medicīniskā attēlveidošana

1896. gadā Vilhelms Rentgens atklāja rentgenstarus, bet 1900. gadā – pirmo krūškurvja rentgenstaru. Tad nāk rentgena caurule. Un kā tas izskatās šodien. To jūs uzzināsit zemāk esošajā rakstā.

1806 Filips Bozini izstrādā endoskopu Maincā, šajā gadījumā izdodot "Der Lichtleiter" - mācību grāmatu par cilvēka ķermeņa padziļinājumu izpēti. Pirmais, kurš veiksmīgi izmantoja šo ierīci, bija francūzis Antonīns Žans Desormo. Pirms elektrības izgudrošanas ārējie gaismas avoti tika izmantoti, lai pārbaudītu urīnpūsli, dzemdi un resnās zarnas, kā arī deguna dobumus.

1. Pirmais rentgens - Rentgena sievas roka

1896 Vilhelms Rentgens atklāj rentgenstarus un to spēju iekļūt cietās daļiņās. Pirmie speciālisti, kuriem viņš rādīja savas "rentgenogrammas", bija nevis ārsti, bet gan Rentgena kolēģi – fiziķi (1). Šī izgudrojuma klīniskais potenciāls tika apzināts dažas nedēļas vēlāk, kad medicīnas žurnālā tika publicēts četrgadīga bērna pirksta stikla lauskās rentgenuzņēmums. Dažu nākamo gadu laikā rentgenstaru lampu komercializācija un masveida ražošana izplatīja jauno tehnoloģiju visā pasaulē.

1900 Pirmā krūškurvja rentgenogrāfija. Plašā krūškurvja rentgenstaru izmantošana ļāva agrīnā stadijā atklāt tuberkulozi, kas tolaik bija viens no biežākajiem nāves cēloņiem.

1906-1912 Pirmie mēģinājumi izmantot kontrastvielas labākai orgānu un trauku pārbaudei.

1913 Tiek parādīta īsta rentgenstaru caurule, ko sauc par karstā katoda vakuuma cauruli, kurā tiek izmantots efektīvs kontrolēts elektronu avots termiskās emisijas fenomena dēļ. Viņš atklāja jaunu ēru medicīnas un rūpnieciskajā radioloģiskajā praksē. Tās radītājs bija amerikāņu izgudrotājs Viljams D. Kūlidžs (2), tautā saukts par "rentgenstaru lampas tēvu". Kopā ar pārvietojamo režģi, ko izveidojis Čikāgas radiologs Holiss Poters, Coolidge lampa padarīja rentgenogrāfiju par nenovērtējamu rīku ārstiem Pirmā pasaules kara laikā.

1916 Ne visas rentgenogrammas bija viegli nolasāmas – dažkārt audi vai priekšmeti aizsedza izmeklējamo. Tāpēc franču dermatologs Andrē Bokežs izstrādāja metodi rentgena staru izstarošanai no dažādiem leņķiem, kas novērsa šādas grūtības. Viņa .

1919 Parādās pneimoencefalogrāfija, kas ir invazīva centrālās nervu sistēmas diagnostikas procedūra. Tas sastāvēja no cerebrospinālā šķidruma daļas aizstāšanas ar gaisu, skābekli vai hēliju, ievadot caur punkciju mugurkaula kanālā, un veicot galvas rentgenu. Gāzes bija labi kontrastējušas ar smadzeņu kambaru sistēmu, kas ļāva iegūt sirds kambaru attēlu. Metode tika plaši izmantota 80. gadsimta vidū, bet XNUMX. gados gandrīz pilnībā tika atmesta, jo izmeklēšana pacientam bija ārkārtīgi sāpīga un saistīta ar nopietnu komplikāciju risku.

