Медицинска образна диагностика

През 1896 г. Вилхелм Рьонтген открива рентгеновите лъчи, а през 1900 г. първата рентгенова снимка на гръдния кош. След това идва рентгеновата тръба. И как изглежда днес. Ще разберете в статията по-долу.

1806 Филип Бозини разработва ендоскопа в Майнц, публикувайки по повода "Der Lichtleiter" - учебник за изследване на вдлъбнатините на човешкото тяло. Първият, който използва това устройство при успешна операция, е французинът Антонен Жан Десормо. Преди изобретяването на електричеството, външни източници на светлина са били използвани за изследване на пикочния мехур, матката и дебелото черво, както и на носните кухини.

1. Първата рентгенова снимка - ръката на съпругата на Рентген

1896 Вилхелм Рьонтген открива рентгеновите лъчи и способността им да проникват в твърди тела. Първите специалисти, на които показва своите "рентгенограми", не са лекари, а колеги на Рентген - физици (1). Клиничният потенциал на това изобретение беше признат няколко седмици по-късно, когато в медицинско списание беше публикувана рентгенова снимка на парче стъкло в пръста на четиригодишно дете. През следващите няколко години комерсиализацията и масовото производство на рентгенови тръби разпространи новата технология по целия свят.

1900 Първа рентгенова снимка на гръдния кош. Широкото използване на рентгенови лъчи на гръдния кош направи възможно откриването на туберкулоза в ранен стадий, което по това време беше една от най-честите причини за смърт.

1906-1912 Първите опити за използване на контрастни вещества за по-добро изследване на органи и съдове.

1913 Появява се истинска рентгенова тръба, наречена вакуумна тръба с горещ катод, която използва ефективен контролиран източник на електрони поради феномена на топлинна емисия. Той откри нова ера в медицинската и промишлена радиологична практика. Неговият създател е американският изобретател Уилям Д. Кулидж (2), популярен като „бащата на рентгеновата тръба“. Заедно с подвижна решетка, създадена от радиолога от Чикаго Холис Потър, лампата Кулидж направи радиографията безценен инструмент за лекарите по време на Първата световна война.

1916 Не всички рентгенови снимки бяха лесни за четене - понякога тъкани или предмети закриваха това, което се изследва. Затова френският дерматолог Андре Бокаж разработи метод за излъчване на рентгенови лъчи от различни ъгли, който елиминира подобни трудности. Неговата .

1919 Появява се пневмоенцефалография, която е инвазивна диагностична процедура на централната нервна система. Състои се в замяна на част от цереброспиналната течност с въздух, кислород или хелий, въведени чрез пункция в гръбначния канал, и извършване на рентгенова снимка на главата. Газовете бяха добре контрастирани с вентрикуларната система на мозъка, което направи възможно получаването на изображение на вентрикулите. Методът е широко използван в средата на 80 век, но е почти напълно изоставен през XNUMX-те години, тъй като изследването е изключително болезнено за пациента и е свързано със сериозен риск от усложнения.

30-те и 40-те Във физикалната медицина и рехабилитацията енергията на ултразвуковите вълни започва да се използва широко. Руснакът Сергей Соколов експериментира с използването на ултразвук за откриване на метални дефекти. През 1939 г. той използва честота от 3 GHz, която обаче не осигурява задоволителна резолюция на изображението. През 1940 г. Хайнрих Гор и Томас Ведекинд от Медицинския университет в Кьолн, Германия, представят в своята статия "Der Ultraschall in der Medizin" възможността за ултразвукова диагностика, базирана на ехо-рефлексни техники, подобни на тези, използвани при откриването на метални дефекти. .

Авторите предполагат, че този метод ще позволи откриването на тумори, ексудати или абсцеси. Те обаче не можаха да публикуват убедителни резултати от своите експерименти. Известни са и ултразвуковите медицински експерименти на австриеца Карл Т. Дусик, невролог от Виенския университет в Австрия, започнали в края на 30-те години.

