Медицинская визуализация
В 1896 году Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, а в 1900 году — первый рентген грудной клетки. Затем появляется рентгеновская трубка. И как это выглядит сегодня. Вы узнаете в статье ниже.
1806 Филипп Боззини разрабатывает эндоскоп в Майнце, издавая по случаю “Der Lichtleiter” – учебник по изучению углублений человеческого тела. Первым, кто применил это устройство в успешной операции, был француз Антонин Жан Дезормо. До изобретения электричества внешние источники света использовались для исследования мочевого пузыря, матки и толстой кишки, а также носовых полостей.
1. Первый рентгеновский снимок – рука жены Рентгена
1896 Вильгельм Рентген открывает рентгеновские лучи и их способность проникать сквозь твердые тела. Первыми специалистами, которым он показал свои “рентгенограммы”, были не врачи, а коллеги Рентгена – физики (1). Клинический потенциал этого изобретения был признан спустя несколько недель, когда в медицинском журнале была опубликована рентгенограмма осколка стекла в пальце четырехлетнего ребенка. В течение следующих нескольких лет коммерциализация и массовое производство рентгеновских трубок распространили новую технологию по всему миру.
1900 Первый рентген грудной клетки. Широкое использование рентгенографии органов грудной клетки позволило на ранней стадии выявить туберкулез, который в то время был одной из наиболее частых причин смерти.
1906-1912 Первые попытки использования контрастных веществ для лучшего исследования органов и сосудов.
1913 Появляется настоящая рентгеновская трубка, называемая вакуумной трубкой с горячим катодом, в которой используется эффективный управляемый источник электронов благодаря явлению термоэмиссии. Он открыл новую эру в медицинской и промышленной радиологической практике. Его создателем был американский изобретатель Уильям Д. Кулидж (2), известный в народе как «отец рентгеновской трубки». Вместе с подвижной сеткой, созданной радиологом из Чикаго Холлисом Поттером, лампа Кулиджа сделала рентгенографию бесценным инструментом для врачей во время Первой мировой войны.
1916 Не все рентгенограммы можно было легко прочитать — иногда ткани или объекты заслоняли то, что исследуется. Поэтому французский дерматолог Андре Бокаж разработал метод испускания рентгеновских лучей под разными углами, который устранил подобные трудности. Его .
1919 Появляется пневмоэнцефалография, представляющая собой инвазивную диагностическую процедуру центральной нервной системы. Он заключался в замещении части спинномозговой жидкости воздухом, кислородом или гелием, введенных через прокол в спинномозговой канал, и проведении рентгенографии головы. Газы хорошо контрастировали с желудочковой системой головного мозга, что позволило получить изображение желудочков. Метод широко применялся в середине ХХ века, но почти полностью был заброшен в 80-х годах, так как обследование было крайне болезненным для пациента и сопряжено с серьезным риском осложнений.
30-е и 40-е годы В физической медицине и реабилитации начинает широко применяться энергия ультразвуковых волн. Россиянин Сергей Соколов экспериментирует с применением ультразвука для поиска дефектов металла. В 1939 году он использует частоту 3 ГГц, что, однако, не обеспечивает удовлетворительного разрешения изображения. В 1940 году Генрих Гор и Томас Ведекинд из Медицинского университета Кельна, Германия, представили в своей статье «Der Ultraschall in der Medizin» возможность ультразвуковой диагностики, основанной на эхо-рефлекторных методах, подобных тем, которые используются при обнаружении дефектов металлов. .
Авторы предположили, что этот метод позволит обнаруживать опухоли, экссудаты или абсцессы. Однако убедительных результатов своих экспериментов они опубликовать не смогли. Известны также ультразвуковые медицинские эксперименты австрийца Карла Т. Дуссика, невролога из Венского университета в Австрии, начатые в конце 30-х годов.
1937 Польский математик Стефан Качмарж формулирует в своей работе «Техника алгебраической реконструкции» теоретические основы метода алгебраической реконструкции, который затем применялся в компьютерной томографии и цифровой обработке сигналов.
