Pencitraan medis

Pada tahun 1896, Wilhelm Roentgen menemukan sinar-X, dan pada tahun 1900, sinar-X dada pertama. Kemudian datang tabung sinar-X. Dan seperti apa hari ini. Anda akan mengetahuinya dalam artikel di bawah ini.

1806 Philippe Bozzini mengembangkan endoskopi di Mainz, menerbitkan pada kesempatan itu "Der Lichtleiter" - sebuah buku teks tentang studi tentang relung tubuh manusia. Orang pertama yang menggunakan perangkat ini dalam operasi yang sukses adalah orang Prancis Antonin Jean Desormeaux. Sebelum listrik ditemukan, sumber cahaya eksternal digunakan untuk memeriksa kandung kemih, rahim, dan usus besar, serta rongga hidung.

1. X-ray pertama - tangan istri Roentgen

1896 Wilhelm Roentgen menemukan sinar-X dan kemampuannya menembus benda padat. Spesialis pertama yang dia tunjukkan "roentgenogram" bukanlah dokter, tetapi rekan Roentgen - fisikawan (1). Potensi klinis dari penemuan ini diketahui beberapa minggu kemudian, ketika sinar-X pecahan kaca di jari seorang anak berusia empat tahun diterbitkan dalam jurnal medis. Selama beberapa tahun berikutnya, komersialisasi dan produksi massal tabung sinar-X menyebarkan teknologi baru ke seluruh dunia.

1900 Rontgen dada pertama. Meluasnya penggunaan rontgen dada memungkinkan untuk mendeteksi tuberkulosis pada tahap awal, yang pada saat itu merupakan salah satu penyebab kematian paling umum.

1906-1912 Upaya pertama menggunakan agen kontras untuk pemeriksaan organ dan pembuluh darah yang lebih baik.

1913 Sebuah tabung sinar-X sejati, yang disebut tabung vakum katoda panas, muncul, yang menggunakan sumber elektron terkendali yang efisien karena fenomena emisi termionik. Dia membuka era baru dalam praktik radiologi medis dan industri. Penciptanya adalah penemu Amerika William D. Coolidge (2), yang dikenal sebagai "bapak tabung sinar-X." Bersama dengan grid bergerak yang dibuat oleh ahli radiologi Chicago Hollis Potter, lampu Coolidge membuat radiografi menjadi alat yang sangat berharga bagi dokter selama Perang Dunia I.

1916 Tidak semua radiografi mudah dibaca - terkadang jaringan atau objek mengaburkan apa yang sedang diperiksa. Oleh karena itu, dokter kulit Prancis André Bocage mengembangkan metode memancarkan sinar-X dari sudut yang berbeda, yang menghilangkan kesulitan tersebut. Miliknya .

1919 Pneumoencephalography muncul, yang merupakan prosedur diagnostik invasif dari sistem saraf pusat. Ini terdiri dari penggantian bagian dari cairan serebrospinal dengan udara, oksigen atau helium, dimasukkan melalui tusukan ke dalam kanal tulang belakang, dan melakukan rontgen kepala. Gas sangat kontras dengan sistem ventrikel otak, yang memungkinkan untuk mendapatkan gambar ventrikel. Metode ini banyak digunakan pada pertengahan abad ke-80, tetapi hampir sepenuhnya ditinggalkan pada tahun XNUMX-an, karena pemeriksaan tersebut sangat menyakitkan bagi pasien dan dikaitkan dengan risiko komplikasi yang serius.

30-an dan 40-an Dalam kedokteran fisik dan rehabilitasi, energi gelombang ultrasonik mulai banyak digunakan. Sergey Sokolov dari Rusia sedang bereksperimen dengan penggunaan ultrasound untuk menemukan cacat logam. Pada tahun 1939, ia menggunakan frekuensi 3 GHz, yang, bagaimanapun, tidak memberikan resolusi gambar yang memuaskan. Pada tahun 1940, Heinrich Gohr dan Thomas Wedekind dari Medical University of Cologne, Jerman, mempresentasikan dalam artikel mereka "Der Ultraschall in der Medizin" kemungkinan diagnostik ultrasound berdasarkan teknik echo-reflex yang serupa dengan yang digunakan dalam mendeteksi cacat logam. .

Penulis berhipotesis bahwa metode ini akan memungkinkan deteksi tumor, eksudat, atau abses. Namun, mereka tidak dapat mempublikasikan hasil yang meyakinkan dari eksperimen mereka. Juga dikenal adalah percobaan medis ultrasonik dari Austria Karl T. Dussik, seorang ahli saraf dari Universitas Wina di Austria, dimulai pada akhir 30-an.

