Pengimejan perubatan

Pada tahun 1896, Wilhelm Roentgen menemui X-ray, dan pada tahun 1900, X-ray dada pertama. Kemudian datang tiub X-ray. Dan bagaimana rupanya hari ini. Anda akan mengetahui dalam artikel di bawah.

1806 Philippe Bozzini membangunkan endoskop di Mainz, menerbitkan pada majlis "Der Lichtleiter" - buku teks mengenai kajian ceruk badan manusia. Orang pertama yang menggunakan peranti ini dalam operasi yang berjaya ialah lelaki Perancis Antonin Jean Desormeaux. Sebelum penciptaan elektrik, sumber cahaya luaran digunakan untuk memeriksa pundi kencing, rahim, dan kolon, serta rongga hidung.

1. X-ray pertama - tangan isteri Roentgen

1896 Wilhelm Roentgen menemui sinar-X dan keupayaannya untuk menembusi pepejal. Pakar pertama yang dia tunjukkan "roentgenograms"nya bukanlah doktor, tetapi rakan sekerja Roentgen - ahli fizik (1). Potensi klinikal ciptaan ini diiktiraf beberapa minggu kemudian, apabila sinar-X serpihan kaca di jari kanak-kanak berusia empat tahun diterbitkan dalam jurnal perubatan. Dalam beberapa tahun akan datang, pengkomersilan dan pengeluaran besar-besaran tiub sinar-X menyebarkan teknologi baharu ke seluruh dunia.

1900 X-ray dada pertama. Penggunaan x-ray dada yang meluas memungkinkan untuk mengesan tuberkulosis pada peringkat awal, yang pada masa itu merupakan salah satu punca kematian yang paling biasa.

1906-1912 Percubaan pertama menggunakan agen kontras untuk pemeriksaan organ dan saluran yang lebih baik.

1913 Tiub sinar-X sebenar, yang dipanggil tiub vakum katod panas, sedang muncul, yang menggunakan sumber elektron terkawal yang cekap disebabkan oleh fenomena pelepasan haba. Beliau membuka era baru dalam amalan radiologi perubatan dan industri. Penciptanya ialah pencipta Amerika William D. Coolidge (2), yang lebih dikenali sebagai "bapa tiub sinar-X." Bersama-sama dengan grid boleh alih yang dicipta oleh ahli radiologi Chicago Hollis Potter, lampu Coolidge menjadikan radiografi sebagai alat yang tidak ternilai untuk pakar perubatan semasa Perang Dunia I.

1916 Tidak semua radiograf mudah dibaca - kadangkala tisu atau objek mengaburkan perkara yang sedang diperiksa. Oleh itu, pakar dermatologi Perancis André Bocage membangunkan kaedah memancarkan sinar-X dari sudut yang berbeza, yang menghapuskan kesukaran tersebut. miliknya.

1919 Pneumoencephalography muncul, yang merupakan prosedur diagnostik invasif sistem saraf pusat. Ia terdiri daripada menggantikan sebahagian daripada cecair serebrospinal dengan udara, oksigen atau helium, yang dimasukkan melalui tusukan ke dalam saluran tulang belakang, dan melakukan x-ray kepala. Gas-gas itu berbeza dengan sistem ventrikel otak, yang memungkinkan untuk mendapatkan imej ventrikel. Kaedah ini digunakan secara meluas pada pertengahan abad ke-80, tetapi hampir sepenuhnya ditinggalkan pada tahun XNUMX-an, kerana pemeriksaan itu sangat menyakitkan bagi pesakit dan dikaitkan dengan risiko komplikasi yang serius.

30an dan 40an Dalam perubatan fizikal dan pemulihan, tenaga gelombang ultrasonik mula digunakan secara meluas. Sergey Sokolov Rusia sedang bereksperimen dengan penggunaan ultrasound untuk mencari kecacatan logam. Pada tahun 1939, dia menggunakan frekuensi 3 GHz, yang, bagaimanapun, tidak memberikan resolusi imej yang memuaskan. Pada tahun 1940, Heinrich Gohr dan Thomas Wedekind dari Universiti Perubatan Cologne, Jerman, membentangkan dalam artikel mereka "Der Ultraschall in der Medizin" kemungkinan diagnostik ultrasound berdasarkan teknik gema-refleks yang serupa dengan yang digunakan dalam pengesanan kecacatan logam. .

Penulis membuat hipotesis bahawa kaedah ini akan membolehkan pengesanan tumor, eksudat, atau abses. Walau bagaimanapun, mereka tidak dapat menerbitkan hasil percubaan mereka yang meyakinkan. Juga dikenali ialah eksperimen perubatan ultrasonik dari Austria Karl T. Dussik, pakar neurologi dari Universiti Vienna di Austria, bermula pada lewat 30-an.

