Medikal na imaging

Natuklasan ni Wilhelm Roentgen ang x-ray noong 1896 at ang unang chest x-ray noong 1900. Pagkatapos ay ang X-ray tube. At kung ano ang hitsura ngayon. Malalaman mo sa artikulo sa ibaba.

1806 Si Philippe Bozzini ay bumuo ng endoscope sa Mainz, na naglalathala sa okasyon na "Der Lichtleiter" - isang aklat-aralin sa pag-aaral ng mga recesses ng katawan ng tao. Ang unang gumamit ng device na ito sa matagumpay na operasyon ay ang Frenchman na si Antonin Jean Desormeaux. Bago ang pag-imbento ng koryente, ginamit ang mga panlabas na pinagmumulan ng liwanag upang suriin ang pantog, matris, at colon, pati na rin ang mga lukab ng ilong.

1. Ang unang X-ray - ang kamay ng asawa ni Roentgen

1896 Natuklasan ni Wilhelm Roentgen ang mga X-ray at ang kanilang kakayahang tumagos sa mga solido. Ang mga unang espesyalista kung saan ipinakita niya ang kanyang "roentgenograms" ay hindi mga doktor, ngunit ang mga kasamahan ni Roentgen - mga physicist (1). Ang klinikal na potensyal ng imbensyon na ito ay nakilala pagkaraan ng ilang linggo, nang ang isang X-ray ng isang tipak ng salamin sa daliri ng isang apat na taong gulang na bata ay nai-publish sa isang medikal na journal. Sa susunod na ilang taon, ang komersyalisasyon at mass production ng X-ray tubes ay nagpakalat ng bagong teknolohiya sa buong mundo.

1900 Unang chest x-ray. Ang malawakang paggamit ng chest x-ray ay naging posible upang matukoy ang tuberculosis sa maagang yugto, na sa oras na iyon ay isa sa mga pinakakaraniwang sanhi ng kamatayan.

1906-1912 Ang mga unang pagtatangka na gumamit ng mga ahente ng kaibahan para sa mas mahusay na pagsusuri ng mga organo at sisidlan.

1913 Ang isang tunay na X-ray tube, na tinatawag na hot cathode vacuum tube, ay umuusbong, na gumagamit ng mahusay na kinokontrol na pinagmulan ng elektron dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng thermal emission. Nagbukas siya ng bagong panahon sa medikal at pang-industriyang radiological practice. Ang lumikha nito ay ang Amerikanong imbentor na si William D. Coolidge (2), na kilala bilang "ama ng X-ray tube." Kasama ang gumagalaw na grid na nilikha ng Chicago radiologist na si Hollis Potter, ginawa ng Coolidge lamp na isang napakahalagang kasangkapan ang radiography para sa mga manggagamot noong World War I.

1916 Hindi lahat ng radiograph ay madaling basahin - kung minsan ay tinatakpan ng mga tisyu o bagay ang sinusuri. Samakatuwid, ang Pranses na dermatologist na si André Bocage ay bumuo ng isang paraan ng paglabas ng X-ray mula sa iba't ibang mga anggulo, na nag-aalis ng gayong mga paghihirap. Ang kanyang .

1919 Lumilitaw ang pneumoencephalography, na isang invasive diagnostic procedure ng central nervous system. Binubuo ito sa pagpapalit ng bahagi ng cerebrospinal fluid ng hangin, oxygen o helium, na ipinakilala sa pamamagitan ng pagbutas sa spinal canal, at pagsasagawa ng x-ray ng ulo. Ang mga gas ay mahusay na kaibahan sa ventricular system ng utak, na naging posible upang makakuha ng isang imahe ng ventricles. Ang pamamaraan ay malawakang ginagamit sa kalagitnaan ng ika-80 siglo, ngunit halos ganap na inabandona noong XNUMXs, dahil ang pagsusuri ay lubhang masakit para sa pasyente at nauugnay sa isang malubhang panganib ng mga komplikasyon.

30s at 40s Sa pisikal na gamot at rehabilitasyon, ang enerhiya ng mga ultrasonic wave ay nagsisimula nang malawakang ginagamit. Ang Russian Sergey Sokolov ay nag-eeksperimento sa paggamit ng ultrasound upang mahanap ang mga depekto sa metal. Noong 1939, gumamit siya ng dalas na 3 GHz, na, gayunpaman, ay hindi nagbibigay ng kasiya-siyang resolusyon ng imahe. Noong 1940, ipinakita nina Heinrich Gohr at Thomas Wedekind ng Medical University of Cologne, Germany, sa kanilang artikulong "Der Ultraschall in der Medizin" ang posibilidad ng ultrasound diagnostics batay sa echo-reflex techniques na katulad ng ginamit sa pagtuklas ng mga depekto sa metal. .

