medicinsk billeddannelse

I 1896 opdagede Wilhelm Roentgen røntgenstråler, og i 1900 den første røntgen af ​​thorax. Så kommer røntgenrøret. Og hvordan det ser ud i dag. Det finder du ud af i artiklen nedenfor.

1806 Philippe Bozzini udvikler endoskopet i Mainz og udgiver i anledningen "Der Lichtleiter" - en lærebog om studiet af fordybningerne i den menneskelige krop. Den første til at bruge denne enhed i en vellykket operation var franskmanden Antonin Jean Desormeaux. Før opfindelsen af ​​elektricitet blev eksterne lyskilder brugt til at undersøge blæren, livmoderen og tyktarmen samt næsehulerne.

1. Det første røntgenbillede - Røntgens kones hånd

1896 Wilhelm Roentgen opdager røntgenstråler og deres evne til at trænge igennem faste stoffer. De første specialister, som han viste sine "røntgenogrammer", var ikke læger, men Røntgens kolleger - fysikere (1). Det kliniske potentiale ved denne opfindelse blev erkendt et par uger senere, da et røntgenbillede af et glasskår i fingeren på et fire-årigt barn blev offentliggjort i et medicinsk tidsskrift. I løbet af de næste par år spredte kommercialiseringen og masseproduktionen af ​​røntgenrør den nye teknologi rundt i verden.

1900 Første røntgenbillede af thorax. Den udbredte brug af røntgen af ​​thorax gjorde det muligt at opdage tuberkulose på et tidligt tidspunkt, hvilket på det tidspunkt var en af ​​de mest almindelige dødsårsager.

1906-1912 De første forsøg på at bruge kontrastmidler til bedre undersøgelse af organer og kar.

1913 Et rigtigt røntgenrør, kaldet et varmt katode-vakuumrør, dukker op, som bruger en effektiv kontrolleret elektronkilde på grund af fænomenet termisk emission. Han åbnede en ny æra inden for medicinsk og industriel radiologisk praksis. Dens skaber var den amerikanske opfinder William D. Coolidge (2), populært kendt som "røntgenrørets fader." Sammen med det bevægelige gitter skabt af Chicago-radiologen Hollis Potter gjorde Coolidge-lampen radiografi til et uvurderligt værktøj for læger under Første Verdenskrig.

1916 Ikke alle røntgenbilleder var nemme at læse - nogle gange skjulte væv eller genstande det, der blev undersøgt. Derfor udviklede den franske hudlæge André Bocage en metode til at udsende røntgenstråler fra forskellige vinkler, som eliminerede sådanne vanskeligheder. Hans .

1919 Pneumoencefalografi vises, som er en invasiv diagnostisk procedure af centralnervesystemet. Det bestod i at erstatte en del af cerebrospinalvæsken med luft, ilt eller helium, indført gennem en punktering i rygmarvskanalen og foretage en røntgenundersøgelse af hovedet. Gasserne stod godt i kontrast til hjernens ventrikulære system, hvilket gjorde det muligt at få et billede af ventriklerne. Metoden var meget brugt i midten af ​​det 80. århundrede, men blev næsten helt opgivet i XNUMX'erne, da undersøgelsen var yderst smertefuld for patienten og var forbundet med en alvorlig risiko for komplikationer.

30'erne og 40'erne Inden for fysisk medicin og rehabilitering er energien fra ultralydsbølger begyndt at blive meget brugt. Russiske Sergey Sokolov eksperimenterer med brugen af ​​ultralyd for at finde metalfejl. I 1939 bruger han en frekvens på 3 GHz, hvilket dog ikke giver en tilfredsstillende billedopløsning. I 1940 præsenterede Heinrich Gohr og Thomas Wedekind fra Medical University of Cologne, Tyskland, i deres artikel "Der Ultraschall in der Medizin" muligheden for ultralydsdiagnostik baseret på ekko-refleksteknikker svarende til dem, der bruges til påvisning af metalfejl. .

Forfatterne antog, at denne metode ville tillade påvisning af tumorer, ekssudater eller bylder. De kunne dog ikke offentliggøre overbevisende resultater af deres eksperimenter. Også kendt er de medicinske ultralydsforsøg af østrigeren Karl T. Dussik, en neurolog fra universitetet i Wien i Østrig, startet i slutningen af ​​30'erne.