40-е годы. Внедрение томографического изображения с использованием рентгеновской трубки, вращаемой вокруг тела больного или отдельных органов. Это позволило увидеть детали анатомии и патологические изменения в срезах.
1946 Американские физики Эдвард Перселл и Феликс Блох независимо друг от друга изобрели ЯМР ядерного магнитного резонанса (3). Им присуждена Нобелевская премия по физике за «разработку новых методов точных измерений и связанных с ними открытий в области ядерного магнетизма».
3. Комплект оборудования ЯМР
1950 поднимается skaner prostoliniowy, составленный Бенедиктом Кассеном. Устройство в этой версии использовалось до начала 70-х годов с различными фармацевтическими препаратами на основе радиоактивных изотопов для визуализации органов по всему телу.
1953 Гордон Браунелл из Массачусетского технологического института создает устройство, которое является предшественником современной ПЭТ-камеры. С ее помощью ему вместе с нейрохирургом Уильямом Х. Суитом удается диагностировать опухоли головного мозга.
1955 Разрабатываются динамические усилители рентгеновского изображения, позволяющие получать рентгеновские изображения движущихся изображений тканей и органов. Эти рентгеновские снимки предоставили новую информацию о функциях организма, таких как бьющееся сердце и система кровеносных сосудов.
1955-1958 Шотландский врач Ян Дональд начинает широко использовать ультразвуковые тесты для медицинской диагностики. Он занимается гинекологией. Его статья «Исследование образований брюшной полости с помощью импульсного ультразвука», опубликованная 7 июня 1958 г. в медицинском журнале «Ланцет», определила использование ультразвуковой технологии и заложила основы пренатальной диагностики (4).
1957 Разработан первый оптоволоконный эндоскоп — гастроэнтеролог Базили Хиршовиц и его коллеги из Мичиганского университета патентуют оптоволоконный, полугибкий гастроскоп.
1958 Хэл Оскар Энгер представляет на ежегодном собрании Американского общества ядерной медицины сцинтилляционную камеру, которая позволяет проводить динамическое визуализация органов человека. Устройство выходит на рынок спустя десятилетие.
1963 Свежеиспеченный доктор Дэвид Куль вместе со своим другом, инженером Роем Эдвардсом, представляют миру первую совместную работу, результат нескольких лет подготовки: первый в мире аппарат для т.н. эмиссионная томографиякоторому они дают название Mark II. В последующие годы разрабатываются более точные теории и математические модели, проводятся многочисленные исследования и строятся все более совершенные машины. Наконец, в 1976 году Джон Киз создает первый аппарат ОФЭКТ — однофотонную эмиссионную томографию — на основе опыта Кула и Эдвардса.
1967-1971 Используя алгебраический метод Стефана Качмарца, английский инженер-электрик Годфри Хаунсфилд создает теоретические основы компьютерной томографии. В последующие годы он конструирует первый работающий компьютерный томограф EMI (5), на котором в 1971 году в больнице Аткинсона Морли в Уимблдоне проводится первое обследование человека. Устройство запущено в производство в 1973 году. В 1979 году Хаунсфилду вместе с американским физиком Алланом М. Кормаком присуждается Нобелевская премия за вклад в развитие компьютерной томографии.
5. Сканер электромагнитных помех
1973 Американский химик Пол Лаутербур (6) обнаружил, что, вводя градиенты магнитного поля, проходящего через данное вещество, можно анализировать и узнавать состав этого вещества. Ученый использует эту технику для создания изображения, которое различает нормальную и тяжелую воду. На основе его работы английский физик Питер Мэнсфилд строит собственную теорию и показывает, как провести быстрое и точное изображение внутреннего строения.
Результатом работы обоих ученых стало неинвазивное медицинское обследование, известное как магнитно-резонансная томография или МРТ. В 1977 году аппарат МРТ, разработанный американскими врачами Рэймондом Дамадьяном, Ларри Минкоффом и Майклом Голдсмитом, впервые был использован для исследования человека. Лаутербур и Мэнсфилд были совместно удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 года.