1937 Ahli matematik Poland Stefan Kaczmarz merumuskan dalam karyanya "Teknik Pembinaan Semula Algebra" asas teori kaedah pembinaan semula algebra, yang kemudiannya digunakan dalam tomografi yang dikira dan pemprosesan isyarat digital.

40-an. Pengenalan imej tomografi menggunakan tiub x-ray yang diputar di sekeliling badan pesakit atau organ individu. Ini memungkinkan untuk melihat butiran anatomi dan perubahan patologi dalam bahagian.

1946 Ahli fizik Amerika Edward Purcell dan Felix Bloch secara bebas mencipta resonans magnet nuklear NMR (3). Mereka telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik untuk "pembangunan kaedah baru pengukuran tepat dan penemuan berkaitan dalam bidang kemagnetan nuklear."

3. Set peralatan NMR

1950 naik pengimbas rectilinear, disusun oleh Benedict Cassin. Peranti dalam versi ini telah digunakan sehingga awal 70-an dengan pelbagai farmaseutikal berasaskan isotop radioaktif untuk imej organ di seluruh badan.

1953 Gordon Brownell dari Massachusetts Institute of Technology mencipta peranti yang menjadi pelopor kepada kamera PET moden. Dengan bantuannya, dia, bersama pakar bedah saraf William H. Sweet, berjaya mendiagnosis tumor otak.

1955 Penghebat imej x-ray dinamik sedang dibangunkan yang memungkinkan untuk mendapatkan imej x-ray imej bergerak tisu dan organ. X-ray ini telah memberikan maklumat baru tentang fungsi badan seperti jantung yang berdegup dan sistem peredaran darah.

1955-1958 Doktor Scotland Ian Donald mula menggunakan ujian ultrasound secara meluas untuk diagnosis perubatan. Dia seorang pakar sakit puan. Artikelnya "Penyiasatan Jisim Perut dengan Ultrasound Berdenyut", diterbitkan pada 7 Jun 1958 dalam jurnal perubatan The Lancet, mentakrifkan penggunaan teknologi ultrasound dan meletakkan asas untuk diagnosis pranatal (4).

1957 Endoskop gentian optik pertama dibangunkan - ahli gastroenterologi Basili Hirshowitz dan rakan-rakannya dari Universiti Michigan mematenkan gentian optik, gastroskop separa fleksibel.

1958 Hal Oscar Anger membentangkan pada mesyuarat tahunan Persatuan Perubatan Nuklear Amerika sebuah ruang kilauan yang membolehkan dinamik pengimejan organ manusia. Peranti memasuki pasaran selepas sedekad.

1963 Dr. David Kuhl yang baru dicetak, bersama rakannya, jurutera Roy Edwards, mempersembahkan kepada dunia kerja bersama yang pertama, hasil daripada beberapa tahun penyediaan: alat pertama di dunia untuk apa yang dipanggil. tomografi pelepasanyang mereka panggil Mark II. Pada tahun-tahun berikutnya, teori dan model matematik yang lebih tepat telah dibangunkan, banyak kajian telah dijalankan, dan semakin banyak mesin yang lebih maju dibina. Akhirnya, pada tahun 1976, John Keyes mencipta mesin SPECT pertama - tomografi pelepasan foton tunggal - berdasarkan pengalaman Cool dan Edwards.

1967-1971 Menggunakan kaedah algebra Stefan Kaczmarz, jurutera elektrik Inggeris Godfrey Hounsfield mencipta asas teori tomografi berkomputer. Pada tahun-tahun berikutnya, beliau membina pengimbas EMI CT (5) yang berfungsi pertama, di mana, pada tahun 1971, pemeriksaan pertama seseorang dijalankan di Hospital Atkinson Morley di Wimbledon. Peranti telah dimasukkan ke dalam pengeluaran pada tahun 1973. Pada tahun 1979, Hounsfield, bersama ahli fizik Amerika Allan M. Cormack, telah dianugerahkan Hadiah Nobel untuk sumbangan mereka kepada pembangunan tomografi berkomputer.

5. Pengimbas EMI

1973 Ahli kimia Amerika Paul Lauterbur (6) mendapati bahawa dengan memperkenalkan kecerunan medan magnet yang melalui bahan tertentu, seseorang boleh menganalisis dan mengetahui komposisi bahan ini. Para saintis menggunakan teknik ini untuk mencipta imej yang membezakan antara air biasa dan air berat. Berdasarkan kerjanya, ahli fizik Inggeris Peter Mansfield membina teorinya sendiri dan menunjukkan cara membuat imej struktur dalaman yang cepat dan tepat.

Hasil kerja kedua-dua saintis ialah pemeriksaan perubatan bukan invasif, yang dikenali sebagai pengimejan resonans magnetik atau MRI. Pada tahun 1977, mesin MRI, yang dibangunkan oleh pakar perubatan Amerika Raymond Damadian, Larry Minkoff, dan Michael Goldsmith, pertama kali digunakan untuk memeriksa seseorang. Lauterbur dan Mansfield telah dianugerahkan bersama Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan 2003.

