. roky XNUMX. storočia. Zavedenie tomografického obrazu pomocou röntgenovej trubice otáčajúcej sa okolo tela pacienta alebo jednotlivých orgánov. To nám umožnilo vidieť anatomické detaily a patologické zmeny v rezoch.

1946 Americkí fyzici Edward Purcell a Felix Bloch nezávisle od seba vynašli nukleárnu magnetickú rezonanciu NMR (3). Dostali Nobelovu cenu za fyziku za „vývoj nových metód presného merania a súvisiace objavy v oblasti jadrového magnetizmu“.

3. Súprava NMR zariadenia

1950 stúpa lineárny skener, ktorú zostavil Benedict Cassin. Táto verzia zariadenia sa používala až do začiatku 70. rokov s rôznymi liečivami na báze rádioaktívnych izotopov na zobrazenie orgánov v celom tele.

1953 Gordon Brownell z Massachusettského technologického inštitútu vytvára zariadenie, ktoré je predchodcom modernej PET kamery. S jeho pomocou sa mu spolu s neurochirurgom Williamom H. Sweetom darí diagnostikovať mozgové nádory.

1955 Dynamické röntgenové zosilňovače obrazu sa vyvíjajú na vytváranie röntgenových obrazov pohyblivých obrazov tkanív a orgánov. Tieto röntgenové snímky poskytli nové informácie o telesných funkciách, ako je tlkot srdca a systém krvných ciev.

1955-1958 Škótsky lekár Ian Donald začína vo veľkej miere využívať ultrazvukové testy na lekársku diagnostiku. Venuje sa gynekológii. Jeho článok „Investigation of Abdominal Masses by Pulsed Ultrasound“, publikovaný 7. júna 1958 v lekárskom časopise Lancet, definoval použitie ultrazvukovej technológie a položil základy prenatálnej diagnostiky (4).

1957 Bol vyvinutý prvý endoskop s optickými vláknami – gastroenterológ Basili Hirschowitz a jeho kolegovia z University of Michigan si patentovali optický systém, poloflexibilný gastroskop.

1958 Hal Oscar Anger predstavuje na výročnom stretnutí Americkej spoločnosti nukleárnej medicíny scintilačnú komoru, ktorá umožňuje dynamiku vizualizácia ľudských orgánov. Zariadenie prichádza na trh o desaťročie neskôr.

1963 Novovyrazený lekár David Kuhl spolu so svojím priateľom, inžinierom Royom Edwardsom, predstavujú svetu svoje prvé spoločné dielo, výsledok niekoľkoročnej prípravy: prvý prístroj na svete pre tzv. emisná tomografiaktorému dávajú meno Marek II. V nasledujúcich rokoch sa vyvíjajú presnejšie teórie a matematické modely, vykonávajú sa početné štúdie a stavajú sa stále pokročilejšie stroje. Nakoniec v roku 1976 John Keyes vytvoril prvý SPECT stroj – jednofotónovú emisnú tomografiu – na základe skúseností Coolea a Edwardsa.

1967-1971 Anglický elektroinžinier Godfrey Hounsfield pomocou algebraickej metódy Stefana Kaczmarza vytvára teoretické základy počítačovej tomografie. V nasledujúcich rokoch zostrojil prvý funkčný CT skener EMI (5), ktorý vykonal prvé vyšetrenie človeka v roku 1971 v Atkinson Morley Hospital vo Wimbledone. Zariadenie sa začalo vyrábať v roku 1973. V roku 1979 bola Hounsfieldovi spolu s americkým fyzikom Allanom M. Cormackom udelená Nobelova cena za prínos k rozvoju počítačovej tomografie.

5. Skener elektromagnetického rušenia

1973 Americký chemik Paul Lauterbur (6) zistil, že zavedením gradientov magnetického poľa prechádzajúceho danou látkou je možné analyzovať a určiť zloženie tejto látky. Vedec používa túto techniku ​​na vytvorenie obrazu, ktorý rozlišuje medzi normálnou a ťažkou vodou. Anglický fyzik Peter Mansfield na základe svojej práce buduje vlastnú teóriu a ukazuje, ako rýchlo a presne zobraziť vnútornú štruktúru.

Výsledkom práce oboch vedcov bol neinvazívny lekársky test známy ako magnetická rezonancia alebo MRI. V roku 1977 bol prístroj MRI, ktorý vyvinuli americkí lekári Raymond Damadian, Larry Minkoff a Michael Goldsmith, prvýkrát použitý na štúdium človeka. Lauterburovi a Mansfieldovi bola v roku 2003 spoločne udelená Nobelova cena za fyziológiu a medicínu.

