Lékařské zobrazování

V roce 1896 Wilhelm Roentgen objevil rentgenové záření a v roce 1900 první rentgen hrudníku. Pak přijde na řadu rentgenka. A jak to vypadá dnes. To se dozvíte v článku níže.

1806 Philippe Bozzini vyvíjí endoskop v Mohuči a u příležitosti vydává "Der Lichtleiter" - učebnici studia zákoutí lidského těla. První, kdo použil toto zařízení v úspěšné operaci, byl Francouz Antonin Jean Desormeaux. Před vynálezem elektřiny se vnější zdroje světla používaly k vyšetření močového měchýře, dělohy a tlustého střeva a také nosních dutin.

1. První rentgen – ruka Roentgenovy manželky

1896 Wilhelm Roentgen objevuje rentgenové paprsky a jejich schopnost pronikat pevnými látkami. Prvními specialisty, kterým ukázal své „roentgenogramy“, nebyli lékaři, ale Roentgenovi kolegové – fyzici (1). Klinický potenciál tohoto vynálezu byl rozpoznán o několik týdnů později, když byl v lékařském časopise publikován rentgenový snímek úlomku skla v prstu čtyřletého dítěte. Během několika příštích let komercializace a hromadná výroba rentgenových trubic rozšířila novou technologii po celém světě.

1900 První rentgen hrudníku. Rozšířené používání rentgenu hrudníku umožnilo odhalit tuberkulózu v raném stadiu, která v té době byla jednou z nejčastějších příčin úmrtí.

1906-1912 První pokusy o použití kontrastních látek pro lepší vyšetření orgánů a cév.

1913 Vzniká skutečná rentgenka, nazývaná vakuová trubice s horkou katodou, která využívá účinný řízený zdroj elektronů díky fenoménu tepelné emise. Otevřel novou éru v lékařské a průmyslové radiologické praxi. Jeho tvůrcem byl americký vynálezce William D. Coolidge (2), lidově známý jako „otec rentgenky“. Společně s pohyblivou mřížkou vytvořenou chicagským radiologem Hollisem Potterem, Coolidgeova lampa udělala z radiografie neocenitelný nástroj pro lékaře během první světové války.

1916 Ne všechny rentgenové snímky byly snadno čitelné - někdy tkáně nebo předměty zakryly to, co bylo vyšetřováno. Francouzský dermatolog André Bocage proto vyvinul metodu vyzařování rentgenového záření z různých úhlů, která takové obtíže odstranila. Jeho .

1919 Objevuje se pneumoencefalografie, což je invazivní diagnostický výkon centrálního nervového systému. Spočívala v nahrazení části mozkomíšního moku vzduchem, kyslíkem nebo heliem zavedeným punkcí do míšního kanálu a provedením rentgenu hlavy. Plyny byly dobře kontrastovány s komorovým systémem mozku, což umožnilo získat obraz komor. Metoda byla široce používána v polovině 80. století, ale v XNUMX. letech byla téměř úplně opuštěna, protože vyšetření bylo pro pacienta extrémně bolestivé a bylo spojeno s vážným rizikem komplikací.

30 a 40 let Ve fyzikální medicíně a rehabilitaci se energie ultrazvukových vln začíná hojně využívat. Rus Sergej Sokolov experimentuje s použitím ultrazvuku k nalezení defektů kovů. V roce 1939 používá frekvenci 3 GHz, která však neposkytuje uspokojivé rozlišení obrazu. V roce 1940 představili Heinrich Gohr a Thomas Wedekind z Lékařské univerzity v Kolíně nad Rýnem ve svém článku „Der Ultraschall in der Medizin“ možnost ultrazvukové diagnostiky založené na echo-reflexních technikách podobných těm, které se používají při detekci defektů kovů. .

Autoři předpokládali, že tato metoda umožní detekci nádorů, exsudátů nebo abscesů. Přesvědčivé výsledky svých experimentů však publikovat nemohli. Známé jsou také ultrazvukové lékařské experimenty Rakušana Karla T. Dussika, neurologa z Vídeňské univerzity v Rakousku, započaté koncem 30. let.