Ipinagpalagay ng mga may-akda na ang pamamaraang ito ay magbibigay-daan sa pagtuklas ng mga tumor, exudate, o abscesses. Gayunpaman, hindi nila mai-publish ang mga nakakumbinsi na resulta ng kanilang mga eksperimento. Kilala rin ang mga ultrasonic na medikal na eksperimento ng Austrian na si Karl T. Dussik, isang neurologist mula sa Unibersidad ng Vienna sa Austria, na nagsimula noong huling bahagi ng 30s.

1937 Ang Polish mathematician na si Stefan Kaczmarz ay bumalangkas sa kanyang akda na "Technique of Algebraic Reconstruction" ng teoretikal na pundasyon ng paraan ng algebraic reconstruction, na pagkatapos ay inilapat sa computed tomography at digital signal processing.

40s. Ang pagpapakilala ng isang tomographic na imahe gamit ang isang x-ray tube na pinaikot sa katawan ng pasyente o mga indibidwal na organo. Ginawa nitong posible na makita ang mga detalye ng anatomya at mga pagbabago sa pathological sa mga seksyon.

1946 Ang mga Amerikanong pisiko na sina Edward Purcell at Felix Bloch ay nakapag-iisa na nag-imbento ng nuclear magnetic resonance na NMR (3). Sila ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics para sa "pagbuo ng mga bagong pamamaraan ng tumpak na pagsukat at mga kaugnay na pagtuklas sa larangan ng nuclear magnetism."

3. Set ng NMR equipment

1950 tumataas scanner prostoliniowy, pinagsama-sama ni Benedict Cassin. Ang device sa bersyong ito ay ginamit hanggang sa unang bahagi ng 70s na may iba't ibang radioactive isotope-based na mga parmasyutiko sa mga organo ng imahe sa buong katawan.

1953 Gumagawa si Gordon Brownell ng Massachusetts Institute of Technology ng isang device na siyang nangunguna sa modernong PET camera. Sa tulong niya, siya, kasama ang neurosurgeon na si William H. Sweet, ay namamahala sa pag-diagnose ng mga tumor sa utak.

1955 Ginagawa ang mga dynamic na x-ray image intensifier na ginagawang posible na makakuha ng mga x-ray na larawan ng mga gumagalaw na larawan ng mga tissue at organ. Ang mga x-ray na ito ay nagbigay ng bagong impormasyon tungkol sa mga paggana ng katawan gaya ng pagtibok ng puso at ng sistema ng sirkulasyon.

1955-1958 Ang Scottish na doktor na si Ian Donald ay nagsimulang malawakang gumamit ng mga pagsusuri sa ultrasound para sa medikal na diagnosis. Siya ay isang gynecologist. Ang kanyang artikulong "Investigation of Abdominal Masses with Pulsed Ultrasound", na inilathala noong Hunyo 7, 1958 sa medikal na journal na The Lancet, ay tinukoy ang paggamit ng teknolohiya ng ultrasound at inilatag ang pundasyon para sa prenatal diagnosis (4).

1957 Ang unang fiber optic endoscope ay binuo - ang gastroenterologist na si Basili Hirshowitz at ang kanyang mga kasamahan mula sa University of Michigan ay nagpapatent ng fiber optic, semi-flexible gastroscope.

1958 Ang Hal Oscar Anger ay nagtatanghal sa taunang pagpupulong ng American Society para sa Nuclear Medicine ng isang silid ng scintillation na nagbibigay-daan para sa dinamikong imaging ng mga organo ng tao. Ang aparato ay pumapasok sa merkado pagkatapos ng isang dekada.