30. un 40. gadi Fizikālajā medicīnā un rehabilitācijā ultraskaņas viļņu enerģiju sāk plaši izmantot. Krievs Sergejs Sokolovs eksperimentē ar ultraskaņas izmantošanu metāla defektu atrašanai. 1939. gadā viņš izmanto 3 GHz frekvenci, kas tomēr nenodrošina apmierinošu attēla izšķirtspēju. 1940. gadā Heinrihs Gors un Tomass Vedekinds no Ķelnes Medicīnas universitātes Vācijā savā rakstā "Der Ultraschall in der Medizin" iepazīstināja ar ultraskaņas diagnostikas iespēju, kuras pamatā ir atbalss-refleksa metodes, kas ir līdzīgas tām, kuras izmanto metāla defektu noteikšanā. .

Autori izvirzīja hipotēzi, ka šī metode ļautu atklāt audzējus, eksudātus vai abscesus. Tomēr viņi nevarēja publicēt pārliecinošus eksperimentu rezultātus. Zināmi arī 30. gadu beigās uzsāktie austrieša Kārļa T. Dusika, Vīnes universitātes Austrijā neirologa, ultraskaņas medicīniskie eksperimenti.

1937 Poļu matemātiķis Stefans Kačmarcs savā darbā "Algebriskās rekonstrukcijas tehnika" formulē algebriskās rekonstrukcijas metodes teorētiskos pamatus, kas pēc tam tika pielietoti datortomogrāfijā un digitālajā signālu apstrādē.

40. gadi. Tomogrāfiskā attēla ieviešana, izmantojot rentgena cauruli, kas pagriezta ap pacienta ķermeni vai atsevišķiem orgāniem. Tas ļāva sekcijās redzēt sīkāku informāciju par anatomiju un patoloģiskām izmaiņām.

1946 Amerikāņu fiziķi Edvards Pērsels un Fēlikss Blohs neatkarīgi izgudroja kodolmagnētiskās rezonanses KMR (3). Viņiem tika piešķirta Nobela prēmija fizikā par "jaunu precīzas mērīšanas metožu izstrādi un ar tiem saistītiem atklājumiem kodolmagnētiskā magnētisma jomā".

3. KMR iekārtu komplekts

1950 paceļas skeneris prostoliniowy, ko sastādījis Benedikts Kasins. Ierīce šajā versijā tika izmantota līdz 70. gadu sākumam ar dažādiem radioaktīvo izotopu bāzes medikamentiem, lai attēlotu orgānus visā ķermenī.

1953 Gordons Braunels no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta izveido ierīci, kas ir mūsdienu PET kameras priekštecis. Ar viņas palīdzību viņam kopā ar neiroķirurgu Viljamu H. Svītu izdodas diagnosticēt smadzeņu audzējus.

1955 Tiek izstrādāti dinamiskie rentgena attēlu pastiprinātāji, kas ļauj iegūt audu un orgānu kustīgu attēlu rentgena attēlus. Šie rentgena stari ir snieguši jaunu informāciju par ķermeņa funkcijām, piemēram, pukstošu sirdi un asinsrites sistēmu.

1955-1958 Skotu ārsts Ians Donalds sāk plaši izmantot ultraskaņas testus medicīniskai diagnostikai. Viņš ir ginekologs. Viņa rakstā "Vēdera masu izmeklēšana ar impulsu ultraskaņu", kas publicēts 7. gada 1958. jūnijā medicīnas žurnālā The Lancet, tika definēta ultraskaņas tehnoloģijas izmantošana un likts pamats pirmsdzemdību diagnostikai (4).

1957 Ir izstrādāts pirmais optiskās šķiedras endoskops - gastroenterologs Basili Hirshowitz un viņa kolēģi no Mičiganas universitātes patentē optisko šķiedru, daļēji elastīgs gastroskops.

1958 Hals Oskars Angers Amerikas Kodolmedicīnas biedrības ikgadējā sanāksmē prezentē scintilācijas kameru, kas ļauj dinamiski cilvēka orgānu attēlveidošana. Ierīce nonāk tirgū pēc desmit gadiem.

