Medisinsk bildediagnostikk

I 1896 oppdaget Wilhelm Roentgen røntgen, og i 1900 den første røntgen av thorax. Så kommer røntgenrøret. Og hvordan det ser ut i dag. Det finner du ut i artikkelen nedenfor.

1806 Philippe Bozzini utvikler endoskopet i Mainz, og publiserer i anledning "Der Lichtleiter" - en lærebok om studiet av fordypningene i menneskekroppen. Den første som brukte denne enheten i en vellykket operasjon var franskmannen Antonin Jean Desormeaux. Før oppfinnelsen av elektrisitet ble eksterne lyskilder brukt til å undersøke blæren, livmoren og tykktarmen, samt nesehulene.

1. Det første røntgenbildet - hånden til Roentgens kone

1896 Wilhelm Roentgen oppdager røntgenstråler og deres evne til å penetrere faste stoffer. De første spesialistene han viste sine «roentgenograms» til var ikke leger, men Roentgens kolleger – fysikere (1). Det kliniske potensialet til denne oppfinnelsen ble anerkjent noen uker senere, da et røntgenbilde av et glasskår i fingeren til et fire år gammelt barn ble publisert i et medisinsk tidsskrift. I løpet av de neste årene spredte kommersialiseringen og masseproduksjonen av røntgenrør den nye teknologien rundt i verden.

1900 Første røntgen av thorax. Den utbredte bruken av røntgen thorax gjorde det mulig å oppdage tuberkulose på et tidlig stadium, som på den tiden var en av de vanligste dødsårsakene.

1906-1912 De første forsøkene på å bruke kontrastmidler for bedre undersøkelse av organer og kar.

1913 Et ekte røntgenrør, kalt et varmt katodevakuumrør, dukker opp, som bruker en effektiv kontrollert elektronkilde på grunn av fenomenet termisk emisjon. Han åpnet en ny æra innen medisinsk og industriell radiologisk praksis. Dens skaper var den amerikanske oppfinneren William D. Coolidge (2), populært kjent som «faren til røntgenrøret». Sammen med et bevegelig rutenett laget av Chicago-radiolog Hollis Potter, gjorde Coolidge-lampen radiografi til et uvurderlig verktøy for leger under første verdenskrig.

1916 Ikke alle røntgenbilder var enkle å lese – noen ganger skjulte vev eller gjenstander det som ble undersøkt. Derfor utviklet den franske hudlegen André Bocage en metode for å sende ut røntgenstråler fra forskjellige vinkler, som eliminerte slike vanskeligheter. Hans .

1919 Pneumoencefalografi vises, som er en invasiv diagnostisk prosedyre av sentralnervesystemet. Det besto i å erstatte en del av cerebrospinalvæsken med luft, oksygen eller helium, introdusert gjennom en punktering i ryggmargskanalen, og utføre en røntgen av hodet. Gassene sto godt i kontrast til ventrikkelsystemet i hjernen, noe som gjorde det mulig å få et bilde av ventriklene. Metoden ble mye brukt på midten av 80-tallet, men ble nesten helt forlatt på XNUMX-tallet, siden undersøkelsen var ekstremt smertefull for pasienten og var forbundet med en alvorlig risiko for komplikasjoner.

30- og 40 -tallet I fysikalsk medisin og rehabilitering begynner energien til ultralydbølger å bli mye brukt. Russiske Sergey Sokolov eksperimenterer med bruk av ultralyd for å finne metallfeil. I 1939 bruker han en frekvens på 3 GHz, som imidlertid ikke gir tilfredsstillende bildeoppløsning. I 1940 presenterte Heinrich Gohr og Thomas Wedekind ved Medical University of Cologne, Tyskland, i sin artikkel "Der Ultraschall in der Medizin" muligheten for ultralyddiagnostikk basert på ekko-refleksteknikker som ligner på de som brukes ved påvisning av metalldefekter. .

Forfatterne antok at denne metoden ville tillate påvisning av svulster, ekssudater eller abscesser. Imidlertid kunne de ikke publisere overbevisende resultater av sine eksperimenter. Også kjent er de medisinske ultralydsforsøkene til østerrikeren Karl T. Dussik, en nevrolog fra Universitetet i Wien i Østerrike, startet på slutten av 30-tallet.

