Медыцынская візуалізацыя

У 1896 годзе Вільгельм Рэнтген адкрыў рэнтгенаўскія прамяні, а ў 1900 годзе - першы рэнтген грудной клеткі. Затым з'яўляецца рэнтгенаўская трубка. І як гэта выглядае сёньня. Вы даведаецеся ў артыкуле ніжэй.

1806 Філіп Боззіні распрацоўвае эндаскоп у Майнцы, выдаючы з нагоды "Der Lichtleiter" - падручнік па вывучэнні паглыбленняў чалавечага цела. Першым, хто прымяніў гэтую прыладу ў паспяховай аперацыі, быў француз Антанін Жан Дэзорма. Да вынаходства электрычнасці вонкавыя крыніцы святла выкарыстоўваліся для даследавання мачавой бурбалкі, маткі і тоўстай кішкі, а таксама насавых паражнін.

1. Першы рэнтгенаўскі здымак - рука жонкі Рэнтгена

1896 Вільгельм Рэнтген адкрывае рэнтгенаўскія прамяні і іх здольнасць пранікаць скрозь цвёрдыя целы. Першымі спецыялістамі, якім ён паказаў свае "рэнтгенаграмы", былі не лекары, а калегі Рэнтгена - фізікі (1). Клінічны патэнцыял гэтага вынаходкі быў прызнаны праз некалькі тыдняў, калі ў медыцынскім часопісе была апублікаваная рэнтгенаграме аскепка шкла ў пальцы чатырохгадовага дзіцяці. На працягу наступных некалькіх гадоў камерцыялізацыя і масавая вытворчасць рэнтгенаўскіх трубак распаўсюдзілі новую тэхналогію па ўсім свеце.

1900 Першы рэнтген грудной клеткі. Шырокае выкарыстанне рэнтгенаграфіі органаў грудной клеткі дазволіла на ранняй стадыі выявіць сухоты, які ў той час быў адной з найбольш частых прычын смерці.

1906-1912 Першыя спробы выкарыстання кантрасных рэчываў для лепшага даследавання органаў і сасудаў.

1913 З'яўляецца сапраўдная рэнтгенаўская трубка, званая вакуумнай трубкай з гарачым катодам, у якой выкарыстоўваецца эфектыўная кіраваная крыніца электронаў дзякуючы з'яве тэрмаэмісіі. Ён адкрыў новую эру ў медыцынскай і прамысловай радыелагічнай практыцы. Яго стваральнікам быў амерыканскі вынаходнік Уільям Д. Кулідж (2), вядомы ў народзе як "бацька рэнтгенаўскай трубкі". Разам з рухомай сеткай, створанай радыёлагам з Чыкага Холісам Потэрам, лямпа Куліджа зрабіла рэнтгенаграфію бясцэннай прыладай для лекараў падчас Першай сусветнай вайны.

1916 Не ўсе рэнтгенаграмы можна было лёгка прачытаць - часам тканіны або аб'екты засланялі тое, што даследуецца. Таму французскі дэрматолаг Андрэ Бокаж распрацаваў метад выпускання рэнтгенаўскіх прамянёў пад рознымі кутамі, які ўхіліў падобныя цяжкасці. Яго.

1919 З'яўляецца пнеўмаэнцэфалографа, якая ўяўляе сабой інвазіўную дыягнастычную працэдуру цэнтральнай нервовай сістэмы. Ён заключаўся ў замяшчэнні часткі спіннамазгавой вадкасці паветрам, кіслародам або геліем, уведзеных праз пракол у спіннамазгавы канал, і правядзенні рэнтгенаграфіі галавы. Газы добра кантраставалі з жалудачкавай сістэмай галаўнога мозгу, што дазволіла атрымаць малюнак страўнічкаў. Метад шырока ўжываўся ў сярэдзіне ХХ стагоддзя, але амаль цалкам быў закінуты ў 80-х гадах, бо абследаванне было вельмі балючым для пацыента і спалучана з сур'ёзнай рызыкай ускладненняў.

30-е і 40-я гады У фізічнай медыцыне і рэабілітацыі пачынае шырока прымяняцца энергія ультрагукавых хваль. Расіянін Сяргей Сакалоў эксперыментуе з прымяненнем ультрагуку для пошуку дэфектаў металу. У 1939 годзе ён выкарыстоўвае частату 3 Ггц, што, аднак, не забяспечвае здавальняючага дазволу выявы. У 1940 году Генрых Гор і Томас Ведэкінд з Медыцынскага ўніверсітэта Кёльна, Нямеччына, прадставілі ў сваім артыкуле «Der Ultraschall in der Medizin» магчымасць ультрагукавой дыягностыкі, заснаванай на рэха-рэфлекторных метадах, падобных тым, якія выкарыстоўваюцца пры выяўленні дэфектаў металаў. .