1937 Полският математик Стефан Качмарж формулира в своя труд „Техника на алгебричната реконструкция” теоретичните основи на метода на алгебричната реконструкция, който след това се прилага в компютърната томография и цифровата обработка на сигнали.

40-те години. Въвеждането на томографско изображение с помощта на рентгенова тръба, завъртяна около тялото на пациента или отделни органи. Това даде възможност да се видят детайлите на анатомията и патологичните промени в участъците.

1946 Американските физици Едуард Пърсел и Феликс Блок изобретили независимо един от друг ЯМР с ядрено-магнитен резонанс (3). Те бяха удостоени с Нобелова награда по физика за „разработването на нови методи за прецизно измерване и свързаните с тях открития в областта на ядрения магнетизъм“.

3. Комплект ЯМР оборудване

1950 изгрява праволинеен скенер, съставен от Бенедикт Касин. Устройството в тази версия се използва до началото на 70-те години с различни фармацевтични продукти на базата на радиоактивни изотопи за изобразяване на органи в цялото тяло.

1953 Гордън Браунел от Масачузетския технологичен институт създава устройство, което е предшественик на съвременната PET камера. С нейна помощ той, заедно с неврохирурга Уилям Х. Суит, успяват да диагностицират мозъчни тумори.

1955 Разработват се динамични усилватели на рентгенови изображения, които позволяват получаването на рентгенови изображения на движещи се изображения на тъкани и органи. Тези рентгенови лъчи са предоставили нова информация за телесни функции като биещото сърце и кръвоносната система.

1955-1958 Шотландският лекар Иън Доналд започва широко да използва ултразвукови тестове за медицинска диагностика. Той е гинеколог. Неговата статия „Изследване на абдоминални маси с импулсен ултразвук“, публикувана на 7 юни 1958 г. в медицинското списание The Lancet, дефинира използването на ултразвукова технология и положи основата на пренаталната диагностика (4).

1957 Разработен е първият ендоскоп с оптични влакна - гастроентерологът Базили Хиршовиц и колегите му от Мичиганския университет патентоват оптични влакна, полугъвкав гастроскоп.

1958 Hal Oscar Anger представя на годишната среща на Американското дружество по ядрена медицина сцинтилационна камера, която позволява динамично изображения на човешки органи. Устройството излиза на пазара след десетилетие.

1963 Прясно изсеченият д-р Дейвид Кул, заедно със своя приятел, инженер Рой Едуардс, представят на света първата съвместна работа, резултат от няколко години подготовка: първият в света апарат за т.нар. емисионна томографиякойто те наричат Mark II. През следващите години бяха разработени по-точни теории и математически модели, бяха проведени многобройни изследвания и бяха построени все по-модерни машини. Накрая, през 1976 г. Джон Кийс създава първата машина SPECT - единична фотонна емисионна томография - въз основа на опита на Кул и Едуардс.

1967-1971 Използвайки алгебричния метод на Стефан Качмарц, английският електроинженер Годфри Хаунсфийлд създава теоретичните основи на компютърната томография. През следващите години той конструира първия работещ EMI CT скенер (5), на който през 1971 г. е извършено първото изследване на човек в болница Atkinson Morley в Уимбълдън. Устройството е пуснато в производство през 1973 г. През 1979 г. Хаунсфийлд, заедно с американския физик Алън М. Кормак, са удостоени с Нобелова награда за техния принос в развитието на компютърната томография.

5. EMI скенер

1973 Американският химик Пол Лаутербър (6) открива, че чрез въвеждане на градиенти на магнитно поле, преминаващо през дадено вещество, може да се анализира и разбере състава на това вещество. Ученият използва тази техника, за да създаде изображение, което прави разлика между нормална и тежка вода. Въз основа на работата си английският физик Питър Мансфийлд изгражда своя собствена теория и показва как да се направи бързо и точно изображение на вътрешната структура.

Резултатът от работата на двамата учени е неинвазивен медицински преглед, известен като ядрено-магнитен резонанс или MRI. През 1977 г. машината за ядрено-магнитен резонанс, разработена от американските лекари Реймънд Дамадиан, Лари Минкоф и Майкъл Голдсмит, е използвана за първи път за изследване на човек. Лаутербър и Мансфийлд получиха съвместно Нобеловата награда за физиология или медицина за 2003 г.