1963 Svaigi kaltais doktors Deivids Kūls kopā ar savu draugu inženieri Roju Edvardsu iepazīstina pasauli ar pirmo kopdarbu, kas ir vairāku gadu sagatavošanas rezultāts: pasaulē pirmais aparāts t.s. emisijas tomogrāfijako viņi sauc par Marku II. Turpmākajos gados tika izstrādātas precīzākas teorijas un matemātiskie modeļi, tika veikti daudzi pētījumi un tika uzbūvētas arvien modernākas mašīnas. Visbeidzot, 1976. gadā Džons Kīss, pamatojoties uz Kūla un Edvardsa pieredzi, izveido pirmo SPECT iekārtu – viena fotona emisijas tomogrāfiju.

1967-1971 Izmantojot Stefana Kačmarza algebrisko metodi, angļu elektroinženieris Godfrijs Hounsfīlds rada datortomogrāfijas teorētiskos pamatus. Nākamajos gados viņš konstruē pirmo darbojošos EMI CT skeneri (5), uz kura 1971. gadā Atkinson Morley slimnīcā Vimbldonā tiek veikta pirmā cilvēka izmeklēšana. Ierīce tika nodota ražošanā 1973. gadā. 1979. gadā Hounsfīlda kopā ar amerikāņu fiziķi Alanu M. Kormaku saņēma Nobela prēmiju par ieguldījumu datortomogrāfijas attīstībā.

5. EMI skeneris

1973 Amerikāņu ķīmiķis Pols Lauterburs (6) atklāja, ka, ieviešot magnētiskā lauka gradientus, kas iet caur doto vielu, var analizēt un noskaidrot šīs vielas sastāvu. Zinātnieks izmanto šo paņēmienu, lai izveidotu attēlu, kas atšķir parasto un smago ūdeni. Balstoties uz saviem darbiem, angļu fiziķis Pīters Mensfīlds izveido pats savu teoriju un parāda, kā ātri un precīzi izveidot iekšējās struktūras attēlu.

Abu zinātnieku darba rezultāts bija neinvazīva medicīniskā pārbaude, kas pazīstama kā magnētiskās rezonanses attēlveidošana vai MRI. 1977. gadā magnētiskās rezonanses aparāts, ko izstrādāja amerikāņu ārsti Reimonds Damadians, Lerijs Minkovs un Maikls Goldsmits, pirmo reizi tika izmantots, lai pārbaudītu cilvēku. Lauterburam un Mansfīldam kopīgi tika piešķirta 2003. gada Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā.

1974 Amerikānis Maikls Felpss izstrādā pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) kameru. Pirmais komerciālais PET skeneris tika izveidots, pateicoties Phelps un Michel Ter-Poghosyan darbam, kuri vadīja sistēmas izstrādi uzņēmumā EG&G ORTEC. Skeneris tika uzstādīts UCLA 1974. gadā. Tā kā vēža šūnas glikozi metabolizē desmit reizes ātrāk nekā parastās šūnas, ļaundabīgi audzēji PET skenēšanā parādās kā spilgti plankumi (7).

1976 Ķirurgs Andreass Grüncigs prezentē koronāro angioplastiku Cīrihes universitātes slimnīcā, Šveicē. Šī metode izmanto fluoroskopiju, lai ārstētu asinsvadu stenozi.

1978 paceļas digitālā radiogrāfija. Pirmo reizi attēls no rentgena sistēmas tiek pārveidots digitālā failā, ko pēc tam var apstrādāt skaidrākai diagnozei un saglabāt digitālā veidā turpmākai izpētei un analīzei.

80. gadi. Duglass Boids iepazīstina ar elektronu staru tomogrāfijas metodi. EBT skeneri izmantoja magnētiski kontrolētu elektronu staru, lai izveidotu rentgenstaru gredzenu.

1984 Parādās pirmā 3D attēlveidošana, izmantojot digitālos datorus un CT vai MRI datus, kā rezultātā tiek iegūti kaulu un orgānu XNUMXD attēli.