1974 Michael Phelps dari Amerika sedang membangunkan kamera Positron Emission Tomography (PET). Pengimbas PET komersial pertama telah dicipta berkat kerja Phelps dan Michel Ter-Poghosyan, yang mengetuai pembangunan sistem di EG&G ORTEC. Pengimbas telah dipasang di UCLA pada tahun 1974. Oleh kerana sel-sel kanser memetabolismekan glukosa sepuluh kali lebih cepat daripada sel normal, tumor malignan muncul sebagai bintik-bintik terang pada imbasan PET (7).

1976 Pakar Bedah Andreas Grünzig menyampaikan angioplasti koronari di Hospital Universiti Zurich, Switzerland. Kaedah ini menggunakan fluoroskopi untuk merawat stenosis saluran darah.

1978 naik radiografi digital. Buat pertama kalinya, imej daripada sistem sinar-X ditukar kepada fail digital, yang kemudiannya boleh diproses untuk diagnosis yang lebih jelas dan disimpan secara digital untuk penyelidikan dan analisis masa hadapan.

80-an. Douglas Boyd memperkenalkan kaedah tomografi rasuk elektron. Pengimbas EBT menggunakan pancaran elektron yang dikawal secara magnetik untuk mencipta cincin sinar-X.

1984 Pengimejan 3D pertama menggunakan komputer digital dan data CT atau MRI muncul, menghasilkan imej XNUMXD tulang dan organ.

1989 Spiral computed tomography (spiral CT) mula digunakan. Ini ialah ujian yang menggabungkan pergerakan putaran berterusan sistem pengesan lampu dan pergerakan meja di atas permukaan ujian (8). Kelebihan penting tomografi spiral ialah pengurangan masa peperiksaan (ia membolehkan anda memperoleh imej beberapa dozen lapisan dalam satu imbasan yang berlangsung beberapa saat), pengumpulan bacaan dari keseluruhan volum, termasuk lapisan organ, yang berada di antara imbasan dengan CT tradisional, serta transformasi optimum imbasan terima kasih kepada perisian baharu . Perintis kaedah baharu itu ialah Pengarah Penyelidikan dan Pembangunan Siemens Dr. Willy A. Kalender. Pengeluar lain tidak lama kemudian mengikuti jejak Siemens.

8. Skim tomografi terkira lingkaran

1993 Membangunkan teknik pengimejan echoplanar (EPI) yang akan membolehkan sistem MRI mengesan strok akut pada peringkat awal. EPI juga menyediakan pengimejan berfungsi, sebagai contoh, aktiviti otak, membolehkan doktor mengkaji fungsi bahagian otak yang berlainan.

1998 Peperiksaan PET multimodal yang dipanggil bersama dengan tomografi yang dikira. Ini telah dilakukan oleh Dr. David W. Townsend dari Universiti Pittsburgh, bersama Ron Nutt, pakar sistem PET. Ini telah membuka peluang besar untuk pengimejan metabolik dan anatomi pesakit kanser. Pengimbas PET/CT prototaip pertama, direka dan dibina oleh CTI PET Systems di Knoxville, Tennessee, disiarkan secara langsung pada tahun 1998.

2018 MARS Bioimaging memperkenalkan teknik warna i Pengimejan perubatan XNUMXD (9), yang, bukannya gambar hitam putih bahagian dalam badan, menawarkan kualiti baru dalam perubatan - imej berwarna.

Pengimbas jenis baharu menggunakan teknologi Medipix, pertama kali dibangunkan untuk saintis di Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN) untuk mengesan zarah di Large Hadron Collider menggunakan algoritma komputer. Daripada merakam sinar-X semasa ia melalui tisu dan cara ia diserap, pengimbas menentukan tahap tenaga tepat sinar-X apabila ia mengenai bahagian badan yang berlainan. Ia kemudian menukar keputusan kepada warna yang berbeza untuk memadankan tulang, otot dan tisu lain.

9. Bahagian berwarna pada pergelangan tangan, dibuat menggunakan teknologi MARS Bioimaging.

Klasifikasi pengimejan perubatan

1. X-ray (X-ray) ini ialah x-ray badan dengan unjuran x-ray pada filem atau pengesan. Tisu lembut divisualisasikan selepas suntikan kontras. Kaedah, yang digunakan terutamanya dalam diagnosis sistem rangka, dicirikan oleh ketepatan yang rendah dan kontras yang rendah. Di samping itu, sinaran mempunyai kesan negatif - 99% daripada dos diserap oleh organisma ujian.