1963 Ang bagong gawang Dr. David Kuhl, kasama ang kanyang kaibigan, inhinyero na si Roy Edwards, ay ipinakita sa mundo ang unang pinagsamang gawain, ang resulta ng ilang taon ng paghahanda: ang unang kagamitan sa mundo para sa tinatawag na. emission tomographyna tinatawag nilang Mark II. Sa mga sumunod na taon, mas tumpak na mga teorya at mga modelo ng matematika ang binuo, maraming pag-aaral ang isinagawa, at parami nang parami ang mga advanced na makina ang naitayo. Sa wakas, noong 1976, nilikha ni John Keyes ang unang SPECT machine - single photon emission tomography - batay sa karanasan nina Cool at Edwards.

1967-1971 Gamit ang algebraic method ni Stefan Kaczmarz, ang English electrical engineer na si Godfrey Hounsfield ay lumilikha ng theoretical foundations ng computed tomography. Sa mga sumunod na taon, itinayo niya ang unang gumaganang EMI CT scanner (5), kung saan, noong 1971, ang unang pagsusuri ng isang tao ay isinasagawa sa Atkinson Morley Hospital sa Wimbledon. Ang aparato ay inilagay sa produksyon noong 1973. Noong 1979, si Hounsfield, kasama ang American physicist na si Allan M. Cormack, ay ginawaran ng Nobel Prize para sa kanilang kontribusyon sa pagbuo ng computed tomography.

5. EMI Scanner

1973 Natuklasan ng American chemist na si Paul Lauterbur (6) na sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga gradient ng magnetic field na dumadaan sa isang partikular na substance, masusuri at malalaman ng isa ang komposisyon ng substance na ito. Ginagamit ng siyentipiko ang pamamaraan na ito upang lumikha ng isang imahe na nagpapakilala sa pagitan ng normal at mabigat na tubig. Batay sa kanyang trabaho, ang Ingles na physicist na si Peter Mansfield ay bumuo ng kanyang sariling teorya at nagpapakita kung paano gumawa ng mabilis at tumpak na imahe ng panloob na istraktura.

Ang resulta ng gawain ng parehong mga siyentipiko ay isang non-invasive na medikal na pagsusuri, na kilala bilang magnetic resonance imaging o MRI. Noong 1977, ang MRI machine, na binuo ng mga Amerikanong manggagamot na sina Raymond Damadian, Larry Minkoff at Michael Goldsmith, ay unang ginamit upang pag-aralan ang isang tao. Sina Lauterbur at Mansfield ay magkatuwang na ginawaran ng 2003 Nobel Prize sa Physiology o Medicine.

1974 Gumagawa ang Amerikanong si Michael Phelps ng Positron Emission Tomography (PET) camera. Ang unang komersyal na PET scanner ay nilikha salamat sa gawa ni Phelps at Michel Ter-Poghosyan, na nanguna sa pagbuo ng system sa EG&G ORTEC. Ang scanner ay na-install sa UCLA noong 1974. Dahil ang mga selula ng kanser ay nag-metabolize ng glucose nang sampung beses na mas mabilis kaysa sa mga normal na selula, lumilitaw ang mga malignant na tumor bilang mga maliliwanag na spot sa isang PET scan (7).

1976 Ang Surgeon Andreas Grünzig ay nagpapakita ng coronary angioplasty sa University Hospital Zurich, Switzerland. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng fluoroscopy upang gamutin ang stenosis ng daluyan ng dugo.

1978 tumataas digital radiography. Sa unang pagkakataon, ang isang imahe mula sa isang X-ray system ay na-convert sa isang digital na file, na pagkatapos ay maaaring iproseso para sa isang mas malinaw na diagnosis at naka-imbak nang digital para sa hinaharap na pananaliksik at pagsusuri.

80s. Ipinakilala ni Douglas Boyd ang paraan ng electron beam tomography. Gumamit ang mga EBT scanner ng magnetically controlled beam ng mga electron upang lumikha ng ring ng X-ray.

1984 Lumilitaw ang unang 3D imaging gamit ang mga digital na computer at data ng CT o MRI, na nagreresulta sa mga XNUMXD na larawan ng mga buto at organo.

1989 Ginagamit ang spiral computed tomography (spiral CT). Ito ay isang pagsubok na pinagsasama ang tuluy-tuloy na pag-ikot na paggalaw ng lamp-detector system at paggalaw ng talahanayan sa ibabaw ng pagsubok na ibabaw (8). Ang isang mahalagang bentahe ng spiral tomography ay ang pagbawas ng oras ng pagsusuri (pinapayagan ka nitong makakuha ng isang imahe ng ilang dosenang mga layer sa isang pag-scan na tumatagal ng ilang segundo), ang koleksyon ng mga pagbabasa mula sa buong volume, kabilang ang mga layer ng organ, na kung saan ay nasa pagitan ng mga pag-scan gamit ang tradisyonal na CT, pati na rin ang pinakamainam na pagbabago ng pag-scan salamat sa bagong software . Ang pioneer ng bagong pamamaraan ay Siemens Director of Research and Development Dr. Willy A. Kalender. Ang iba pang mga tagagawa ay sumunod sa mga yapak ng Siemens.