1974 Американец Майкл Фелпс разрабатывает камеру для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Первый коммерческий ПЭТ-сканер был создан благодаря работе Фелпса и Мишеля Тер-Погосянов, которые руководили созданием системы компанией EG&G ORTEC. Сканер был установлен в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1974 году. Поскольку раковые клетки метаболизируют глюкозу в десять раз быстрее, чем нормальные клетки, при ПЭТ-сканировании злокачественные опухоли проявляются в виде ярких пятен (7).
1976 Хирург Андреас Грюнциг представляет коронарную ангиопластику в Университетской больнице Цюриха, Швейцария. Этот метод использует рентгеноскопию для лечения стеноза кровеносных сосудов.
1978 поднимается цифровая рентгенография. Впервые изображение с рентгеновской системы преобразуется в цифровой файл, который затем можно обработать для более четкой диагностики и сохранить в цифровом виде для будущих исследований и анализа.
80-е годы. Дуглас Бойд представляет метод электронно-лучевой томографии. Сканеры для такой томографии (EBT) использовали магнитно-управляемый пучок электронов для создания кольца рентгеновских лучей.
1984 Появляется первая трехмерная обработка изображений с использованием цифровых компьютеров и данных КТ или МРТ — в результате создаются 3D-изображения костей и органов.
1989 Входит в обиход спиральная компьютерная томография (спиральная КТ). Это испытание, заключающееся в сочетании непрерывного вращательного движения системы лампа-детектор и перемещения стола по испытуемой поверхности (8). Важным преимуществом спиральной томографии является сокращение времени обследования (позволяет получить изображение нескольких десятков слоев за одно сканирование длительностью несколько секунд), сбор показания со всего объема, включая слои органа, что при традиционной КТ были между сканами, а также оптимальное преобразование скана благодаря новому программному обеспечению. Пионером нового метода был директор Siemens по исследованиям и разработкам доктор Вилли А. Календер. Вскоре по стопам Siemens пошли и другие производители.
8. Схема спиральной компьютерной томографии
1993 Разработать метод эхопланарной визуализации (EPI), который позволит системам МРТ выявлять острый инсульт на ранней стадии. EPI также обеспечивает функциональную визуализацию, например, активности мозга, что позволяет клиницистам изучать функции различных частей мозга.
1998 Так называемой мультимодальные ПЭТ-исследования вместе с компьютерной томографией. Это было сделано доктором Дэвидом В. Таунсендом из Университета Питтсбурга вместе с Роном Наттом, специалистом по системам ПЭТ. Это открыло широкие возможности для метаболической и анатомической визуализации онкологических больных. Первый прототип ПЭТ/КТ-сканера, спроектированный и построенный компанией CTI PET Systems в Ноксвилле, штат Теннесси, начал работу в 1998 году.
2018 MARS Bioimaging представляет технику color i трехмерная медицинская визуализация (9), которая вместо черно-белых фотографий внутренней части тела предлагает совершенно новое качество в медицине — цветные изображения.
В новом типе сканера используется технология Medipix, впервые разработанная для ученых из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) для отслеживания частиц в Большом адронном коллайдере с использованием компьютерных алгоритмов. Вместо того, чтобы записывать рентгеновские лучи, когда они проходят через ткани и как они поглощаются, сканер определяет точный уровень энергии рентгеновских лучей, когда они попадают на различные части тела. Затем он преобразует результаты в разные цвета, соответствующие костям, мышцам и другим тканям.
9. Цветной срез запястья, выполненный по технологии MARS Bioimaging.
Классификация медицинской визуализации
1. Рентген (рентген) это рентген тела с проецированием рентгеновских лучей на пленку или детектор. Мягкие ткани визуализируются после введения контраста. Метод, применяемый в основном при диагностике костной системы, отличается низкой точностью и малой контрастностью. Кроме того, облучение оказывает отрицательное воздействие – 99% дозы поглощается испытуемым организмом.