1974 Američan Michael Phelps vyvíja kameru pre pozitrónovú emisnú tomografiu (PET). Prvý komerčný PET skener vznikol vďaka práci Phelpsa a Michela Ter-Poghossiana, ktorí viedli vytvorenie systému spoločnosťou EG&G ORTEC. Skener bol nainštalovaný na UCLA v roku 1974. Pretože rakovinové bunky metabolizujú glukózu desaťkrát rýchlejšie ako normálne bunky, zhubné nádory sa na PET skenoch javia ako svetlé body (7).

1976 Chirurg Andreas Grünzig predstavuje koronárnu angioplastiku v Univerzitnej nemocnici v Zürichu vo Švajčiarsku. Táto metóda využíva fluoroskopiu na liečbu stenózy krvných ciev.

1978 stúpa digitálna rádiografia. Prvýkrát sa obraz z röntgenového systému prevedie na digitálny súbor, ktorý sa potom môže spracovať na jasnejšiu diagnózu a digitálne uložiť pre budúci výskum a analýzu.

80. roky XNUMX. storočia. Douglas Boyd predstavuje techniku ​​tomografie s elektrónovým lúčom. Takéto tomografické (EBT) skenery používali magneticky poháňaný lúč elektrónov na vytvorenie kruhu röntgenových lúčov.

1984 Zavádza sa prvé spracovanie 3D obrazu pomocou digitálnych počítačov a údajov CT alebo MRI na vytvorenie XNUMXD obrazov kostí a orgánov.

1989 Začína sa používať špirálová počítačová tomografia (špirála CT). Ide o test pozostávajúci z kombinácie nepretržitého rotačného pohybu systému lampy a detektora a pohybu stola po testovacom povrchu (8). Nezanedbateľnou výhodou špirálovej tomografie je skrátenie doby vyšetrenia (umožňuje získať snímky niekoľkých desiatok vrstiev pri jednom skenovaní v trvaní niekoľkých sekúnd), zber nameraných hodnôt z celého objemu vrátane orgánových vrstiev, ktoré boli medzi skenmi klasickým CT, atď. ako aj optimálnu konverziu skenovania vďaka novému softvéru. Priekopníkom novej metódy bol riaditeľ výskumu a vývoja spoločnosti Siemens Dr. Willi A. Kalender. Čoskoro nasledovali kroky Siemensu aj ďalší výrobcovia.

8. Schéma špirálovej počítačovej tomografie

1993 Vyvinúť techniku ​​echoplanárneho zobrazovania (EPI), ktorá umožní systémom MRI odhaliť akútnu mozgovú príhodu v ranom štádiu. EPI tiež poskytuje funkčné zobrazovanie, ako je mozgová aktivita, čo umožňuje lekárom študovať funkciu rôznych častí mozgu.

1998 Takzvané multimodálne PET štúdie spolu s počítačovou tomografiou. Urobil to Dr. David W. Townsend z University of Pittsburgh spolu s Ronom Nuttom, špecialistom na PET systémy. To otvorilo obrovské možnosti pre metabolické a anatomické zobrazovanie pacientov s rakovinou. Prvý prototyp PET/CT skenera, navrhnutý a vyrobený spoločnosťou CTI PET Systems v Knoxville, Tennessee, začal fungovať v roku 1998.

2018 MARS Bioimaging predstavuje farebnú technológiu 3D lekárske zobrazovanie (9), ktorý namiesto čiernobielych fotografií vnútra tela ponúka v medicíne úplne novú kvalitu - farebné obrázky.

Nový typ skenera využíva technológiu Medipix, ktorá bola prvýkrát vyvinutá pre vedcov v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN) na sledovanie častíc vo veľkom hadrónovom urýchľovači pomocou počítačových algoritmov. Namiesto zaznamenávania röntgenových lúčov, keď prechádzajú tkanivom a ako sú absorbované, skener detekuje presnú energetickú úroveň röntgenových lúčov, keď dopadajú na rôzne časti tela. Potom prevedie výsledky do rôznych farieb, ktoré zodpovedajú kostiam, svalom a iným tkanivám.

9. Farebná časť zápästia vyrobená technológiou MARS Bioimaging.

Klasifikácia lekárskeho zobrazovania

1. Röntgen (röntgen) Ide o röntgenové žiarenie tela premietaním röntgenových lúčov na film alebo detektor. Po podaní kontrastnej látky sa vizualizujú mäkké tkanivá. Metóda, využívaná najmä pri diagnostike kostrového systému, sa vyznačuje nízkou presnosťou a nízkym kontrastom. Žiarenie má navyše negatívny vplyv – 99 % dávky absorbuje testovací organizmus.