8. Scheme ng spiral computed tomography

1993 Bumuo ng isang echoplanar imaging (EPI) na pamamaraan na magbibigay-daan sa mga MRI system na makakita ng matinding stroke sa maagang yugto. Nagbibigay din ang EPI ng functional imaging ng, halimbawa, aktibidad ng utak, na nagpapahintulot sa mga clinician na pag-aralan ang function ng iba't ibang bahagi ng utak.

1998 Ang tinatawag na multimodal PET na pagsusuri kasama ang computed tomography. Ginawa ito ni Dr. David W. Townsend ng Unibersidad ng Pittsburgh, kasama si Ron Nutt, isang espesyalista sa PET systems. Nagbukas ito ng magagandang pagkakataon para sa metabolic at anatomical imaging ng mga pasyente ng cancer. Ang unang prototype na PET/CT scanner, na idinisenyo at ginawa ng CTI PET Systems sa Knoxville, Tennessee, ay naging live noong 1998.

2018 Ipinakilala ng MARS Bioimaging ang color i technique XNUMXD na medikal na imaging (9), na, sa halip na itim at puti na mga larawan ng loob ng katawan, ay nag-aalok ng ganap na bagong kalidad sa medisina - mga larawang may kulay.

Ang bagong uri ng scanner ay gumagamit ng teknolohiyang Medipix, na unang binuo para sa mga siyentipiko sa European Organization for Nuclear Research (CERN) upang subaybayan ang mga particle sa Large Hadron Collider gamit ang mga algorithm ng computer. Sa halip na i-record ang mga X-ray habang dumadaan ang mga ito sa mga tissue at kung paano sila nasisipsip, tinutukoy ng scanner ang eksaktong antas ng enerhiya ng X-ray habang tumatama ang mga ito sa iba't ibang bahagi ng katawan. Pagkatapos ay iko-convert nito ang mga resulta sa iba't ibang kulay upang tumugma sa mga buto, kalamnan, at iba pang mga tisyu.

9. May kulay na seksyon ng pulso, na ginawa gamit ang teknolohiyang MARS Bioimaging.

Pag-uuri ng medikal na imaging

1. X-ray (X-ray) ito ay isang x-ray ng katawan na may projection ng mga x-ray sa isang pelikula o detector. Ang mga malambot na tisyu ay nakikita pagkatapos ng contrast injection. Ang pamamaraan, na pangunahing ginagamit sa pagsusuri ng skeletal system, ay nailalarawan sa mababang katumpakan at mababang kaibahan. Bilang karagdagan, ang radiation ay may negatibong epekto - 99% ng dosis ay hinihigop ng pagsubok na organismo.

2. tomography (Griyego - cross section) - ang kolektibong pangalan ng mga diagnostic na pamamaraan, na binubuo sa pagkuha ng isang imahe ng isang cross section ng isang katawan o bahagi nito. Ang mga pamamaraan ng tomographic ay nahahati sa ilang mga grupo:

• UZI (UZI) ay isang non-invasive na pamamaraan na gumagamit ng wave phenomena ng tunog sa mga hangganan ng iba't ibang media. Gumagamit ito ng ultrasonic (2-5 MHz) at piezoelectric transducers. Ang imahe ay gumagalaw sa real time;
• computed tomography (CT) gumagamit ng mga x-ray na kinokontrol ng computer upang lumikha ng mga larawan ng katawan. Ang paggamit ng x-ray ay naglalapit sa CT sa x-ray, ngunit ang x-ray at computed tomography ay nagbibigay ng iba't ibang impormasyon. Totoo na ang isang bihasang radiologist ay maaari ding maghinuha ng three-dimensional na lokasyon ng, halimbawa, isang tumor mula sa isang X-ray na imahe, ngunit ang X-ray, hindi tulad ng CT scan, ay likas na dalawang-dimensional;
• magnetic resonance imaging (MRI) - Ang ganitong uri ng tomography ay gumagamit ng mga radio wave upang suriin ang mga pasyente na inilagay sa isang malakas na magnetic field. Ang resultang imahe ay batay sa mga radio wave na ibinubuga ng napagmasdan na mga tisyu, na bumubuo ng higit pa o hindi gaanong matinding mga signal depende sa kemikal na kapaligiran. Ang imahe ng katawan ng pasyente ay maaaring i-save bilang data ng computer. Ang MRI, tulad ng CT, ay gumagawa ng mga larawan ng XNUMXD at XNUMXD, ngunit kung minsan ay isang mas sensitibong pamamaraan, lalo na para sa pagkilala sa mga malambot na tisyu;
• positron emission tomography (PET) - pagpaparehistro ng mga larawan sa computer ng mga pagbabago sa metabolismo ng asukal na nagaganap sa mga tisyu. Ang pasyente ay tinuturok ng isang sangkap na kumbinasyon ng asukal at asukal na may label na isotopically. Ang huli ay ginagawang posible upang mahanap ang kanser, dahil ang mga selula ng kanser ay kumukuha ng mga molekula ng asukal nang mas mahusay kaysa sa iba pang mga tisyu sa katawan. Pagkatapos ng paglunok ng asukal na may radioactively label, humiga ang pasyente nang humigit-kumulang.
• 60 minuto habang umiikot sa kanyang katawan ang markadong asukal. Kung may tumor sa katawan, ang asukal ay dapat na mahusay na naipon dito. Pagkatapos ang pasyente, inilatag sa mesa, ay unti-unting ipinakilala sa PET scanner - 6-7 beses sa loob ng 45-60 minuto. Ang PET scanner ay ginagamit upang matukoy ang pamamahagi ng asukal sa mga tisyu ng katawan. Salamat sa pagsusuri ng CT at PET, ang isang posibleng neoplasm ay maaaring mas mahusay na inilarawan. Ang imaheng naproseso sa computer ay sinusuri ng isang radiologist. Ang PET ay maaaring makakita ng mga abnormalidad kahit na ang ibang mga pamamaraan ay nagpapahiwatig ng normal na katangian ng tissue. Ginagawa rin nitong posible na masuri ang mga pagbabalik ng kanser at matukoy ang pagiging epektibo ng paggamot - habang lumiliit ang tumor, ang mga selula nito ay nag-metabolize ng mas kaunting asukal;
• Single photon emission tomography (SPECT) – Tomographic technique sa larangan ng nuclear medicine. Sa tulong ng gamma radiation, pinapayagan ka nitong lumikha ng isang spatial na imahe ng biological na aktibidad ng anumang bahagi ng katawan ng pasyente. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang mailarawan ang daloy ng dugo at metabolismo sa isang partikular na lugar. Gumagamit ito ng radiopharmaceuticals. Ang mga ito ay mga kemikal na compound na binubuo ng dalawang elemento - isang tracer, na isang radioactive isotope, at isang carrier na maaaring ideposito sa mga tisyu at organo at malampasan ang hadlang ng dugo-utak. Ang mga carrier ay kadalasang may ari-arian na piling nagbubuklod sa mga antibodies ng selula ng tumor. Sila ay tumira sa dami na proporsyonal sa metabolismo; 
• optical coherence tomography (OCT) - isang bagong paraan na katulad ng ultrasound, ngunit ang pasyente ay sinusuri ng isang sinag ng liwanag (interferometer). Ginagamit para sa pagsusuri sa mata sa dermatolohiya at pagpapagaling ng ngipin. Ang backscattered light ay nagpapahiwatig ng posisyon ng mga lugar sa daanan ng light beam kung saan nagbabago ang refractive index.

3. Scintigraphy - nakuha namin dito ang isang imahe ng mga organo, at higit sa lahat ng kanilang aktibidad, gamit ang maliit na dosis ng radioactive isotopes (radiopharmaceuticals). Ang pamamaraan na ito ay batay sa pag-uugali ng ilang mga parmasyutiko sa katawan. Gumaganap sila bilang isang sasakyan para sa isotope na ginamit. Naiipon ang may label na gamot sa organ na pinag-aaralan. Ang radioisotope ay naglalabas ng ionizing radiation (madalas na gamma radiation), na tumatagos sa labas ng katawan, kung saan naitala ang tinatawag na gamma camera.