1937 Polský matematik Stefan Kaczmarz formuluje ve své práci „Technika algebraické rekonstrukce“ teoretické základy metody algebraické rekonstrukce, která byla poté aplikována v počítačové tomografii a číslicovém zpracování signálů.

Šedesátá léta. Zavedení tomografického snímku pomocí rentgenky rotované kolem těla pacienta nebo jednotlivých orgánů. To umožnilo vidět detaily anatomie a patologické změny v řezech.

1946 Američtí fyzici Edward Purcell a Felix Bloch nezávisle na sobě vynalezli nukleární magnetickou rezonanci NMR (3). Byla jim udělena Nobelova cena za fyziku za „vývoj nových metod přesného měření a související objevy v oblasti jaderného magnetismu“.

3. Sada NMR zařízení

1950 vychází přímočarý skener, kterou sestavil Benedict Cassin. Zařízení v této verzi bylo používáno až do počátku 70. let s různými léčivy na bázi radioaktivních izotopů k zobrazení orgánů v celém těle.

1953 Gordon Brownell z Massachusetts Institute of Technology vytváří zařízení, které je předchůdcem moderní PET kamery. S její pomocí se mu spolu s neurochirurgem Williamem H. Sweetem daří diagnostikovat mozkové nádory.

1955 Vyvíjejí se dynamické zesilovače rentgenového obrazu, které umožňují získat rentgenové snímky pohyblivých obrazů tkání a orgánů. Tyto rentgenové snímky poskytly nové informace o tělesných funkcích, jako je tlukoucí srdce a oběhový systém.

1955-1958 Skotský lékař Ian Donald začíná široce používat ultrazvukové testy pro lékařskou diagnostiku. Je to gynekolog. Jeho článek „Investigation of Abdominal Masses with Pulsed Ultrasound“, publikovaný 7. června 1958 v lékařském časopise The Lancet, definoval použití ultrazvukové technologie a položil základy prenatální diagnostiky (4).

1957 Je vyvinut první endoskop s optickými vlákny – gastroenterolog Basili Hirshowitz a jeho kolegové z University of Michigan si patentují vláknovou optiku, poloflexibilní gastroskop.

1958 Hal Oscar Anger představuje na výročním zasedání Americké společnosti pro nukleární medicínu scintilační komoru, která umožňuje dynamické zobrazování lidských orgánů. Zařízení vstupuje na trh po deseti letech.

1963 Čerstvě vyražený Dr. David Kuhl spolu se svým přítelem, inženýrem Royem Edwardsem, představují světu první společné dílo, výsledek několikaletých příprav: první přístroj na světě pro tzv. emisní tomografiekterému říkají Mark II. V následujících letech byly vyvinuty přesnější teorie a matematické modely, byly provedeny četné studie a byly stavěny stále pokročilejší stroje. Nakonec v roce 1976 vytvořil John Keyes první stroj SPECT – jednofotonovou emisní tomografii – na základě zkušeností Coola a Edwardse.

1967-1971 Pomocí algebraické metody Stefana Kaczmarze vytváří anglický elektroinženýr Godfrey Hounsfield teoretické základy počítačové tomografie. V následujících letech konstruuje první funkční EMI CT skener (5), na kterém se v roce 1971 v Atkinson Morley Hospital ve Wimbledonu provádí první vyšetření člověka. Zařízení bylo uvedeno do výroby v roce 1973. V roce 1979 byla Hounsfieldovi spolu s americkým fyzikem Allanem M. Cormackem udělena Nobelova cena za přínos k rozvoji počítačové tomografie.

5. Skener EMI

1973 Americký chemik Paul Lauterbur (6) zjistil, že zavedením gradientů magnetického pole procházejícího danou látkou lze analyzovat a zjistit složení této látky. Vědec pomocí této techniky vytváří obraz, který rozlišuje mezi normální a těžkou vodou. Anglický fyzik Peter Mansfield na základě své práce staví svou vlastní teorii a ukazuje, jak vytvořit rychlý a přesný obraz vnitřní struktury.