Аўтары выказалі здагадку, што гэты метад дазволіць выяўляць пухліны, эксудаты або абсцэсы. Аднак пераканаўчых вынікаў сваіх эксперыментаў яны апублікаваць не змаглі. Вядомыя таксама ўльтрагукавыя медыцынскія эксперыменты аўстрыйца Карла Т. Дусіка, неўролага з Венскага ўніверсітэта ў Аўстрыі, пачатыя ў канцы 30-х гадоў.

1937 Польскі матэматык Стэфан Качмарж фармулюе ў сваёй працы "Тэхніка алгебраічнай рэканструкцыі" тэарэтычныя асновы метаду алгебраічнай рэканструкцыі, які затым прымяняўся ў камп'ютарнай тамаграфіі і лічбавай апрацоўцы сігналаў.

40-я гады. Укараненне тамаграфічнага малюнка з выкарыстаннем рэнтгенаўскай трубкі, якая круціцца вакол цела хворага або асобных органаў. Гэта дазволіла ўбачыць дэталі анатоміі і паталагічныя змены ў зрэзах.

1946 Амерыканскія фізікі Эдвард Персел і Фелікс Блох незалежна адзін ад аднаго вынайшлі ЯМР ядзернага магнітнага рэзанансу (3). Ім прысуджана Нобелеўская прэмія па фізіцы за "распрацоўку новых метадаў дакладных вымярэнняў і звязаных з імі адкрыццяў у галіне ядзернага магнетызму".

3. Камплект абсталявання ЯМР

1950 падымаецца прамалінейны сканер, складзены Бенедыктам Касенам. Прылада ў гэтай версіі выкарыстоўвалася да пачатку 70-х гадоў з рознымі фармацэўтычнымі прэпаратамі на аснове радыеактыўных ізатопаў для візуалізацыі органаў па ўсім целе.

1953 Гордан Браунэл з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута стварае прыладу, якое з'яўляецца папярэднікам сучаснай ПЭТ-камеры. З яе дапамогай яму разам з нейрахірургам Уільямам Х. Суітам ўдаецца дыягнаставаць пухліны галаўнога мозгу.

1955 Распрацоўваюцца дынамічныя ўзмацняльнікі рэнтгенаўскага малюнка, якія дазваляюць атрымліваць рэнтгенаўскія выявы рухомых малюнкаў тканін і органаў. Гэтыя рэнтгенаўскія здымкі падалі новую інфармацыю аб функцыях арганізма, такіх як якое б'ецца сэрца і сістэма крывяносных сасудаў.

1955-1958 Шатландскі лекар Ян Дональд пачынае шырока выкарыстоўваць ультрагукавыя тэсты для медыцынскай дыягностыкі. Ён займаецца гінекалогіяй. Яго артыкул «Даследаванне адукацый брушнай паражніны з дапамогай імпульснага ўльтрагуку», апублікаваная 7 чэрвеня 1958 г. у медыцынскім часопісе «Ланцэт», вызначыла выкарыстанне ўльтрагукавой тэхналогіі і заклала асновы прэнатальнай дыягностыкі (4).

1957 Распрацаваны першы оптавалаконны эндаскоп — гастраэнтэролаг Базілі Хіршавіц і яго калегі з Мічыганскага ўніверсітэта патэнтуюць оптавалаконны, паўгнуткі гастраскоп.

1958 Хэл Оскар Энгер прадстаўляе на штогадовым сходзе Амерыканскага таварыства ядзернай медыцыны сцынтыляцыйную камеру, якая дазваляе праводзіць дынамічнае. візуалізацыя органаў чалавека. Прылада выходзіць на рынак праз дзесяцігоддзе.

1963 Свежы доктар Дэвід Куль разам са сваім сябрам, інжынерам Роем Эдвардсам, прадстаўляюць свету першую сумесную працу, вынік некалькіх гадоў падрыхтоўкі: першы ў свеце апарат для т.зв. эмісійная тамаграфіяякому яны даюць назву Mark II. У наступныя гады распрацоўваюцца больш дакладныя тэорыі і матэматычныя мадэлі, праводзяцца шматлікія даследаванні і будуюцца ўсё больш дасканалыя машыны. Нарэшце, у 1976 годзе Джон Кіз стварае першы апарат ОФЭКТ - аднафатонную эмісійную тамаграфію - на аснове вопыту Кула і Эдвардса.