1937 Den polske matematiker Stefan Kaczmarz formulerer i sit arbejde "Technique of Algebraic Reconstruction" det teoretiske grundlag for metoden for algebraisk rekonstruktion, som derefter blev anvendt i computertomografi og digital signalbehandling.

40. Indførelsen af ​​et tomografisk billede ved hjælp af et røntgenrør roteret rundt om patientens krop eller individuelle organer. Dette gjorde det muligt at se detaljerne i anatomien og patologiske ændringer i sektionerne.

1946 Amerikanske fysikere Edward Purcell og Felix Bloch opfandt uafhængigt nuklear magnetisk resonans NMR (3). De blev tildelt Nobelprisen i fysik for "udviklingen af ​​nye metoder til præcis måling og relaterede opdagelser inden for kernemagnetisme."

3. Sæt med NMR-udstyr

1950 stiger retlineær scanner, udarbejdet af Benedict Cassin. Enheden i denne version blev brugt indtil begyndelsen af ​​70'erne med forskellige radioaktive isotop-baserede lægemidler til at afbilde organer i hele kroppen.

1953 Gordon Brownell fra Massachusetts Institute of Technology skaber en enhed, der er forløberen for det moderne PET-kamera. Med hendes hjælp lykkes det ham sammen med neurokirurg William H. Sweet at diagnosticere hjernetumorer.

1955 Der udvikles dynamiske røntgenbilledforstærkere, der gør det muligt at få røntgenbilleder af levende billeder af væv og organer. Disse røntgenbilleder har givet ny information om kropsfunktioner som det bankende hjerte og kredsløbssystemet.

1955-1958 Den skotske læge Ian Donald begynder i vid udstrækning at bruge ultralydstests til medicinsk diagnose. Han er gynækolog. Hans artikel "Investigation of Abdominal Masses with Pulsed Ultrasound", offentliggjort den 7. juni 1958 i det medicinske tidsskrift The Lancet, definerede brugen af ​​ultralydsteknologi og lagde grundlaget for prænatal diagnose (4).

1957 Det første fiberoptiske endoskop er udviklet - gastroenterolog Basili Hirshowitz og hans kolleger fra University of Michigan patenterer en fiberoptik, semi-fleksibelt gastroskop.

1958 Hal Oscar Anger præsenterer på det årlige møde i American Society for Nuclear Medicine et scintillationskammer, der giver mulighed for dynamisk billeddannelse af menneskelige organer. Enheden kommer på markedet efter et årti.

1963 Friskpræget Dr. David Kuhl præsenterer sammen med sin ven, ingeniør Roy Edwards verden det første fælles arbejde, resultatet af flere års forberedelse: verdens første apparat til den såkaldte. emissionstomografisom de kalder Mark II. I de efterfølgende år blev mere præcise teorier og matematiske modeller udviklet, talrige undersøgelser blev udført, og flere og mere avancerede maskiner blev bygget. Endelig, i 1976, skaber John Keyes den første SPECT-maskine - enkeltfotonemissionstomografi - baseret på erfaringen fra Cool og Edwards.

1967-1971 Ved hjælp af Stefan Kaczmarz' algebraiske metode skaber den engelske elektroingeniør Godfrey Hounsfield det teoretiske grundlag for computertomografi. I de følgende år konstruerer han den første fungerende EMI CT-scanner (5), hvorpå den første undersøgelse af en person i 1971 udføres på Atkinson Morley Hospital i Wimbledon. Enheden blev sat i produktion i 1973. I 1979 blev Hounsfield sammen med den amerikanske fysiker Allan M. Cormack tildelt Nobelprisen for deres bidrag til udviklingen af ​​computertomografi.

5. EMI Scanner

1973 Den amerikanske kemiker Paul Lauterbur (6) opdagede, at man ved at indføre gradienter af et magnetfelt, der passerer gennem et givent stof, kan analysere og finde ud af sammensætningen af ​​dette stof. Forskeren bruger denne teknik til at skabe et billede, der skelner mellem normalt og tungt vand. Baseret på sit arbejde bygger den engelske fysiker Peter Mansfield sin egen teori og viser, hvordan man laver et hurtigt og præcist billede af den indre struktur.