1974 Американецът Майкъл Фелпс разработва камера за позитронно-емисионна томография (PET). Първият комерсиален PET скенер е създаден благодарение на работата на Фелпс и Мишел Тер-Погосян, които ръководят разработването на системата в EG&G ORTEC. Скенерът е инсталиран в UCLA през 1974 г. Тъй като раковите клетки метаболизират глюкозата десет пъти по-бързо от нормалните клетки, злокачествените тумори се появяват като ярки петна на PET сканиране (7).

1976 Хирургът Андреас Грюнциг представя коронарна ангиопластика в Университетската болница в Цюрих, Швейцария. Този метод използва флуороскопия за лечение на стеноза на кръвоносните съдове.

1978 изгрява дигитална радиография. За първи път изображение от рентгенова система се преобразува в цифров файл, който след това може да бъде обработен за по-ясна диагноза и съхранен цифрово за бъдещи изследвания и анализи.

80-те години. Дъглас Бойд въвежда метода на електронно-лъчевата томография. Скенерите EBT използваха магнитно контролиран лъч от електрони, за да създадат пръстен от рентгенови лъчи.

1984 Появява се първото 3D изображение, използващо цифрови компютри и CT или MRI данни, което води до XNUMXD изображения на кости и органи.

1989 Влиза в употреба спирална компютърна томография (спирална КТ). Това е тест, който съчетава непрекъснато въртеливо движение на системата лампа-детектор и движение на масата върху тестовата повърхност (8). Важно предимство на спиралната томография е намаляването на времето за изследване (позволява получаване на изображение на няколко десетки слоя в едно сканиране с продължителност няколко секунди), събирането на показания от целия обем, включително слоевете на органа, които са били между сканира с традиционен CT, както и оптималната трансформация на сканирането благодарение на нов софтуер. Пионерът на новия метод беше директорът на отдела за изследвания и развитие на Сименс д-р Уили А. Календер. Други производители скоро последваха стъпките на Siemens.

8. Схема на спирална компютърна томография

1993 Разработете техника за ехопланарно изобразяване (EPI), която ще позволи на MRI системите да откриват остър инсулт на ранен етап. EPI също така осигурява функционално изобразяване на, например, мозъчна активност, което позволява на клиницистите да изследват функцията на различни части на мозъка.

1998 Така наречените мултимодални PET изследвания заедно с компютърна томография. Това беше направено от д-р Дейвид У. Таунсенд от университета в Питсбърг, заедно с Рон Нът, специалист по PET системи. Това отвори големи възможности за метаболитни и анатомични изображения на пациенти с рак. Първият прототип на PET/CT скенер, проектиран и произведен от CTI PET Systems в Ноксвил, Тенеси, влезе в експлоатация през 1998 г.

2018 MARS Bioimaging представя техниката color i XNUMXD медицинско изображение (9), който вместо черно-бели снимки на вътрешността на тялото, предлага съвсем ново качество в медицината – цветни изображения.

Новият тип скенер използва технологията Medipix, разработена за първи път за учени от Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) за проследяване на частици в Големия адронен колайдер с помощта на компютърни алгоритми. Вместо да записва рентгеновите лъчи, докато преминават през тъканите и как се абсорбират, скенерът определя точното енергийно ниво на рентгеновите лъчи, когато попадат в различни части на тялото. След това преобразува резултатите в различни цветове, за да съответства на кости, мускули и други тъкани.

9. Цветен разрез на китката, направен по технологията MARS Bioimaging.

Класификация на медицинските изображения

1. Рентген (рентген) това е рентгенова снимка на тялото с проекция на рентгенови лъчи върху филм или детектор. Меките тъкани се визуализират след инжектиране на контраст. Методът, който се използва основно в диагностиката на костната система, се характеризира с ниска точност и нисък контраст. Освен това радиацията има отрицателен ефект - 99% от дозата се абсорбира от тестовия организъм.