1937 Den polske matematikeren Stefan Kaczmarz formulerer i sitt arbeid "Technique of Algebraic Reconstruction" det teoretiske grunnlaget for metoden for algebraisk rekonstruksjon, som deretter ble brukt i datatomografi og digital signalbehandling.

40-tallet. Innføringen av et tomografisk bilde ved hjelp av et røntgenrør rotert rundt pasientens kropp eller individuelle organer. Dette gjorde det mulig å se detaljene rundt anatomien og patologiske forandringer i seksjonene.

1946 Amerikanske fysikere Edward Purcell og Felix Bloch oppfant uavhengig kjernemagnetisk resonans-NMR (3). De ble tildelt Nobelprisen i fysikk for «utviklingen av nye metoder for nøyaktig måling og relaterte oppdagelser innen kjernemagnetisme».

3. Sett med NMR-utstyr

1950 reiser seg skanner prostoliniowy, satt sammen av Benedict Cassin. Enheten i denne versjonen ble brukt frem til tidlig på 70-tallet med forskjellige radioaktive isotopbaserte legemidler for å avbilde organer i hele kroppen.

1953 Gordon Brownell fra Massachusetts Institute of Technology lager en enhet som er forløperen til det moderne PET-kameraet. Med hennes hjelp klarer han, sammen med nevrokirurg William H. Sweet, å diagnostisere hjernesvulster.

1955 Det utvikles dynamiske røntgenbildeforsterkere som gjør det mulig å få røntgenbilder av bevegelige bilder av vev og organer. Disse røntgenbildene har gitt ny informasjon om kroppsfunksjoner som det bankende hjertet og sirkulasjonssystemet.

1955-1958 Den skotske legen Ian Donald begynner å bruke ultralydprøver mye for medisinsk diagnose. Han er gynekolog. Hans artikkel «Investigation of Abdominal Masses with Pulsed Ultrasound», publisert 7. juni 1958 i det medisinske tidsskriftet The Lancet, definerte bruken av ultralydteknologi og la grunnlaget for prenatal diagnose (4).

1957 Det første fiberoptiske endoskopet er utviklet - gastroenterolog Basili Hirshowitz og hans kolleger fra University of Michigan patenterer en fiberoptikk, semi-fleksibelt gastroskop.

1958 Hal Oscar Anger presenterer på årsmøtet til American Society for Nuclear Medicine et scintillasjonskammer som gir mulighet for dynamisk avbildning av menneskelige organer. Enheten kommer på markedet etter et tiår.

1963 Nypreget Dr. David Kuhl, sammen med sin venn, ingeniør Roy Edwards, presenterer for verden det første felles arbeidet, resultatet av flere års forberedelser: verdens første apparat for den såkalte. emisjonstomografisom de kaller Mark II. I de påfølgende årene ble mer nøyaktige teorier og matematiske modeller utviklet, mange studier ble utført og flere og mer avanserte maskiner ble bygget. Til slutt, i 1976, skaper John Keyes den første SPECT-maskinen - enkeltfoton-emisjonstomografi - basert på erfaringene til Cool og Edwards.

1967-1971 Ved å bruke den algebraiske metoden til Stefan Kaczmarz, skaper den engelske elektroingeniøren Godfrey Hounsfield det teoretiske grunnlaget for datatomografi. I de påfølgende årene konstruerer han den første fungerende EMI CT-skanneren (5), på hvilken den første undersøkelsen av en person i 1971 ble utført ved Atkinson Morley Hospital i Wimbledon. Enheten ble satt i produksjon i 1973. I 1979 ble Hounsfield, sammen med den amerikanske fysikeren Allan M. Cormack, tildelt Nobelprisen for deres bidrag til utviklingen av datatomografi.

5. EMI-skanner

1973 Den amerikanske kjemikeren Paul Lauterbur (6) oppdaget at ved å introdusere gradienter av et magnetfelt som går gjennom et gitt stoff, kan man analysere og finne ut sammensetningen av dette stoffet. Forskeren bruker denne teknikken til å lage et bilde som skiller mellom normalt og tungt vann. Basert på arbeidet hans bygger den engelske fysikeren Peter Mansfield sin egen teori og viser hvordan man kan lage et raskt og nøyaktig bilde av den indre strukturen.