Výsledkem práce obou vědců bylo neinvazivní lékařské vyšetření, známé jako magnetická rezonance nebo MRI. V roce 1977 byl ke studiu člověka poprvé použit přístroj MRI, který vyvinuli američtí lékaři Raymond Damadian, Larry Minkoff a Michael Goldsmith. Lauterbur a Mansfield byli společně oceněni v roce 2003 Nobelovou cenou za fyziologii a medicínu.

1974 Američan Michael Phelps vyvíjí kameru s pozitronovou emisní tomografií (PET). První komerční PET skener vznikl díky práci Phelpse a Michela Ter-Poghosyanových, kteří vedli vývoj systému ve společnosti EG&G ORTEC. Skener byl instalován na UCLA v roce 1974. Protože rakovinné buňky metabolizují glukózu desetkrát rychleji než normální buňky, zhoubné nádory se na PET skenu jeví jako světlé body (7).

1976 Chirurg Andreas Grünzig představuje koronární angioplastiku v univerzitní nemocnici v Curychu ve Švýcarsku. Tato metoda využívá fluoroskopii k léčbě stenózy krevních cév.

1978 vychází digitální radiografie. Poprvé je snímek z rentgenového systému převeden na digitální soubor, který lze následně zpracovat pro jasnější diagnózu a digitálně uložit pro budoucí výzkum a analýzu.

Šedesátá léta. Douglas Boyd představuje metodu elektronové tomografie. EBT skenery použily magneticky řízený paprsek elektronů k vytvoření prstence rentgenových paprsků.

1984 Objevuje se první 3D zobrazení pomocí digitálních počítačů a dat CT nebo MRI, jehož výsledkem jsou XNUMXD snímky kostí a orgánů.

1989 Používá se spirální počítačová tomografie (spirální CT). Jedná se o test, který kombinuje kontinuální rotační pohyb systému lampa-detektor a pohyb stolu po testovacím povrchu (8). Důležitou výhodou spirální tomografie je zkrácení doby vyšetření (umožňuje získat obraz několika desítek vrstev na jeden sken trvající několik sekund), sběr dat z celého objemu včetně vrstev orgánu, který byly mezi skeny s tradičním CT, stejně jako optimální transformace skenu díky novému softwaru. Průkopníkem nové metody byl ředitel výzkumu a vývoje společnosti Siemens Dr. Willy A. Kalender. Ostatní výrobci se brzy vydali ve stopách Siemensu.

8. Schéma spirální počítačové tomografie

1993 Vyvinout techniku ​​echoplanárního zobrazování (EPI), která umožní systémům MRI detekovat akutní cévní mozkovou příhodu v rané fázi. EPI také poskytuje funkční zobrazení například mozkové aktivity, což umožňuje lékařům studovat funkce různých částí mozku.

1998 Takzvaná multimodální PET vyšetření spolu s počítačovou tomografií. To provedl Dr. David W. Townsend z University of Pittsburgh spolu s Ronem Nuttem, specialistou na PET systémy. To otevřelo velké možnosti pro metabolické a anatomické zobrazování pacientů s rakovinou. První prototyp PET/CT skeneru, navržený a vyrobený společností CTI PET Systems v Knoxville, Tennessee, byl uveden do provozu v roce 1998.

2018 MARS Bioimaging zavádí techniku ​​color i XNUMXD lékařské zobrazování (9), která místo černobílých fotografií vnitřku těla nabízí zcela novou kvalitu v medicíně - barevné snímky.

Nový typ skeneru využívá technologii Medipix, která byla poprvé vyvinuta pro vědce v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) ke sledování částic ve velkém hadronovém urychlovači pomocí počítačových algoritmů. Namísto zaznamenávání rentgenových paprsků, jak procházejí tkáněmi a jak jsou absorbovány, skener určuje přesnou energetickou hladinu rentgenových paprsků při dopadu na různé části těla. Výsledky pak převádí do různých barev, aby odpovídaly kostem, svalům a dalším tkáním.

9. Barevná část zápěstí, vyrobená technologií MARS Bioimaging.

Klasifikace lékařského zobrazování

1. rentgen (rentgen) jedná se o rentgenový snímek těla s projekcí rentgenových paprsků na film nebo detektor. Měkké tkáně jsou vizualizovány po injekci kontrastní látky. Metoda, která se používá především v diagnostice kosterního systému, se vyznačuje nízkou přesností a nízkým kontrastem. Radiace má navíc negativní vliv – 99 % dávky je absorbováno testovacím organismem.