1937 Matematikawan Polandia Stefan Kaczmarz merumuskan dalam karyanya "Teknik Rekonstruksi Aljabar" dasar-dasar teoretis metode rekonstruksi aljabar, yang kemudian diterapkan dalam computed tomography dan pemrosesan sinyal digital.

40-s. Pengenalan gambar tomografi menggunakan tabung sinar-x yang diputar di sekitar tubuh pasien atau organ individu. Hal ini memungkinkan untuk melihat detail anatomi dan perubahan patologis pada bagian tersebut.

1946 Fisikawan Amerika Edward Purcell dan Felix Bloch secara independen menemukan resonansi magnetik nuklir NMR (3). Mereka dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk "pengembangan metode baru pengukuran presisi dan penemuan terkait di bidang magnet nuklir."

3. Set peralatan NMR

1950 naik pemindai prostoliniowy, disusun oleh Benedict Cassin. Perangkat dalam versi ini digunakan hingga awal 70-an dengan berbagai obat berbasis isotop radioaktif untuk mencitrakan organ di seluruh tubuh.

1953 Gordon Brownell dari Massachusetts Institute of Technology menciptakan perangkat yang merupakan cikal bakal kamera PET modern. Dengan bantuannya, dia, bersama dengan ahli bedah saraf William H. Sweet, berhasil mendiagnosis tumor otak.

1955 Penguat gambar sinar-x dinamis sedang dikembangkan yang memungkinkan untuk memperoleh gambar sinar-x dari gambar bergerak jaringan dan organ. Sinar-X ini telah memberikan informasi baru tentang fungsi tubuh seperti detak jantung dan sistem peredaran darah.

1955-1958 Dokter Skotlandia Ian Donald mulai banyak menggunakan tes ultrasound untuk diagnosis medis. Dia adalah seorang ginekolog. Artikelnya "Investigasi Massa Perut dengan USG Berdenyut", yang diterbitkan pada 7 Juni 1958 di jurnal medis The Lancet, mendefinisikan penggunaan teknologi ultrasound dan meletakkan dasar untuk diagnosis pranatal (4).

1957 Endoskopi serat optik pertama dikembangkan - ahli gastroenterologi Basili Hirshowitz dan rekan-rekannya dari Universitas Michigan mematenkan serat optik, gastroskop semi-fleksibel.

1958 Hal Oscar Anger mempersembahkan pada pertemuan tahunan American Society for Nuclear Medicine sebuah ruang kilau yang memungkinkan untuk dinamis pencitraan organ manusia. Perangkat memasuki pasar setelah satu dekade.

1963 Dr. David Kuhl yang baru dicetak, bersama dengan temannya, insinyur Roy Edwards, mempersembahkan kepada dunia karya bersama pertama, hasil dari persiapan beberapa tahun: peralatan pertama di dunia untuk apa yang disebut. tomografi emisiyang mereka sebut Mark II. Pada tahun-tahun berikutnya, teori dan model matematika yang lebih akurat dikembangkan, banyak penelitian dilakukan, dan semakin banyak mesin canggih yang dibangun. Akhirnya, pada tahun 1976, John Keyes menciptakan mesin SPECT pertama - tomografi emisi foton tunggal - berdasarkan pengalaman Cool dan Edwards.

1967-1971 Menggunakan metode aljabar Stefan Kaczmarz, insinyur listrik Inggris Godfrey Hounsfield menciptakan landasan teoretis dari computed tomography. Pada tahun-tahun berikutnya, ia membangun pemindai CT EMI yang berfungsi pertama (5), di mana, pada tahun 1971, pemeriksaan pertama seseorang dilakukan di Rumah Sakit Atkinson Morley di Wimbledon. Perangkat ini mulai diproduksi pada tahun 1973. Pada tahun 1979, Hounsfield, bersama dengan fisikawan Amerika Allan M. Cormack, dianugerahi Hadiah Nobel untuk kontribusi mereka dalam pengembangan computed tomography.

5. Pemindai EMI

1973 Ahli kimia Amerika Paul Lauterbur (6) menemukan bahwa dengan memperkenalkan gradien medan magnet yang melewati zat tertentu, seseorang dapat menganalisis dan mengetahui komposisi zat ini. Ilmuwan menggunakan teknik ini untuk membuat gambar yang membedakan antara air normal dan air berat. Berdasarkan karyanya, fisikawan Inggris Peter Mansfield membangun teorinya sendiri dan menunjukkan cara membuat gambar struktur internal dengan cepat dan akurat.