1989 Tiek izmantota spirālveida datortomogrāfija (spirālveida CT). Šis ir tests, kas apvieno lampas-detektora sistēmas nepārtrauktu rotācijas kustību un galda kustību pa testa virsmu (8). Būtiska spirāltomogrāfijas priekšrocība ir izmeklēšanas laika samazināšana (ļauj iegūt vairāku desmitu slāņu attēlu vienā skenē, kas ilgst vairākas sekundes), rādījumu vākšana no visa tilpuma, ieskaitot orgāna slāņus, kas. bija starp skenēšanu ar tradicionālo CT, kā arī optimāla skenēšanas transformācija, pateicoties jaunai programmatūrai. Jaunās metodes aizsācējs bija Siemens pētniecības un attīstības direktors Dr. Willy A. Kalender. Drīz vien Siemens pēdās sekoja arī citi ražotāji.

8. Spirālveida datortomogrāfijas shēma

1993 Izstrādājiet ehoplanārās attēlveidošanas (EPI) paņēmienu, kas ļaus MRI sistēmām noteikt akūtu insultu agrīnā stadijā. EPI nodrošina arī, piemēram, smadzeņu darbības funkcionālu attēlveidošanu, ļaujot ārstiem pētīt dažādu smadzeņu daļu darbību.

1998 Tā sauktie multimodālie PET izmeklējumi kopā ar datortomogrāfiju. To veica doktors Deivids V. Taunsends no Pitsburgas Universitātes kopā ar Ronu Nutu, PET sistēmu speciālistu. Tas ir pavēris lieliskas iespējas vēža slimnieku vielmaiņas un anatomijas attēlveidošanai. Pirmais PET/CT skenera prototips, ko projektēja un uzbūvēja CTI PET Systems Noksvilā, Tenesī, sāka darboties 1998. gadā.

2018 MARS Bioimaging ievieš krāsu i tehniku XNUMXD medicīniskā attēlveidošana (9), kas ķermeņa iekšpuses melnbalto fotogrāfiju vietā piedāvā pilnīgi jaunu kvalitāti medicīnā - krāsainus attēlus.

Jaunā tipa skenerā tiek izmantota Medipix tehnoloģija, kas vispirms tika izstrādāta Eiropas Kodolpētījumu organizācijas (CERN) zinātniekiem, lai, izmantojot datora algoritmus, izsekotu daļiņas Lielajā hadronu paātrinātājā. Tā vietā, lai reģistrētu rentgenstarus, kad tie iet cauri audiem un kā tie tiek absorbēti, skeneris nosaka precīzu rentgenstaru enerģijas līmeni, kad tie skar dažādas ķermeņa daļas. Pēc tam tas pārvērš rezultātus dažādās krāsās, lai tie atbilstu kauliem, muskuļiem un citiem audiem.

9. Krāsaina plaukstas daļa, kas izgatavota, izmantojot MARS Bioimaging tehnoloģiju.

Medicīniskās attēlveidošanas klasifikācija

1. Rentgens (rentgens) tas ir ķermeņa rentgena starojums ar rentgena staru projekciju uz plēvi vai detektoru. Pēc kontrasta injekcijas tiek vizualizēti mīkstie audi. Metode, ko galvenokārt izmanto skeleta sistēmas diagnostikā, raksturojas ar zemu precizitāti un zemu kontrastu. Turklāt starojumam ir negatīva ietekme – 99% devas absorbē testa organisms.

2. tomogrāfija (Grieķu - šķērsgriezums) - diagnostikas metožu kopnosaukums, kas sastāv no ķermeņa vai tā daļas šķērsgriezuma attēla iegūšanas. Tomogrāfijas metodes ir sadalītas vairākās grupās:

• UZI (UZI) ir neinvazīva metode, kas izmanto skaņas viļņu parādības dažādu mediju robežās. Tas izmanto ultraskaņas (2-5 MHz) un pjezoelektriskos devējus. Attēls pārvietojas reāllaikā;
• datortomogrāfija (CT) izmanto datora kontrolētus rentgena starus, lai izveidotu ķermeņa attēlus. Rentgenstaru izmantošana tuvina CT rentgenstariem, bet rentgenstari un datortomogrāfija sniedz atšķirīgu informāciju. Tiesa, pieredzējis radiologs var izsecināt arī, piemēram, audzēja trīsdimensiju atrašanās vietu pēc rentgena attēla, taču rentgens, atšķirībā no CT, pēc būtības ir divdimensionāls;
• magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI) - šāda veida tomogrāfija izmanto radioviļņus, lai pārbaudītu pacientus, kuri atrodas spēcīgā magnētiskajā laukā. Iegūtais attēls ir balstīts uz radioviļņiem, ko izstaro izmeklētie audi, kas atkarībā no ķīmiskās vides rada vairāk vai mazāk intensīvus signālus. Pacienta ķermeņa attēlu var saglabāt kā datora datus. MRI, tāpat kā CT, rada XNUMXD un XNUMXD attēlus, taču dažreiz tā ir daudz jutīgāka metode, īpaši mīksto audu atšķiršanai;
• pozitronu emisijas tomogrāfija (PET) - datorizētu attēlu reģistrācija par cukura metabolisma izmaiņām, kas notiek audos. Pacientam tiek injicēta viela, kas ir cukura un izotopiski marķēta cukura kombinācija. Pēdējais ļauj noteikt vēža atrašanās vietu, jo vēža šūnas daudz efektīvāk nekā citi ķermeņa audi uzņem cukura molekulas. Pēc radioaktīvi iezīmētā cukura uzņemšanas pacients apm.
• 60 minūtes, kamēr iezīmētais cukurs cirkulē viņa ķermenī. Ja organismā ir audzējs, tajā efektīvi jāuzkrāj cukurs. Pēc tam pacients, noguldīts uz galda, pakāpeniski tiek ievadīts PET skenerī - 6-7 reizes 45-60 minūšu laikā. PET skeneri izmanto, lai noteiktu cukura sadalījumu ķermeņa audos. Pateicoties CT un PET analīzei, var labāk aprakstīt iespējamo neoplazmu. Datorapstrādāto attēlu analizē radiologs. PET var noteikt novirzes pat tad, ja citas metodes norāda uz audu normālu raksturu. Tas arī dod iespēju diagnosticēt vēža recidīvus un noteikt ārstēšanas efektivitāti – audzējam sarūkot, tā šūnas metabolizējas arvien mazāk cukura;
• Viena fotona emisijas tomogrāfija (SPECT) – tomogrāfijas tehnika kodolmedicīnas jomā. Ar gamma starojuma palīdzību tas ļauj izveidot telpisku priekšstatu par jebkuras pacienta ķermeņa daļas bioloģisko aktivitāti. Šī metode ļauj vizualizēt asins plūsmu un vielmaiņu noteiktā apgabalā. Tas izmanto radiofarmaceitiskos preparātus. Tie ir ķīmiski savienojumi, kas sastāv no diviem elementiem – marķiera, kas ir radioaktīvs izotops, un nesēja, kas var nogulsnēties audos un orgānos un pārvarēt hematoencefālisko barjeru. Nesējiem bieži ir īpašība selektīvi saistīties ar audzēja šūnu antivielām. Tie nosēžas daudzumos, kas ir proporcionāli vielmaiņai; 
• optiskā koherences tomogrāfija (OCT) - jauna metode, kas līdzīga ultraskaņai, bet pacients tiek zondēts ar gaismas staru (interferometru). Izmanto acu pārbaudēm dermatoloģijā un zobārstniecībā. Atpakaļ izkliedēta gaisma norāda vietu atrašanās vietu gar gaismas stara ceļu, kur mainās laušanas koeficients.

3. Scintigrāfija - mēs šeit iegūstam orgānu attēlu un galvenokārt to darbību, izmantojot nelielas radioaktīvo izotopu (radiofarmaceitisko līdzekļu) devas. Šī tehnika ir balstīta uz noteiktu farmaceitisko vielu uzvedību organismā. Tie darbojas kā izmantotā izotopa nesējs. Marķētās zāles uzkrājas pētāmajā orgānā. Radioizotops izstaro jonizējošo starojumu (visbiežāk gamma starojumu), iekļūstot ārpus ķermeņa, kur tiek ierakstīta tā sauktā gamma kamera.