medicinsk bildbehandling
Wilhelm Röntgen upptäckte röntgen 1896 och den första lungröntgen 1900. Då dyker röntgenröret upp. Och hur det ser ut idag. Det får du reda på i artikeln nedan.
1806 Philippe Bozzini utvecklar endoskopet i Mainz och publicerar vid tillfället "Der Lichtleiter" - en lärobok om studiet av människokroppens fördjupningar. Den första som använde denna enhet i en framgångsrik operation var fransmannen Antonin Jean Desormeaux. Innan elektriciteten uppfanns användes externa ljuskällor för att undersöka urinblåsan, livmodern och tjocktarmen, såväl som näshålorna.
1. Den första röntgen - handen på Röntgens fru
1896 Wilhelm Roentgen upptäcker röntgenstrålar och deras förmåga att penetrera fasta ämnen. De första specialisterna som han visade sina "röntgenogram" för var inte läkare, utan Röntgens kollegor - fysiker (1). Den kliniska potentialen hos denna uppfinning upptäcktes några veckor senare, när en röntgenbild av en glasskärva i fingret på ett fyraårigt barn publicerades i en medicinsk tidskrift. Under de närmaste åren spred kommersialiseringen och massproduktionen av röntgenrör den nya tekniken över världen.
1900 Första lungröntgen. Den utbredda användningen av bröströntgen gjorde det möjligt att upptäcka tuberkulos i ett tidigt skede, vilket var en av de vanligaste dödsorsakerna på den tiden.
1906-1912 De första försöken att använda kontrastmedel för bättre undersökning av organ och blodkärl.
1913 Ett äkta röntgenrör som kallas ett hett katodvakuumrör uppstår, som använder en effektiv kontrollerad elektronkälla genom fenomenet termionisk emission. Han inledde en ny era inom medicinsk och industriell radiologi. Dess skapare var den amerikanske uppfinnaren William D. Coolidge (2), populärt känd som "röntgenrörets fader". Tillsammans med ett rörligt rutnät skapat av Chicago-radiologen Hollis Potter, gjorde Coolidge-lampan röntgen till ett ovärderligt verktyg för läkare under första världskriget.
1916 Alla röntgenbilder var inte lätta att avläsa – ibland döljde vävnad eller föremål det som undersöktes. Så den franska hudläkaren Andre Bocage utvecklade en metod för att avge röntgenstrålar i olika vinklar, vilket eliminerade sådana svårigheter. Hans .
1919 Pneumoencefalografi uppträder, vilket är en invasiv diagnostisk procedur för det centrala nervsystemet. Den bestod i att en del av ryggmärgsvätskan ersattes med luft, syre eller helium, infördes genom en punktering i ryggmärgskanalen och att man tog en röntgen av huvudet. Gaserna stod i kontrast till hjärnans ventrikulära system, vilket gjorde det möjligt att få bilder av ventriklarna. Metoden användes flitigt i mitten av 80-talet, men övergavs nästan helt på XNUMX-talet, eftersom undersökningen var extremt smärtsam för patienten och innebar en allvarlig risk för komplikationer.
30- och 40-talet Energin från ultraljudsvågor börjar användas i stor utsträckning inom fysikalisk medicin och rehabilitering. Ryska Sergej Sokolov experimenterar med att använda ultraljud för att hitta metalldefekter. 1939 använder den en frekvens på 3 GHz, vilket dock inte ger tillfredsställande bildupplösning. 1940 presenterade Heinrich Gore och Thomas Wedekind vid Medical University of Cologne, Tyskland, i sin artikel "Der Ultraschall in der Medizin" möjligheten till ultraljudsdiagnostik baserad på ekoreflextekniker liknande de som används för att upptäcka defekter i metaller. .
Författarna antog att denna metod skulle möjliggöra upptäckt av tumörer, exsudat eller abscesser. De kunde dock inte publicera övertygande resultat av sina experiment. Kända är också de medicinska ultraljudsexperimenten av österrikaren Karl T. Dussick, neurolog vid universitetet i Wien i Österrike, som började i slutet av 30-talet.