2. tomografie (řecky - průřez) - souhrnný název diagnostických metod, které spočívají v získání obrazu průřezu tělesem nebo jeho částí. Tomografické metody jsou rozděleny do několika skupin:

• UZI (UZI) je neinvazivní metoda, která využívá vlnové jevy zvuku na rozhraní různých médií. Využívá ultrazvukové (2-5 MHz) a piezoelektrické měniče. Obraz se pohybuje v reálném čase;
• počítačová tomografie (CT) používá počítačem řízené rentgeny k vytváření obrazů těla. Použití rentgenového záření přibližuje CT rentgenovému záření, ale rentgenové záření a počítačová tomografie poskytují odlišné informace. Je pravda, že z rentgenového snímku dokáže zkušený radiolog odvodit i trojrozměrné umístění např. nádoru, ale rentgenové záření je na rozdíl od CT ze své podstaty dvourozměrné;
• zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) - tento typ tomografie využívá rádiové vlny k vyšetření pacientů umístěných v silném magnetickém poli. Výsledný obraz je založen na rádiových vlnách vyzařovaných vyšetřovanými tkáněmi, které generují více či méně intenzivní signály v závislosti na chemickém prostředí. Obraz těla pacienta lze uložit jako počítačová data. MRI, stejně jako CT, vytváří XNUMXD a XNUMXD obrazy, ale někdy je mnohem citlivější metodou, zejména pro rozlišení měkkých tkání;
• pozitronová emisní tomografie (PET) - registrace počítačových obrazů změn metabolismu cukrů probíhajících ve tkáních. Pacientovi je injekčně podána látka, která je kombinací cukru a izotopicky značeného cukru. Ten umožňuje lokalizovat rakovinu, protože rakovinné buňky přijímají molekuly cukru účinněji než jiné tkáně v těle. Po požití radioaktivně značeného cukru pacient leží cca.
• 60 minut, dokud mu v těle koluje označený cukr. Pokud je v těle nádor, musí se v něm cukr efektivně akumulovat. Poté je pacient položený na stole postupně zaváděn do PET skeneru - 6-7x během 45-60 minut. PET skener se používá ke stanovení distribuce cukru v tělesných tkáních. Díky rozboru CT a PET lze případný novotvar lépe popsat. Počítačem zpracovaný snímek analyzuje radiolog. PET dokáže detekovat abnormality, i když jiné metody naznačují normální povahu tkáně. Umožňuje také diagnostikovat relapsy rakoviny a určit účinnost léčby – jak se nádor zmenšuje, jeho buňky metabolizují stále méně cukru;
• Jednofotonová emisní tomografie (SPECT) – tomografická technika v oboru nukleární medicíny. Pomocí gama záření umožňuje vytvořit prostorový obraz biologické aktivity jakékoliv části pacientova těla. Tato metoda umožňuje vizualizovat průtok krve a metabolismus v dané oblasti. Používá radiofarmaka. Jsou to chemické sloučeniny skládající se ze dvou prvků – traceru, což je radioaktivní izotop, a nosiče, který se může ukládat ve tkáních a orgánech a překonávat hematoencefalickou bariéru. Nosiče mají často vlastnost selektivní vazby na protilátky nádorových buněk. Usazují se v množství úměrném metabolismu; 
• optická koherentní tomografie (OCT) - nová metoda podobná ultrazvuku, ale pacient je sondován paprskem světla (interferometr). Používá se pro oční vyšetření v dermatologii a stomatologii. Zpětně rozptýlené světlo označuje polohu míst podél dráhy světelného paprsku, kde se mění index lomu.

3. Scintigrafie - získáváme zde obraz orgánů a především jejich činnosti pomocí malých dávek radioaktivních izotopů (radiofarmak). Tato technika je založena na chování určitých léčiv v těle. Fungují jako nosič pro použitý izotop. Označený lék se hromadí ve zkoumaném orgánu. Radioizotop vyzařuje ionizující záření (nejčastěji gama záření), pronikající mimo tělo, kde je zaznamenána tzv. gama kamera.