Resultatet av arbeidet til begge forskerne var en ikke-invasiv medisinsk undersøkelse, kjent som magnetisk resonansavbildning eller MR. I 1977 ble MR-maskinen, utviklet av amerikanske leger Raymond Damadian, Larry Minkoff og Michael Goldsmith, først brukt til å undersøke en person. Lauterbur og Mansfield ble i fellesskap tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medisin i 2003.

1974 Amerikanske Michael Phelps utvikler et Positron Emission Tomography (PET) kamera. Den første kommersielle PET-skanneren ble opprettet takket være arbeidet til Phelps og Michel Ter-Poghosyan, som ledet utviklingen av systemet hos EG&G ORTEC. Skanneren ble installert ved UCLA i 1974. Fordi kreftceller metaboliserer glukose ti ganger raskere enn normale celler, vises ondartede svulster som lyse flekker på en PET-skanning (7).

1976 Kirurg Andreas Grünzig presenterer koronar angioplastikk ved Universitetssykehuset Zürich, Sveits. Denne metoden bruker fluoroskopi for å behandle blodkarstenose.

1978 reiser seg digital radiografi. For første gang konverteres et bilde fra et røntgensystem til en digital fil, som deretter kan behandles for en klarere diagnose og lagres digitalt for fremtidig forskning og analyse.

80-tallet. Douglas Boyd introduserer metoden for elektronstråletomografi. EBT-skannere brukte en magnetisk kontrollert stråle av elektroner for å lage en ring av røntgenstråler.

1984 Den første 3D-avbildningen med digitale datamaskiner og CT- eller MR-data vises, noe som resulterer i XNUMXD-bilder av bein og organer.

1989 Spiral computertomografi (spiral CT) kommer i bruk. Dette er en test som kombinerer en kontinuerlig rotasjonsbevegelse av lampedetektorsystemet og bevegelse av bordet over testflaten (8). En viktig fordel med spiraltomografi er reduksjonen av undersøkelsestiden (den lar deg få et bilde av flere dusin lag i en skanning som varer i flere sekunder), samlingen av avlesninger fra hele volumet, inkludert lagene i organet, som var mellom skanninger med tradisjonell CT, samt optimal transformasjon av skanningen takket være ny programvare . Pioneren for den nye metoden var Siemens direktør for forskning og utvikling Dr. Willy A. Kalender. Andre produsenter fulgte snart i fotsporene til Siemens.

8. Opplegg for spiral datatomografi

1993 Utvikle en ekkoplanar imaging (EPI) teknikk som vil tillate MR-systemer å oppdage akutt hjerneslag på et tidlig stadium. EPI gir også funksjonell avbildning av for eksempel hjerneaktivitet, slik at klinikere kan studere funksjonen til ulike deler av hjernen.

1998 De såkalte multimodale PET-undersøkelsene sammen med datatomografi. Dette ble gjort av Dr. David W. Townsend ved University of Pittsburgh, sammen med Ron Nutt, en PET-systemspesialist. Dette har åpnet store muligheter for metabolsk og anatomisk avbildning av kreftpasienter. Den første prototypen PET/CT-skanner, designet og bygget av CTI PET Systems i Knoxville, Tennessee, ble satt i drift i 1998.

2018 MARS Bioimaging introduserer farge i-teknikken XNUMXD medisinsk bildebehandling (9), som, i stedet for svart-hvitt-fotografier av kroppens innside, tilbyr en helt ny kvalitet innen medisin – fargebilder.

Den nye typen skanner bruker Medipix-teknologi, først utviklet for forskere ved European Organization for Nuclear Research (CERN) for å spore partikler ved Large Hadron Collider ved hjelp av dataalgoritmer. I stedet for å registrere røntgenstråler når de passerer gjennom vev og hvordan de absorberes, bestemmer skanneren det nøyaktige energinivået til røntgenstråler når de treffer forskjellige deler av kroppen. Den konverterer deretter resultatene til forskjellige farger for å matche bein, muskler og annet vev.

9. Farget del av håndleddet, laget med MARS Bioimaging-teknologi.

Klassifisering av medisinsk bildediagnostikk

1. Røntgen (røntgen) dette er et røntgenbilde av kroppen med projeksjon av røntgenstråler på en film eller detektor. Bløtvev visualiseres etter kontrastinjeksjon. Metoden, som hovedsakelig brukes ved diagnostisering av skjelettsystemet, er preget av lav nøyaktighet og lav kontrast. I tillegg har stråling en negativ effekt - 99% av dosen absorberes av testorganismen.