1937 Den polske matematikern Stefan Kaczmarz formulerar i sitt arbete "Algebraic Reconstruction Technique" de teoretiska grunderna för den algebraiska rekonstruktionsmetoden, som sedan användes i datortomografi och digital signalbehandling.
40-talet. Införandet av en tomografisk bild med hjälp av ett röntgenrör som roteras runt patientens kropp eller enskilda organ. Detta gjorde att vi kunde se anatomiska detaljer och patologiska förändringar i sektionerna.
1946 Amerikanska fysiker Edward Purcell och Felix Bloch uppfann oberoende kärnmagnetisk resonans-NMR (3). De tilldelades Nobelpriset i fysik för "utvecklingen av nya metoder för exakt mätning och relaterade upptäckter inom kärnmagnetism."
3. NMR-utrustningsuppsättning
1950 stiger rak linje skanner, sammanställd av Benedict Cassin. Denna version av enheten användes fram till början av 70-talet med olika radioaktiva isotopbaserade läkemedel för att avbilda organ i hela kroppen.
1953 Gordon Brownell från Massachusetts Institute of Technology skapar en enhet som är föregångaren till den moderna PET-kameran. Med dess hjälp lyckas han och neurokirurgen William H. Sweet diagnostisera hjärntumörer.
1955 Dynamiska röntgenbildförstärkare utvecklas för att producera röntgenbilder av rörliga bilder av vävnader och organ. Dessa röntgenstrålar gav ny information om kroppsfunktioner som det slående hjärtat och blodkärlssystemet.
1955-1958 Den skotske läkaren Ian Donald börjar i stor utsträckning använda ultraljudstester för medicinsk diagnostik. Han praktiserar gynekologi. Hans artikel, "Investigation of Abdominal Masses by Pulsed Ultrasound", publicerad 7 juni 1958, i den medicinska tidskriften Lancet, definierade användningen av ultraljudsteknologi och lade grunden för prenatal diagnos (4).
1957 Det första fiberoptiska endoskopet har utvecklats - gastroenterologen Basili Hirschowitz och hans kollegor från University of Michigan patenterar en fiberoptik, halvflexibelt gastroskop.
1958 Hal Oscar Anger presenterar vid årsmötet i American Society of Nuclear Medicine en scintillationskammare som tillåter dynamisk visualisering av mänskliga organ. Enheten kommer in på marknaden ett decennium senare.
1963 Nypräglade läkaren David Kuhl presenterar tillsammans med sin vän, ingenjören Roy Edwards för världen sitt första gemensamma arbete, resultatet av flera års förberedelser: världens första apparat för den sk. emissionstomografisom de ger namnet Mark II. Under de följande åren utvecklas mer exakta teorier och matematiska modeller, många studier genomförs och fler och mer avancerade maskiner byggs. Slutligen, 1976, skapade John Keyes den första SPECT-maskinen - singelfotonemissionstomografi - baserat på erfarenheterna från Coole och Edwards.
1967-1971 Med hjälp av Stefan Kaczmarz' algebraiska metod skapar den engelske elektroingenjören Godfrey Hounsfield de teoretiska grunderna för datortomografi. Under de följande åren byggde han den första fungerande CT-skannern, EMI (5), som genomförde den första mänskliga undersökningen 1971 på Atkinson Morley Hospital i Wimbledon. Enheten började tillverkas 1973. 1979 tilldelades Hounsfield, tillsammans med den amerikanske fysikern Allan M. Cormack, Nobelpriset för deras bidrag till utvecklingen av datortomografi.
5. Elektromagnetisk störningsskanner
1973 Den amerikanske kemisten Paul Lauterbur (6) upptäckte att genom att introducera gradienter av ett magnetfält som passerar genom ett givet ämne, är det möjligt att analysera och bestämma sammansättningen av detta ämne. Forskaren använder denna teknik för att skapa en bild som skiljer mellan normalt och tungt vatten. Baserat på sitt arbete bygger den engelske fysikern Peter Mansfield sin egen teori och visar hur man snabbt och korrekt avbildar den inre strukturen.