2. tomografi (Greek - keratan rentas) - nama kolektif kaedah diagnostik, yang terdiri daripada mendapatkan imej keratan rentas badan atau sebahagian daripadanya. Kaedah tomografi dibahagikan kepada beberapa kumpulan:

• Ultrasound (ultrasound) adalah kaedah bukan invasif yang menggunakan fenomena gelombang bunyi di sempadan pelbagai media. Ia menggunakan ultrasonik (2-5 MHz) dan transduser piezoelektrik. Imej bergerak dalam masa nyata;
• tomografi terkira (CT) menggunakan x-ray dikawal komputer untuk mencipta imej badan. Penggunaan x-ray membawa CT lebih dekat kepada x-ray, tetapi x-ray dan tomografi berkomputer memberikan maklumat yang berbeza. Memang benar bahawa ahli radiologi yang berpengalaman juga boleh membuat kesimpulan lokasi tiga dimensi, sebagai contoh, tumor daripada imej X-ray, tetapi X-ray, tidak seperti imbasan CT, sememangnya dua dimensi;
• pengimejan resonans magnetik (MRI) - tomografi jenis ini menggunakan gelombang radio untuk memeriksa pesakit yang diletakkan dalam medan magnet yang kuat. Imej yang terhasil adalah berdasarkan gelombang radio yang dipancarkan oleh tisu yang diperiksa, yang menghasilkan isyarat yang lebih atau kurang sengit bergantung pada persekitaran kimia. Imej badan pesakit boleh disimpan sebagai data komputer. MRI, seperti CT, menghasilkan imej XNUMXD dan XNUMXD, tetapi kadangkala kaedah yang lebih sensitif, terutamanya untuk membezakan tisu lembut;
• tomografi pelepasan positron (PET) - pendaftaran imej komputer perubahan dalam metabolisme gula yang berlaku dalam tisu. Pesakit disuntik dengan bahan yang merupakan gabungan gula dan gula berlabel isotop. Yang terakhir memungkinkan untuk mengesan kanser, kerana sel kanser mengambil molekul gula dengan lebih cekap daripada tisu lain dalam badan. Selepas pengambilan gula berlabel radioaktif, pesakit berbaring selama lebih kurang.
• 60 minit manakala gula bertanda beredar di dalam badannya. Sekiranya terdapat tumor dalam badan, gula mesti terkumpul dengan cekap di dalamnya. Kemudian pesakit, diletakkan di atas meja, secara beransur-ansur diperkenalkan ke dalam pengimbas PET - 6-7 kali dalam masa 45-60 minit. Pengimbas PET digunakan untuk menentukan pengedaran gula dalam tisu badan. Terima kasih kepada analisis CT dan PET, kemungkinan neoplasma boleh dijelaskan dengan lebih baik. Imej yang diproses komputer dianalisis oleh ahli radiologi. PET boleh mengesan keabnormalan walaupun kaedah lain menunjukkan sifat normal tisu. Ia juga memungkinkan untuk mendiagnosis kanser berulang dan menentukan keberkesanan rawatan - apabila tumor mengecut, sel-selnya memetabolismekan semakin kurang gula;
• Tomografi pelepasan foton tunggal (SPECT) – teknik tomografi dalam bidang perubatan nuklear. Dengan bantuan sinaran gamma, ia membolehkan anda membuat imej spatial aktiviti biologi mana-mana bahagian badan pesakit. Kaedah ini membolehkan anda menggambarkan aliran darah dan metabolisme di kawasan tertentu. Ia menggunakan radiofarmaseutikal. Ia adalah sebatian kimia yang terdiri daripada dua unsur - pengesan, yang merupakan isotop radioaktif, dan pembawa yang boleh disimpan dalam tisu dan organ dan mengatasi halangan darah-otak. Pembawa selalunya mempunyai sifat mengikat secara selektif kepada antibodi sel tumor. Mereka menetap dalam kuantiti yang berkadar dengan metabolisme; 
• tomografi koheren optik (OCT) - kaedah baru yang serupa dengan ultrasound, tetapi pesakit disiasat dengan pancaran cahaya (interferometer). Digunakan untuk pemeriksaan mata dalam dermatologi dan pergigian. Cahaya berselerak belakang menunjukkan kedudukan tempat di sepanjang laluan pancaran cahaya di mana indeks biasan berubah.

3. Scintigraphy - kami mendapat di sini imej organ, dan di atas semua aktiviti mereka, menggunakan dos kecil isotop radioaktif (radiofarmaseutikal). Teknik ini berdasarkan tingkah laku farmaseutikal tertentu dalam badan. Mereka bertindak sebagai kenderaan untuk isotop yang digunakan. Dadah berlabel terkumpul di dalam organ yang dikaji. Radioisotop memancarkan sinaran mengion (paling kerap sinaran gamma), menembusi di luar badan, di mana apa yang dipanggil kamera gamma dirakam.