2. tomografi (Gresk - tverrsnitt) - samlenavnet på diagnostiske metoder, som består i å få et bilde av et tverrsnitt av en kropp eller en del av den. Tomografiske metoder er delt inn i flere grupper:

• UZI (UZI) er en ikke-invasiv metode som bruker lydens bølgefenomen på grensene til ulike medier. Den bruker ultralyd (2-5 MHz) og piezoelektriske transdusere. Bildet beveger seg i sanntid;
• computertomografi (CT) bruker datastyrt røntgen for å lage bilder av kroppen. Bruk av røntgenbilder bringer CT nærmere røntgen, men røntgen og datatomografi gir ulik informasjon. Det er riktig at en erfaren radiolog også kan utlede den tredimensjonale plasseringen av for eksempel en svulst fra et røntgenbilde, men røntgenstråler, i motsetning til CT-skanninger, er i seg selv todimensjonale;
• magnetisk resonansavbildning (MR) - denne typen tomografi bruker radiobølger for å undersøke pasienter plassert i et sterkt magnetfelt. Det resulterende bildet er basert på radiobølger som sendes ut av det undersøkte vevet, som genererer mer eller mindre intense signaler avhengig av det kjemiske miljøet. Kroppsbildet til pasienten kan lagres som datadata. MR, som CT, produserer XNUMXD og XNUMXD bilder, men er noen ganger en mye mer følsom metode, spesielt for å skille mellom bløtvev;
• positronemisjonstomografi (PET) - registrering av databilder av endringer i sukkermetabolismen som skjer i vev. Pasienten injiseres med et stoff som er en kombinasjon av sukker og isotopisk merket sukker. Sistnevnte gjør det mulig å lokalisere kreften, siden kreftceller tar opp sukkermolekyler mer effektivt enn annet vev i kroppen. Etter inntak av radioaktivt merket sukker, ligger pasienten i ca.
• 60 minutter mens det markerte sukkeret sirkulerer i kroppen hans. Hvis det er en svulst i kroppen, må sukker akkumuleres effektivt i den. Deretter blir pasienten, lagt på bordet, gradvis introdusert i PET-skanneren - 6-7 ganger i løpet av 45-60 minutter. PET-skanneren brukes til å bestemme fordelingen av sukker i kroppsvev. Takket være analysen av CT og PET kan en mulig neoplasma beskrives bedre. Det databehandlede bildet analyseres av en radiolog. PET kan oppdage abnormiteter selv når andre metoder indikerer vevets normale natur. Det gjør det også mulig å diagnostisere krefttilbakefall og bestemme effektiviteten av behandlingen - ettersom svulsten krymper, metaboliserer cellene mindre og mindre sukker;
• Enkeltfotonemisjonstomografi (SPECT) – tomografisk teknikk innen nukleærmedisin. Ved hjelp av gammastråling lar den deg lage et romlig bilde av den biologiske aktiviteten til en hvilken som helst del av pasientens kropp. Denne metoden lar deg visualisere blodstrømmen og metabolismen i et gitt område. Den bruker radiofarmasøytiske midler. De er kjemiske forbindelser som består av to elementer - et sporstoff, som er en radioaktiv isotop, og en bærer som kan avsettes i vev og organer og overvinne blod-hjerne-barrieren. Bærere har ofte egenskapen til selektiv binding til tumorcelleantistoffer. De legger seg i mengder proporsjonal med stoffskiftet; 
• optisk koherenstomografi (OCT) - en ny metode som ligner på ultralyd, men pasienten sonderes med en lysstråle (interferometer). Brukes til øyeundersøkelser innen dermatologi og odontologi. Tilbakespredt lys indikerer plasseringen av steder langs banen til lysstrålen der brytningsindeksen endres.

3. Scintigrafi – vi får her et bilde av organer, og fremfor alt deres aktivitet, ved bruk av små doser radioaktive isotoper (radiofarmaka). Denne teknikken er basert på oppførselen til visse legemidler i kroppen. De fungerer som et kjøretøy for isotopen som brukes. Det merkede stoffet akkumuleres i organet som studeres. Radioisotopen sender ut ioniserende stråling (oftest gammastråling), som trenger inn utenfor kroppen, hvor det såkalte gammakameraet blir tatt opp.