Resultatet av båda forskarnas arbete var ett icke-invasivt medicinskt test som kallas magnetisk resonanstomografi eller MRI. 1977 användes MRI-maskinen, utvecklad av de amerikanska läkarna Raymond Damadian, Larry Minkoff och Michael Goldsmith, för första gången för att studera en person. Lauterbur och Mansfield tilldelades tillsammans 2003 års Nobelpris i fysiologi eller medicin.
1974 Amerikanen Michael Phelps utvecklar en kamera för positronemissionstomografi (PET). Den första kommersiella PET-skannern skapades tack vare arbetet från Phelps och Michel Ter-Poghossian, som ledde skapandet av systemet av EG&G ORTEC. Skannern installerades vid UCLA 1974. Eftersom cancerceller metaboliserar glukos tio gånger snabbare än normala celler uppträder maligna tumörer som ljusa fläckar på PET-skanningar (7).
1976 Kirurgen Andreas Grünzig presenterar koronar angioplastik på universitetssjukhuset Zürich, Schweiz. Denna metod använder fluoroskopi för att behandla stenos av blodkärl.
1978 stiger digital röntgen. För första gången omvandlas en bild från ett röntgensystem till en digital fil, som sedan kan bearbetas för en tydligare diagnos och digitalt lagras för framtida forskning och analys.
80-talet. Douglas Boyd introducerar elektronstråletomografimetoden. Sådana tomografiskanner (EBT) använde en magnetiskt driven stråle av elektroner för att skapa en ring av röntgenstrålar.
1984 Den första 3D-bildbehandlingen introduceras med hjälp av digitala datorer och CT- eller MRI-data för att skapa XNUMXD-bilder av ben och organ.
1989 Spiral datortomografi (spiral CT) börjar användas. Detta är ett test som består av en kombination av kontinuerlig rotationsrörelse av lampdetektorsystemet och rörelsen av ett bord över testytan (8). En viktig fördel med spiraltomografi är minskningen av undersökningstiden (låter dig få bilder av flera dussin lager i en skanning som varar i flera sekunder), insamling av avläsningar från hela volymen, inklusive organlager, som var mellan skanningar med traditionell CT, samt optimal skanningskonvertering tack vare ny programvara. Pionjären för den nya metoden var Siemens forsknings- och utvecklingschef Dr Willi A. Kalender. Snart följde andra tillverkare i Siemens fotspår.
8. Schema för spiraldatortomografi
1993 Att utveckla en echoplanar imaging-teknik (EPI) som gör att MRT-system kan upptäcka akut stroke i ett tidigt skede. EPI tillhandahåller också funktionell avbildning, såsom hjärnaktivitet, vilket gör att läkare kan studera funktionen hos olika delar av hjärnan.
1998 De så kallade multimodala PET-studierna tillsammans med datortomografi. Detta gjordes av Dr. David W. Townsend vid University of Pittsburgh tillsammans med Ron Nutt, en specialist på PET-system. Detta har öppnat stora möjligheter för metabolisk och anatomisk avbildning av cancerpatienter. Den första prototypen av PET/CT-skannern, designad och byggd av CTI PET Systems i Knoxville, Tennessee, började användas 1998.
2018 MARS Bioimaging presenterar färg i-teknologi XNUMXD medicinsk bildbehandling (9), som istället för svartvita fotografier av kroppens insida erbjuder en helt ny kvalitet inom medicinen - färgbilder.
Den nya typen av skanner använder Medipix-teknik, som först utvecklades för forskare vid European Organization for Nuclear Research (CERN) för att spåra partiklar vid Large Hadron Collider med hjälp av datoralgoritmer. Istället för att registrera röntgenstrålar när de passerar genom vävnad och hur de absorberas, upptäcker skannern den exakta energinivån för röntgenstrålarna när de träffar olika delar av kroppen. Den omvandlar sedan resultaten till olika färger som motsvarar ben, muskler och andra vävnader.
9. Färgsektion av handleden, gjord med MARS Bioimaging-teknik.
Klassificering av medicinsk bildbehandling
1. Röntgen (röntgen) detta är en röntgenbild av kroppen med projicering av röntgenstrålar på en film eller detektor. Mjuka vävnader visualiseras efter kontrastinjektion. Metoden, som främst används vid diagnos av skelettsystemet, kännetecknas av låg noggrannhet och låg kontrast. Dessutom har strålning en negativ effekt - 99% av dosen absorberas av testorganismen.