2. томография (Гръцки - напречно сечение) - сборното наименование на диагностичните методи, които се състоят в получаване на изображение на напречно сечение на тяло или част от него. Томографските методи са разделени на няколко групи:

Ултразвук (ултразвук) е неинвазивен метод, който използва вълновия феномен на звука на границите на различни среди. Използва ултразвукови (2-5 MHz) и пиезоелектрични преобразуватели. Изображението се движи в реално време;
компютърна томография (CT) използва компютърно контролирани рентгенови лъчи за създаване на изображения на тялото. Използването на рентгенови лъчи доближава КТ до рентгеновите лъчи, но рентгеновите лъчи и компютърната томография предоставят различна информация. Вярно е, че опитен рентгенолог може също да заключи триизмерното местоположение на, например, тумор от рентгеново изображение, но рентгеновите лъчи, за разлика от компютърната томография, по своята същност са двуизмерни;
ядрено-магнитен резонанс (MRI) - този вид томография използва радиовълни за изследване на пациенти, поставени в силно магнитно поле. Полученото изображение се основава на радиовълни, излъчвани от изследваните тъкани, които генерират повече или по-малко интензивни сигнали в зависимост от химическата среда. Изображението на тялото на пациента може да бъде запазено като компютърни данни. MRI, подобно на CT, произвежда XNUMXD и XNUMXD изображения, но понякога е много по-чувствителен метод, особено за разграничаване на меките тъкани;
позитронно-емисионна томография (PET) - регистриране на компютърни изображения на промени в метаболизма на захарта, настъпващи в тъканите. На пациента се инжектира вещество, което е комбинация от захар и изотопно белязана захар. Последното прави възможно локализирането на рака, тъй като раковите клетки поемат захарните молекули по-ефективно от другите тъкани в тялото. След поглъщане на радиоактивно белязана захар пациентът лежи ок.
60 минути, докато маркираната захар циркулира в тялото му. Ако има тумор в тялото, захарта трябва да се натрупва ефективно в него. След това пациентът, легнал на масата, постепенно се въвежда в ПЕТ скенера - 6-7 пъти в рамките на 45-60 минути. PET скенерът се използва за определяне на разпределението на захарта в телесните тъкани. Благодарение на анализа на CT и PET, възможното новообразувание може да бъде описано по-добре. Компютърно обработеното изображение се анализира от рентгенолог. PET може да открие аномалии дори когато други методи показват нормалното естество на тъканта. Той също така дава възможност да се диагностицират рецидиви на рак и да се определи ефективността на лечението - тъй като туморът намалява, клетките му метаболизират все по-малко захар;
Еднофотонна емисионна томография (SPECT) – томографска техника в областта на нуклеарната медицина. С помощта на гама лъчение ви позволява да създадете пространствено изображение на биологичната активност на всяка част от тялото на пациента. Този метод ви позволява да визуализирате кръвния поток и метаболизма в дадена област. Използва радиофармацевтици. Те са химични съединения, състоящи се от два елемента - индикатор, който е радиоактивен изотоп, и носител, който може да се отложи в тъканите и органите и да преодолее кръвно-мозъчната бариера. Носителите често имат свойството селективно да се свързват с антителата на туморните клетки. Те се утаяват в количества, пропорционални на метаболизма;
оптична кохерентна томография (OCT) - нов метод, подобен на ултразвука, но пациентът се сондира с лъч светлина (интерферометър). Използва се за очни прегледи в дерматологията и стоматологията. Обратно разсеяната светлина показва позицията на местата по пътя на светлинния лъч, където индексът на пречупване се променя.

3. Сцинтиграфия - тук получаваме изображение на органи и преди всичко на тяхната дейност, използвайки малки дози радиоактивни изотопи (радиофармацевтици). Тази техника се основава на поведението на определени фармацевтични продукти в тялото. Те действат като носител за използвания изотоп. Означеното лекарство се натрупва в изследвания орган. Радиоизотопът излъчва йонизиращо лъчение (най-често гама лъчение), проникващо извън тялото, където се записва т. нар. гама камера.