2. томография (греч. — поперечное сечение) — собирательное название методов диагностики, заключающихся в получении изображения поперечного сечения тела или его части. Томографические методы делятся на несколько групп:
- УЗИ (УЗИ) – неинвазивный метод, использующий волновые явления звука на границах различных сред. В нем используются ультразвуковые (2-5 МГц) и пьезоэлектрические преобразователи. Изображение движется в реальном времени;
- компьютерная томография (КТ) – использует управляемые компьютером рентгеновские лучи для создания изображений тела. Использование рентгеновских лучей приближает КТ к рентгену, но рентген и компьютерная томография дают разную информацию. Это правда, что опытный радиолог также может сделать вывод о трехмерном расположении, например, опухоли, по рентгеновскому изображению, но рентгеновские лучи, в отличие от КТ, по своей сути двумерны;
- магнитно-резонансная томография (МРТ) – этот вид томографии использует радиоволны для обследования пациентов, помещенных в сильное магнитное поле. Полученное изображение основано на радиоволнах, излучаемых исследуемыми тканями, которые генерируют более или менее интенсивные сигналы в зависимости от химической среды. Изображение тела пациента можно сохранить в виде компьютерных данных. МРТ, как и КТ, дает XNUMXD- и XNUMXD-изображения, но иногда является гораздо более чувствительным методом, особенно для различения мягких тканей;
- позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – регистрация компьютерных изображений изменений сахарного обмена, происходящих в тканях. Пациенту вводят инъекцию вещества, представляющего собой комбинацию сахара и сахара, меченного изотопами. Последнее позволяет определить местонахождение рака, поскольку раковые клетки поглощают молекулы сахара более эффективно, чем другие ткани организма. После приема меченого радиоактивным изотопом сахара пациент ложится прибл.
- 60 минут, пока отмеченный сахар циркулирует в его теле. Если в организме есть опухоль, в ней должен эффективно накапливаться сахар. Затем пациента, уложенного на стол, постепенно вводят в ПЭТ-сканер – 6-7 раз в течение 45-60 минут. Сканер ПЭТ используется для определения распределения сахара в тканях организма. Благодаря анализу КТ и ПЭТ можно лучше описать возможное новообразование. Обработанное компьютером изображение анализируется радиологом. ПЭТ может обнаружить аномалии, даже если другие методы указывают на нормальную природу ткани. Это также позволяет диагностировать рецидивы рака и определять эффективность лечения — когда опухоль уменьшается, ее клетки метаболизируют все меньше и меньше сахара;
- Однофотонная эмиссионная томография (ОФЭКТ) – томографическая техника в области ядерной медицины. С помощью гамма-излучения позволяет создать пространственное изображение биологической активности любого участка тела больного. Этот метод позволяет визуализировать кровоток и обмен веществ в заданной области. В нем используются радиофармпрепараты. Они представляют собой химические соединения, состоящие из двух элементов – трассера, представляющего собой радиоактивный изотоп, и носителя, способного откладываться в тканях и органах и преодолевать гематоэнцефалический барьер. Носители часто обладают свойством избирательно связываться с антителами опухолевых клеток. Они оседают в количествах, пропорциональных метаболизму;
- оптическая когерентная томография (ОКТ) – новый метод, аналогичный УЗИ, но пациента прощупывают с помощью пучка света (интерферометр). Используется для обследования глаз в дерматологии и стоматологии. Обратно рассеянный свет говорит о положении мест на пути светового луча, где изменяется показатель преломления.
3. Сцинтиграфия – мы получаем здесь изображение органов, и прежде всего их деятельности, с применением малых доз радиоактивных изотопов (радиофармпрепаратов). В основе этой методики лежит поведение некоторых фармацевтических препаратов в организме. Они действуют как транспортное средство для используемого изотопа. Меченый препарат накапливается в исследуемом органе. Радиоизотоп испускает ионизирующее излучение (чаще всего гамма-излучение), проникая за пределы организма, где регистрируется так называемым гамма-камера.