2. tomografi (grekiska - tvärsnitt) - samlingsnamnet på diagnostiska metoder som involverar att få en bild av ett tvärsnitt av kroppen eller en del av den. Tomografiska metoder är indelade i flera grupper:
- Ultraljud (ultraljud) är en icke-invasiv metod som använder vågfenomen ljud vid gränserna för olika medier. Den använder ultraljud (2-5 MHz) och piezoelektriska givare. Bilden rör sig i realtid;
- datortomografi (CT) använder datorstyrd röntgen för att skapa bilder av kroppen. Användningen av röntgenstrålar för CT närmare röntgen, men röntgenstrålar och datortomografi ger olika information. Det är sant att en erfaren radiolog också kan sluta sig till den tredimensionella lokaliseringen av till exempel en tumör från en röntgenbild, men röntgenstrålar, till skillnad från datortomografi, är till sin natur tvådimensionella;
- magnetisk resonanstomografi (MRT) - denna typ av tomografi använder radiovågor för att undersöka patienter placerade i ett starkt magnetfält. Den resulterande bilden är baserad på radiovågor som sänds ut av de undersökta vävnaderna, som genererar mer eller mindre intensiva signaler beroende på den kemiska miljön. Patientens kroppsbild kan sparas som datordata. MRT, som CT, producerar XNUMXD och XNUMXD bilder, men är ibland en mycket känsligare metod, särskilt för att särskilja mjuka vävnader;
- positronemissionstomografi (PET) - registrering av datorbilder av förändringar i sockermetabolismen som sker i vävnader. Patienten injiceras med ett ämne som är en kombination av socker och isotopmärkt socker. Det senare gör det möjligt att lokalisera cancern, eftersom cancerceller tar upp sockermolekyler mer effektivt än andra vävnader i kroppen. Efter intag av radioaktivt märkt socker ligger patienten ner i ca.
- 60 minuter medan det markerade sockret cirkulerar i hans kropp. Om det finns en tumör i kroppen måste socker ackumuleras effektivt i den. Sedan introduceras patienten, som läggs på bordet, gradvis i PET-skannern - 6-7 gånger inom 45-60 minuter. PET-skannern används för att bestämma fördelningen av socker i kroppsvävnader. Tack vare analysen av CT och PET kan en möjlig neoplasm beskrivas bättre. Den datorbehandlade bilden analyseras av en radiolog. PET kan upptäcka avvikelser även när andra metoder indikerar vävnadens normala natur. Det gör det också möjligt att diagnostisera canceråterfall och bestämma behandlingens effektivitet - när tumören krymper metaboliserar dess celler mindre och mindre socker;
- Enkelfotonemissionstomografi (SPECT) – tomografisk teknik inom nuklearmedicin. Med hjälp av gammastrålning kan du skapa en rumslig bild av den biologiska aktiviteten hos någon del av patientens kropp. Denna metod låter dig visualisera blodflödet och ämnesomsättningen i ett givet område. Den använder radiofarmaka. De är kemiska föreningar som består av två element - ett spårämne, som är en radioaktiv isotop, och en bärare som kan deponeras i vävnader och organ och övervinna blod-hjärnbarriären. Bärare har ofta egenskapen att selektivt binda till tumörcellantikroppar. De sätter sig i kvantiteter som är proportionella mot ämnesomsättningen;
- optisk koherenstomografi (OCT) - en ny metod som liknar ultraljud, men patienten sonderas med en ljusstråle (interferometer). Används för synundersökningar inom dermatologi och tandvård. Bakåtspritt ljus indikerar positionen för platser längs ljusstrålens bana där brytningsindex ändras.
3. Scintigrafi - vi får här en bild av organ, och framför allt deras aktivitet, med hjälp av små doser av radioaktiva isotoper (radiofarmaka). Denna teknik är baserad på beteendet hos vissa läkemedel i kroppen. De fungerar som ett vehikel för den använda isotopen. Det märkta läkemedlet ackumuleras i det organ som studeras. Radioisotopen avger joniserande strålning (oftast gammastrålning), som tränger in utanför kroppen, där den så kallade gammakameran spelas in.