2. tomografia (grécky - prierez) - súhrnný názov diagnostických metód, ktoré zahŕňajú získanie obrazu prierezu tela alebo jeho časti. Tomografické metódy sú rozdelené do niekoľkých skupín:

• UZI (UZI) – neinvazívna metóda využívajúca vlnové javy zvuku na hraniciach rôznych médií. Využíva ultrazvukové (2-5 MHz) a piezoelektrické meniče. Obraz sa pohybuje v reálnom čase;
• počítačová tomografia (CT) – používa počítačom riadené röntgenové lúče na vytváranie obrazov tela. Použitie röntgenových lúčov približuje CT k röntgenovému žiareniu, ale röntgenové lúče a CT vyšetrenia poskytujú odlišné informácie. Je pravda, že skúsený rádiológ dokáže z röntgenového obrazu odvodiť aj trojrozmernú polohu napríklad nádoru, ale röntgenové lúče sú na rozdiel od CT vo svojej podstate dvojrozmerné;
• zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) – Tento typ tomografie využíva rádiové vlny na vyšetrenie pacientov umiestnených v silnom magnetickom poli. Výsledný obraz je založený na rádiových vlnách vysielaných skúmanými tkanivami, ktoré generujú viac či menej intenzívne signály v závislosti od chemického prostredia. Obraz tela pacienta môže byť uložený ako počítačové dáta. MRI, podobne ako CT, poskytuje snímky XNUMXD a XNUMXD, ale niekedy je oveľa citlivejšou metódou, najmä na rozlíšenie mäkkých tkanív;
• pozitrónová emisná tomografia (PET) – registrácia počítačových obrazov zmien metabolizmu cukrov prebiehajúcich v tkanivách. Pacientovi sa injekčne podá látka, ktorá je kombináciou cukru a cukru označeného izotopom. Ten umožňuje lokalizovať rakovinu, pretože rakovinové bunky absorbujú molekuly cukru efektívnejšie ako iné telesné tkanivá. Po užití rádioaktívne značeného cukru pacient leží cca.
• 60 minút, kým mu v tele koluje označený cukor. Ak je v tele nádor, cukor sa v ňom musí efektívne hromadiť. Potom sa pacient položený na stole postupne zavádza do PET skenera - 6-7 krát počas 45-60 minút. Na stanovenie distribúcie cukru v telesných tkanivách sa používa PET skener. Vďaka rozboru CT a PET snímok možno prípadný nádor lepšie popísať. Počítačom spracovaný obraz analyzuje rádiológ. PET dokáže odhaliť abnormality, aj keď iné metódy naznačujú normálne tkanivo. Umožňuje tiež diagnostikovať recidívy rakoviny a určiť účinnosť liečby – ako sa nádor zmenšuje, jeho bunky metabolizujú čoraz menej cukru;
• Jednofotónová emisná tomografia (SPECT) – tomografická technológia v oblasti nukleárnej medicíny. Pomocou gama žiarenia je možné vytvoriť priestorový obraz biologickej aktivity ktorejkoľvek časti tela pacienta. Táto metóda umožňuje vizualizovať prietok krvi a metabolizmus v danej oblasti. Používa rádiofarmaká. Sú to chemické zlúčeniny pozostávajúce z dvoch prvkov – stopovača, čo je rádioaktívny izotop, a nosiča, ktorý sa môže ukladať v tkanivách a orgánoch a prekonať hematoencefalickú bariéru. Nosiče majú často tú vlastnosť, že sa selektívne viažu na protilátky nádorových buniek. Usadzujú sa v množstvách úmerných metabolizmu; 
• optická koherentná tomografia (OCT) - nová metóda podobná ultrazvuku, ale pacient je sondovaný pomocou lúča svetla (interferometer). Používa sa na očné vyšetrenie v dermatológii a stomatológii. Spätne rozptýlené svetlo nám hovorí o polohe miest pozdĺž dráhy svetelného lúča, kde sa mení index lomu.

3. Scintigrafia – tu získame obraz orgánov a predovšetkým ich činnosti pomocou malých dávok rádioaktívnych izotopov (rádiofarmák). Táto technika je založená na správaní určitých farmaceutických liečiv v tele. Pôsobia ako dopravný prostriedok pre použitý izotop. Označený liek sa hromadí v skúmanom orgáne. Rádioizotop vyžaruje ionizujúce žiarenie (najčastejšie gama žiarenie), prenikajúce mimo tela, kde ho zaznamená takzvaná gama kamera.