Hasil kerja kedua ilmuwan tersebut adalah pemeriksaan medis non-invasif yang dikenal dengan Magnetic Resonance Imaging atau MRI. Pada tahun 1977, mesin MRI, yang dikembangkan oleh dokter Amerika Raymond Damadian, Larry Minkoff dan Michael Goldsmith, pertama kali digunakan untuk mempelajari seseorang. Lauterbur dan Mansfield bersama-sama dianugerahi Hadiah Nobel 2003 dalam Fisiologi atau Kedokteran.

1974 Michael Phelps dari Amerika sedang mengembangkan kamera Positron Emission Tomography (PET). Pemindai PET komersial pertama dibuat berkat karya Phelps dan Michel Ter-Poghosyan, yang memimpin pengembangan sistem di EG&G ORTEC. Pemindai dipasang di UCLA pada tahun 1974. Karena sel kanker memetabolisme glukosa sepuluh kali lebih cepat daripada sel normal, tumor ganas muncul sebagai titik terang pada pemindaian PET (7).

1976 Ahli bedah Andreas Grünzig menyajikan angioplasti koroner di Rumah Sakit Universitas Zurich, Swiss. Metode ini menggunakan fluoroskopi untuk mengobati stenosis pembuluh darah.

1978 naik radiografi digital. Untuk pertama kalinya, gambar dari sistem sinar-X diubah menjadi file digital, yang kemudian dapat diproses untuk diagnosis yang lebih jelas dan disimpan secara digital untuk penelitian dan analisis di masa mendatang.

80-s. Douglas Boyd memperkenalkan metode tomografi berkas elektron. Pemindai EBT menggunakan berkas elektron yang dikendalikan secara magnetis untuk membuat cincin sinar-X.

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

1989 Spiral computed tomography (CT spiral) mulai digunakan. Ini adalah pengujian yang menggabungkan gerakan rotasi kontinu dari sistem detektor lampu dan gerakan meja di atas permukaan pengujian (8). Keuntungan penting dari tomografi spiral adalah pengurangan waktu pemeriksaan (ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar beberapa lusin lapisan dalam satu pemindaian yang berlangsung beberapa detik), kumpulan bacaan dari seluruh volume, termasuk lapisan organ, yang antara pemindaian dengan CT tradisional, serta transformasi pemindaian yang optimal berkat perangkat lunak baru . Pelopor metode baru ini adalah Direktur Penelitian dan Pengembangan Siemens Dr. Willy A. Kalender. Pabrikan lain segera mengikuti jejak Siemens.

8. Skema spiral computed tomography

1993 Kembangkan teknik pencitraan ekoplanar (EPI) yang memungkinkan sistem MRI mendeteksi stroke akut pada tahap awal. EPI juga menyediakan pencitraan fungsional, misalnya, aktivitas otak, yang memungkinkan dokter mempelajari fungsi berbagai bagian otak.

1998 Yang disebut pemeriksaan PET multimodal bersama-sama dengan computed tomography. Ini dilakukan oleh Dr. David W. Townsend dari University of Pittsburgh, bersama dengan Ron Nutt, spesialis sistem PET. Ini telah membuka peluang besar untuk pencitraan metabolik dan anatomi pasien kanker. Prototipe pemindai PET/CT pertama, dirancang dan dibuat oleh CTI PET Systems di Knoxville, Tennessee, diluncurkan pada tahun 1998.

2018 MARS Bioimaging memperkenalkan teknik warna i Pencitraan medis XNUMXD (9), yang, alih-alih foto hitam putih bagian dalam tubuh, menawarkan kualitas yang sama sekali baru dalam kedokteran - gambar berwarna.

Pemindai jenis baru ini menggunakan teknologi Medipix, yang pertama kali dikembangkan bagi para ilmuwan di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN) untuk melacak partikel di Large Hadron Collider menggunakan algoritme komputer. Alih-alih merekam sinar-X saat melewati jaringan dan bagaimana mereka diserap, pemindai menentukan tingkat energi yang tepat dari sinar-X saat mengenai bagian tubuh yang berbeda. Kemudian mengubah hasilnya menjadi warna yang berbeda untuk mencocokkan tulang, otot, dan jaringan lain.

9. Bagian pergelangan tangan berwarna, dibuat menggunakan teknologi MARS Bioimaging.

Klasifikasi pencitraan medis

1. Rontgen (rontgen) ini adalah rontgen tubuh dengan proyeksi sinar-x ke film atau detektor. Jaringan lunak divisualisasikan setelah injeksi kontras. Metode yang terutama digunakan dalam diagnosis sistem kerangka ditandai dengan akurasi rendah dan kontras rendah. Selain itu, radiasi memiliki efek negatif - 99% dosis diserap oleh organisme uji.