Resultatet af begge videnskabsmænds arbejde var en ikke-invasiv lægeundersøgelse, kendt som magnetisk resonansbilleddannelse eller MR. I 1977 blev MR-maskinen, udviklet af de amerikanske læger Raymond Damadian, Larry Minkoff og Michael Goldsmith, første gang brugt til at undersøge en person. Lauterbur og Mansfield blev i fællesskab tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2003.

1974 Amerikanske Michael Phelps er ved at udvikle et Positron Emission Tomography (PET) kamera. Den første kommercielle PET-scanner blev skabt takket være arbejdet fra Phelps og Michel Ter-Pogosian, som ledede udviklingen af ​​systemet hos EG&G ORTEC. Scanneren blev installeret ved UCLA i 1974. Fordi kræftceller omsætter glucose ti gange hurtigere end normale celler, opstår ondartede tumorer som lyse pletter på en PET-scanning (7).

1976 Kirurg Andreas Grünzig præsenterer koronar angioplastik på universitetshospitalet Zürich, Schweiz. Denne metode bruger fluoroskopi til behandling af blodkarstenose.

1978 stiger digital radiografi. For første gang konverteres et billede fra et røntgenanlæg til en digital fil, som derefter kan behandles til en klarere diagnose og lagres digitalt til fremtidig forskning og analyse.

80. Douglas Boyd introducerer metoden til elektronstråletomografi. EBT-scannere brugte en magnetisk styret elektronstråle til at skabe en ring af røntgenstråler.

1984 Den første 3D-billeddannelse ved hjælp af digitale computere og CT- eller MR-data vises, hvilket resulterer i XNUMXD-billeder af knogler og organer.

1989 Spiral computertomografi (spiral CT) kommer i brug. Dette er en test, der kombinerer en kontinuerlig rotationsbevægelse af lampedetektorsystemet og bevægelse af bordet over testoverfladen (8). En vigtig fordel ved spiraltomografi er reduktionen af ​​undersøgelsestiden (det gør det muligt at få et billede af flere dusin lag i en scanning, der varer flere sekunder), indsamlingen af ​​aflæsninger fra hele volumen, inklusive organets lag, som var mellem scanninger med traditionel CT, samt den optimale transformation af scanningen takket være ny software . Pioneren bag den nye metode var Siemens direktør for forskning og udvikling Dr. Willy A. Kalender. Andre producenter fulgte snart i Siemens fodspor.

8. Skema for spiralcomputertomografi

1993 Udvikl en echoplanar imaging (EPI) teknik, der vil gøre det muligt for MR-systemer at opdage akut slagtilfælde på et tidligt tidspunkt. EPI giver også funktionel billeddannelse af for eksempel hjerneaktivitet, hvilket giver klinikere mulighed for at studere funktionen af ​​forskellige dele af hjernen.

1998 De såkaldte multimodale PET-undersøgelser sammen med computertomografi. Dette blev gjort af Dr. David W. Townsend fra University of Pittsburgh sammen med Ron Nutt, en PET-systemspecialist. Dette har åbnet store muligheder for metabolisk og anatomisk billeddannelse af kræftpatienter. Den første prototype PET/CT-scanner, designet og bygget af CTI PET Systems i Knoxville, Tennessee, gik live i 1998.

2018 MARS Bioimaging introducerer farve i-teknikken XNUMXD medicinsk billeddannelse (9), som i stedet for sort/hvide fotografier af kroppens indre byder på en helt ny kvalitet inden for medicin – farvebilleder.

Den nye type scanner bruger Medipix-teknologi, som først blev udviklet til forskere ved den europæiske organisation for nuklear forskning (CERN) til at spore partikler ved Large Hadron Collider ved hjælp af computeralgoritmer. I stedet for at registrere røntgenstråler, når de passerer gennem væv, og hvordan de absorberes, bestemmer scanneren det nøjagtige energiniveau for røntgenstråler, når de rammer forskellige dele af kroppen. Det konverterer derefter resultaterne til forskellige farver, så de matcher knogler, muskler og andet væv.

9. Farvet sektion af håndleddet, lavet ved hjælp af MARS Bioimaging teknologi.

Klassificering af medicinsk billeddannelse

1. Røntgen (røntgen) dette er et røntgenbillede af kroppen med projektion af røntgenstråler på en film eller detektor. Blødt væv visualiseres efter kontrastinjektion. Metoden, som hovedsageligt anvendes til diagnosticering af skeletsystemet, er kendetegnet ved lav nøjagtighed og lav kontrast. Derudover har stråling en negativ effekt - 99% af dosis absorberes af testorganismen.