1967-1971 Выкарыстоўваючы алгебраічны метад Стэфана Качмарца, ангельскі інжынер-электрык Годфры Хаўнсфілд стварае тэарэтычныя асновы кампутарнай тамаграфіі. У наступныя гады ён канструюе першы які працуе кампутарны тамограф EMI (5), на якім у 1971 году ў лякарні Аткінсана Морлі ва Ўімблдоне праводзіцца першае абследаванне чалавека. Прылада запушчана ў вытворчасць у 1973 годзе. У 1979 годзе Хаўнсфілду разам з амерыканскім фізікам Аланам М. Кормакам прысуджаецца Нобелеўская прэмія за ўклад у развіццё камп'ютарнай тамаграфіі.

5. Сканар электрамагнітных перашкод

1973 Амерыканскі хімік Пол Лаўтэрбур (6) выявіў, што, уводзячы градыенты магнітнага поля, якое праходзіць праз дадзенае рэчыва, можна аналізаваць і пазнаваць склад гэтага рэчыва. Навуковец выкарыстоўвае гэтую тэхніку для стварэння выявы, якое адрознівае нармальную і цяжкую ваду. На аснове яго працы англійскі фізік Пітэр Мэнсфілд будуе ўласную тэорыю і паказвае, як правесці хуткі і дакладны малюнак унутранай будовы.

Вынікам працы абодвух навукоўцаў стала неінвазіўныя медыцынскае абследаванне, вядомае як магнітна-рэзанансная тамаграфія або МРТ. У 1977 годзе апарат МРТ, распрацаваны амерыканскімі лекарамі Рэймандам Дамадзьянам, Лары Мінкофам і Майклам Голдсмітам, упершыню быў выкарыстаны для даследавання чалавека. Лаўтэрбур і Мэнсфілд былі сумесна ўдастоены Нобелеўскай прэміі па фізіялогіі і медыцыне 2003 года.

1974 Амерыканец Майкл Фелпс распрацоўвае камеру для пазітронна-эмісійнай тамаграфіі (ПЭТ). Першы камерцыйны ПЭТ-сканер быў створаны дзякуючы працы Фелпса і Мішэля Тэр-Пагасянаў, якія кіравалі стварэннем сістэмы кампаніяй EG & G ORTEC. Сканар быў усталяваны ў Каліфарнійскім універсітэце ў Лос-Анджэлесе ў 1974 годзе. Паколькі ракавыя клеткі метаболізіруется глюкозу ў дзесяць разоў хутчэй, чым нармальныя клеткі, пры ПЭТ-сканаванні злаякасныя пухліны выяўляюцца ў выглядзе яркіх плям (7).

1976 Хірург Андрэас Грунцыг прадстаўляе каранарную ангіяпластыку ва Універсітэцкай бальніцы Цюрыха, Швейцарыя. Гэты метад выкарыстоўвае рэнтгенаскапію для лячэння стэнозу крывяносных сасудаў.

1978 падымаецца лічбавая рэнтгенаграфія. Упершыню выява з рэнтгенаўскай сістэмы пераўтворыцца ў лічбавы файл, які затым можна апрацаваць для больш дакладнай дыягностыкі і захаваць у лічбавым выглядзе для будучых даследаванняў і аналізу.

80-я гады. Дуглас Бойд прадстаўляе метад электронна-прамянёвай тамаграфіі. Сканары для такой тамаграфіі (EBT) выкарыстоўвалі магнітна-кіраваны пучок электронаў для стварэння кольца рэнтгенаўскіх прамянёў.

1984 З'яўляецца першая трохмерная апрацоўка малюнкаў з выкарыстаннем лічбавых кампутараў і дадзеных КТ або МРТ - у выніку ствараюцца 3D-малюнкі костак і органаў.