2. tomografi (Yunani - penampang) - nama kolektif metode diagnostik, yang terdiri dari memperoleh gambar penampang tubuh atau bagiannya. Metode tomografi dibagi menjadi beberapa kelompok:

• UZI (UZI) adalah metode non-invasif yang menggunakan fenomena gelombang suara pada batas berbagai media. Ini menggunakan transduser ultrasonik (2-5 MHz) dan piezoelektrik. Gambar bergerak dalam waktu nyata;
• tomografi komputer (CT) menggunakan sinar-X yang dikendalikan komputer untuk membuat gambar tubuh. Penggunaan sinar-x membawa CT lebih dekat dengan sinar-x, tetapi sinar-x dan computed tomography memberikan informasi yang berbeda. Memang benar bahwa ahli radiologi yang berpengalaman juga dapat menyimpulkan lokasi tiga dimensi, misalnya tumor dari gambar sinar-X, tetapi sinar-X, tidak seperti CT scan, pada dasarnya bersifat dua dimensi;
• pencitraan resonansi magnetik (MRI) - jenis tomografi ini menggunakan gelombang radio untuk memeriksa pasien yang ditempatkan di medan magnet yang kuat. Gambar yang dihasilkan didasarkan pada gelombang radio yang dipancarkan oleh jaringan yang diperiksa, yang menghasilkan sinyal yang lebih atau kurang intens tergantung pada lingkungan kimianya. Citra tubuh pasien dapat disimpan sebagai data komputer. MRI, seperti CT, menghasilkan gambar XNUMXD dan XNUMXD, tetapi terkadang merupakan metode yang jauh lebih sensitif, terutama untuk membedakan jaringan lunak;
• tomografi emisi positron (PET) - pendaftaran gambar komputer dari perubahan metabolisme gula yang terjadi di jaringan. Pasien disuntik dengan zat yang merupakan kombinasi gula dan gula berlabel isotop. Yang terakhir memungkinkan untuk menemukan kanker, karena sel kanker mengambil molekul gula lebih efisien daripada jaringan lain di dalam tubuh. Setelah menelan gula berlabel radioaktif, pasien berbaring kira-kira.
• 60 menit sementara gula bertanda beredar di tubuhnya. Jika ada tumor di dalam tubuh, gula harus terakumulasi secara efisien di dalamnya. Kemudian pasien, dibaringkan di atas meja, secara bertahap dimasukkan ke dalam pemindai PET - 6-7 kali dalam 45-60 menit. Pemindai PET digunakan untuk menentukan distribusi gula dalam jaringan tubuh. Berkat analisis CT dan PET, kemungkinan neoplasma dapat dijelaskan dengan lebih baik. Gambar yang diproses komputer dianalisis oleh ahli radiologi. PET dapat mendeteksi kelainan bahkan ketika metode lain menunjukkan sifat normal jaringan. Ini juga memungkinkan untuk mendiagnosis kekambuhan kanker dan menentukan keefektifan pengobatan - saat tumor menyusut, sel-selnya memetabolisme semakin sedikit gula;
• Tomografi emisi foton tunggal (SPECT) - teknik tomografi di bidang kedokteran nuklir. Dengan bantuan radiasi gamma, ini memungkinkan Anda membuat citra spasial dari aktivitas biologis bagian mana pun dari tubuh pasien. Metode ini memungkinkan Anda memvisualisasikan aliran darah dan metabolisme di area tertentu. Ini menggunakan radiofarmasi. Mereka adalah senyawa kimia yang terdiri dari dua elemen - pelacak, yang merupakan isotop radioaktif, dan pembawa yang dapat disimpan di jaringan dan organ serta mengatasi penghalang darah-otak. Pembawa sering memiliki sifat pengikatan selektif terhadap antibodi sel tumor. Mereka mengendap dalam jumlah yang sebanding dengan metabolisme; 
• tomografi koherensi optik (OCT) - metode baru yang mirip dengan ultrasound, tetapi pasien diperiksa dengan seberkas cahaya (interferometer). Digunakan untuk pemeriksaan mata di bidang dermatologi dan kedokteran gigi. Cahaya hamburan balik menunjukkan posisi tempat di sepanjang jalur berkas cahaya di mana indeks bias berubah.

3. Skintigrafi - di sini kita mendapatkan gambar organ, dan terutama aktivitasnya, menggunakan dosis kecil isotop radioaktif (radiofarmasi). Teknik ini didasarkan pada perilaku obat-obatan tertentu di dalam tubuh. Mereka bertindak sebagai kendaraan untuk isotop yang digunakan. Obat berlabel terakumulasi dalam organ yang diteliti. Radioisotop memancarkan radiasi pengion (paling sering radiasi gamma), menembus ke luar tubuh, di mana kamera gamma direkam.