2. tomografi (græsk - tværsnit) - det fælles navn på diagnostiske metoder, som består i at få et billede af et tværsnit af en krop eller en del af den. Tomografiske metoder er opdelt i flere grupper:

• Ultralyd (ultralyd) er en ikke-invasiv metode, der bruger lydens bølgefænomener på grænserne af forskellige medier. Den bruger ultralyds (2-5 MHz) og piezoelektriske transducere. Billedet bevæger sig i realtid;
• computertomografi (CT) bruger computerstyret røntgen til at skabe billeder af kroppen. Brugen af ​​røntgenstråler bringer CT tættere på røntgenstråler, men røntgenstråler og computertomografi giver forskellige oplysninger. Det er rigtigt, at en erfaren radiolog også kan udlede den tredimensionelle placering af for eksempel en tumor ud fra et røntgenbillede, men røntgenstråler er i modsætning til CT-skanninger i sagens natur todimensionelle;
• magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) - denne type tomografi bruger radiobølger til at undersøge patienter placeret i et stærkt magnetfelt. Det resulterende billede er baseret på radiobølger udsendt af det undersøgte væv, som genererer mere eller mindre intense signaler afhængigt af det kemiske miljø. Patientens kropsbillede kan gemmes som computerdata. MRI, ligesom CT, producerer XNUMXD og XNUMXD billeder, men er nogle gange en meget mere følsom metode, især til at skelne mellem blødt væv;
• positronemissionstomografi (PET) - registrering af computerbilleder af ændringer i sukkerstofskiftet i væv. Patienten injiceres med et stof, der er en kombination af sukker og isotopmærket sukker. Sidstnævnte gør det muligt at lokalisere kræften, da kræftceller optager sukkermolekyler mere effektivt end andre væv i kroppen. Efter indtagelse af radioaktivt mærket sukker ligger patienten ned i ca.
• 60 minutter, mens det markerede sukker cirkulerer i hans krop. Hvis der er en tumor i kroppen, skal sukker effektivt akkumuleres i den. Derefter introduceres patienten, lagt på bordet, gradvist ind i PET-scanneren - 6-7 gange inden for 45-60 minutter. PET-scanneren bruges til at bestemme fordelingen af ​​sukker i kropsvæv. Takket være analysen af ​​CT og PET kan en mulig neoplasma bedre beskrives. Det computerbehandlede billede analyseres af en radiolog. PET kan opdage abnormiteter, selv når andre metoder indikerer vævets normale natur. Det gør det også muligt at diagnosticere kræfttilbagefald og bestemme effektiviteten af ​​behandlingen - efterhånden som tumoren skrumper, metaboliserer dens celler mindre og mindre sukker;
• Enkeltfotonemissionstomografi (SPECT) – tomografisk teknik inden for nuklearmedicin. Ved hjælp af gammastråling giver det dig mulighed for at skabe et rumligt billede af den biologiske aktivitet af enhver del af patientens krop. Denne metode giver dig mulighed for at visualisere blodgennemstrømningen og stofskiftet i et givet område. Det bruger radiofarmaka. De er kemiske forbindelser, der består af to grundstoffer - et sporstof, som er en radioaktiv isotop, og en bærer, der kan aflejres i væv og organer og overvinde blod-hjerne-barrieren. Bærere har ofte den egenskab, at de selektivt binder til tumorcelleantistoffer. De sætter sig i mængder, der er proportionale med stofskiftet; 
• optisk kohærenstomografi (OCT) - en ny metode, der ligner ultralyd, men patienten sonderes med en lysstråle (interferometer). Anvendes til øjenundersøgelser i dermatologi og tandpleje. Tilbagespredt lys angiver placeringen af ​​steder langs lysstrålens bane, hvor brydningsindekset ændres.

3. Scintigrafi - vi får her et billede af organer, og frem for alt deres aktivitet, ved hjælp af små doser af radioaktive isotoper (radiofarmaceutika). Denne teknik er baseret på adfærden af ​​visse lægemidler i kroppen. De fungerer som et vehikel for den anvendte isotop. Det mærkede lægemiddel akkumuleres i det undersøgte organ. Radioisotopen udsender ioniserende stråling (oftest gammastråling), der trænger uden for kroppen, hvor det såkaldte gammakamera optages.