1989 Уваходзіць ва ўжытак спіральная камп'ютарная тамаграфія (спіральная КТ). Гэта выпрабаванне, якое складаецца ў спалучэнні бесперапыннага круцільнага руху сістэмы лямпа-дэтэктар і перасоўванні стала па падыспытнай паверхні (8). Важнай перавагай спіральнай тамаграфіі з'яўляецца скарачэнне часу абследавання (дазваляе атрымаць малюнак некалькіх дзясяткаў пластоў за адно сканаванне працягласцю некалькі секунд), збор паказанні са ўсяго аб'ёму, уключаючы пласты органа, што пры традыцыйнай КТ былі паміж сканамі, а таксама аптымальнае пераўтварэнне скана дзякуючы новаму праграмнаму забеспячэнню . Піянерам новага метаду быў дырэктар Siemens па даследаваннях і распрацоўкам доктар Вілі А. Календэр. Неўзабаве па шляху Siemens пайшлі і іншыя вытворцы.

8. Схема спіральнай кампутарнай тамаграфіі

1993 Распрацаваць метад эхапланарнай візуалізацыі (EPI), які дазволіць сістэмам МРТ выяўляць востры інсульт на ранняй стадыі. EPI таксама забяспечвае функцыянальную візуалізацыю, напрыклад, актыўнасці мозгу, што дазваляе клініцыстам вывучаць функцыі розных частак мозгу.

1998 Так званай мультымадальныя ПЭТ-даследаванні разам з кампутарнай тамаграфіяй. Гэта было зроблена доктарам Дэвідам В. Таўнсэндам з Універсітэта Пітсбурга разам з Ронам Натам, спецыялістам па сістэмах ПЭТ. Гэта адкрыла шырокія магчымасці для метабалічнай і анатамічнай візуалізацыі анкалагічных хворых. Першы прататып ПЭТ/КТ-сканара, спраектаваны і пабудаваны кампаніяй CTI PET Systems у Ноксвіле, штат Тэнэсі, пачаў працу ў 1998 годзе.

2018 MARS Bioimaging прадстаўляе тэхніку color i трохмерная медыцынская візуалізацыя (9), якая замест чорна-белых фатаграфій унутранай часткі цела прапануе зусім новую якасць у медыцыне - каляровыя выявы.

У новым тыпе сканара выкарыстоўваецца тэхналогія Medipix, упершыню распрацаваная для навукоўцаў з Еўрапейскай арганізацыі ядзерных даследаванняў (ЦЕРН) для адсочвання часціц у Вялікім адронным калайдэры з выкарыстаннем кампутарных алгарытмаў. Замест таго, каб запісваць рэнтгенаўскія прамяні, калі яны праходзяць праз тканіны і як яны паглынаюцца, сканер вызначае дакладны ўзровень энергіі рэнтгенаўскіх прамянёў, калі яны трапляюць на розныя часткі цела. Затым ён пераўтворыць вынікі ў розныя колеры, якія адпавядаюць косткам, цягліцам і іншым тканінам.

9. Каляровы зрэз запясця, выкананы па тэхналогіі MARS Bioimaging.

Класіфікацыя медыцынскай візуалізацыі

1. Рэнтген (рэнтген) гэта рэнтген цела з праецыяваннем рэнтгенаўскіх прамянёў на плёнку або дэтэктар. Мяккія тканіны візуалізуюцца пасля ўвядзення кантрасту. Метад, які ўжываецца галоўным чынам пры дыягностыцы касцяной сістэмы, адрозніваецца нізкай дакладнасцю і малой кантраснасцю. Акрамя таго, апрамяненне аказвае адмоўнае ўздзеянне - 99% дозы паглынаецца падыспытным арганізмам.

2. тамаграфія (Грэч. - Папярочнае сячэнне) - зборнае назва метадаў дыягностыкі, якія заключаюцца ў атрыманні малюнка папярочнага сячэння цела або яго часткі. Тамаграфічныя метады падзяляюцца на некалькі груп:

• УГД (УГД) – неінвазіўны метад, які выкарыстоўвае хвалевыя з'явы гуку на межах розных асяроддзяў. У ім выкарыстоўваюцца ўльтрагукавыя (2-5 Мгц) ​​і п'езаэлектрычныя пераўтваральнікі. Выява рухаецца ў рэальным часе;
• кампутарная тамаграфія (КТ) - выкарыстоўвае кіраваныя кампутарам рэнтгенаўскія прамяні для стварэння малюнкаў цела. Выкарыстанне рэнтгенаўскіх прамянёў набліжае КТ да рэнтгена, але рэнтген і кампутарная тамаграфія даюць розную інфармацыю. Гэта праўда, што дасведчаны радыёлаг таксама можа зрабіць выснову аб трохмерным размяшчэнні, напрыклад, пухліны, па рэнтгенаўскім малюнку, але рэнтгенаўскія прамяні, у адрозненне ад КТ, па сваёй сутнасці двухмерныя;
• магнітна-рэзанансная тамаграфія (МРТ) - гэты від тамаграфіі выкарыстоўвае радыёхвалі для абследавання пацыентаў, змешчаных у моцнае магнітнае поле. Атрыманае выява заснавана на радыёхвалях, выпраменьваных доследнымі тканінамі, якія генеруюць больш ці менш інтэнсіўныя сігналы ў залежнасці ад хімічнага асяроддзя. Выява цела пацыента можна захаваць у выглядзе кампутарных дадзеных. МРТ, як і КТ, дае XNUMXD-і XNUMXD-малюнкі, але часам з'яўляецца значна больш адчувальным метадам, асабліва для адрознівання мяккіх тканін;
• пазітронна-эмісійная тамаграфія (ПЭТ) - рэгістрацыя кампутарных малюнкаў зменаў цукровага абмену, якія адбываюцца ў тканінах. Пацыенту ўводзяць ін'екцыю рэчыва, які прадстаўляе сабой камбінацыю цукру і цукру, пазначанага ізатопамі. Апошняе дазваляе вызначыць месцазнаходжанне рака, паколькі ракавыя клеткі паглынаюць малекулы цукру больш эфектыўна, чым іншыя тканкі арганізма. Пасля прыёму пазначанага радыеактыўным ізатопам цукру пацыент кладзецца прыбл.
• 60 хвілін, пакуль адзначаны цукар цыркулюе ў яго целе. Калі ў арганізме ёсць пухліна, у ёй павінен эфектыўна назапашвацца цукар. Затым пацыента, выкладзенага на стол, паступова ўводзяць у ПЭТ-сканер - 6-7 разоў на працягу 45-60 хвілін. Сканар ПЭТ выкарыстоўваецца для вызначэння размеркавання цукру ў тканінах арганізма. Дзякуючы аналізу КТ і ПЭТ можна лепш апісаць магчымае наватвор. Апрацаваны кампутарам малюнак аналізуецца радыёлагам. ПЭТ можа выявіць анамаліі, нават калі іншыя метады паказваюць на звычайную прыроду тканіны. Гэта таксама дазваляе дыягнаставаць рэцыдывы раку і вызначаць эфектыўнасць лячэння - калі пухліна памяншаецца, яе клеткі метаболізіруется ўсё менш і менш цукру;
• Аднафатонная эмісійная тамаграфія (АФЭКТ) - тамаграфічная тэхніка ў галіне ядзернай медыцыны. З дапамогай гама-выпраменьвання дазваляе стварыць прасторавы малюнак біялагічнай актыўнасці любога ўчастка цела хворага. Гэты метад дазваляе візуалізаваць крывацёк і абмен рэчываў у зададзенай вобласці. У ім выкарыстоўваюцца радыёфармпрэпараты. Яны ўяўляюць сабой хімічныя злучэнні, якія складаюцца з двух элементаў - трасёра, які ўяўляе сабой радыеактыўны ізатоп, і носьбіта, здольнага адкладацца ў тканінах і органах і пераадольваць гематоэнцефаліческій бар'ер. Носьбіты часта валодаюць уласцівасцю выбарча звязвацца з антыцеламі опухолевых клетак. Яны абсоўваюцца ў колькасцях, прапарцыйных метабалізму; 
• аптычная кагерэнтная тамаграфія (АКТ) - новы метад, аналагічны УГД, але пацыента прамацваюць з дапамогай пучка святла (інтэрфераметрыі). Выкарыстоўваецца для абследавання вачэй у дэрматалогіі і стаматалогіі. Назад безуважлівае святло кажа аб становішчы месцаў на шляхі светлавога прамяня, дзе змяняецца паказчык праламлення.

3. Сцинтиграфия – мы атрымліваем тут выяву органаў, і перш за ўсё іх дзейнасці, з ужываннем малых доз радыеактыўных ізатопаў (радыёфармпрэпаратаў). У аснове гэтай методыкі ляжыць паводзіны некаторых фармацэўтычных прэпаратаў у арганізме. Яны дзейнічаюць як транспартны сродак для выкарыстоўванага ізатопа. Пазначаны прэпарат назапашваецца ў доследным органе. Радыёізатоп выпускае іянізавальнае выпраменьванне (часцей за ўсё гама-выпраменьванне), пранікаючы за межы арганізма, дзе рэгіструецца так званым гама-камера.