Hình ảnh y tế

Năm 1896, Wilhelm Roentgen phát hiện ra tia X, và năm 1900, lần đầu tiên chụp X-quang ngực. Sau đó đến ống tia X. Và nó trông như thế nào ngày hôm nay. Bạn sẽ tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1806 Philippe Bozzini phát triển máy nội soi ở Mainz, nhân dịp xuất bản "Der Lichtleiter" - một cuốn sách giáo khoa về nghiên cứu các chỗ lõm của cơ thể con người. Người đầu tiên sử dụng thiết bị này trong một ca phẫu thuật thành công là người Pháp Antonin Jean Desormeaux. Trước khi phát minh ra điện, các nguồn ánh sáng bên ngoài được sử dụng để kiểm tra bàng quang, tử cung và ruột kết, cũng như các khoang mũi.

1. Tia X đầu tiên - bàn tay của vợ Roentgen

1896 Wilhelm Roentgen phát hiện ra tia X và khả năng xuyên qua chất rắn của chúng. Các chuyên gia đầu tiên mà anh ấy cho xem "roentgenograms" của mình không phải là bác sĩ, mà là các đồng nghiệp của Roentgen - các nhà vật lý (1). Tiềm năng lâm sàng của phát minh này đã được công nhận vài tuần sau đó, khi một bức ảnh X-quang về một mảnh thủy tinh ở ngón tay của một đứa trẻ bốn tuổi được công bố trên một tạp chí y khoa. Trong vài năm tới, việc thương mại hóa và sản xuất hàng loạt ống tia X đã lan rộng công nghệ mới trên khắp thế giới.

1900 Chụp X-quang phổi đầu tiên. Việc sử dụng rộng rãi phương pháp chụp X-quang ngực giúp phát hiện bệnh lao ở giai đoạn đầu, mà lúc đó là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây tử vong.

1906-1912 Những nỗ lực đầu tiên sử dụng chất cản quang để kiểm tra các cơ quan và mạch máu tốt hơn.

1913 Một ống tia X thực, được gọi là ống chân không catốt nóng, đang xuất hiện, sử dụng một nguồn điện tử được kiểm soát hiệu quả do hiện tượng phát xạ nhiệt. Ông đã mở ra một kỷ nguyên mới trong thực hành X quang y tế và công nghiệp. Người tạo ra nó là nhà phát minh người Mỹ William D. Coolidge (2), thường được biết đến với biệt danh "cha đẻ của ống tia X." Cùng với một lưới điện chuyển động do bác sĩ X quang Hollis Potter ở Chicago tạo ra, đèn Coolidge đã làm cho chụp X quang trở thành một công cụ vô giá cho các bác sĩ trong Thế chiến thứ nhất.

1916 Không phải tất cả các hình chụp X quang đều dễ đọc - đôi khi các mô hoặc vật thể che khuất những gì đang được kiểm tra. Do đó, bác sĩ da liễu người Pháp André Bocage đã phát triển một phương pháp phát tia X từ các góc độ khác nhau, giúp loại bỏ những khó khăn đó. Của anh .

1919 Pneumoencephalography xuất hiện, là một thủ tục chẩn đoán xâm lấn của hệ thần kinh trung ương. Nó bao gồm việc thay thế một phần dịch não tủy bằng không khí, oxy hoặc heli, được đưa vào qua một vết thủng vào ống sống và thực hiện chụp X-quang đầu. Các chất khí tương phản tốt với hệ thống não thất của não, điều này giúp cho việc thu được hình ảnh của các tâm thất. Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi vào giữa thế kỷ 80, nhưng gần như bị bỏ rơi hoàn toàn vào những năm XNUMX, vì việc kiểm tra cực kỳ đau đớn cho bệnh nhân và có nguy cơ biến chứng nghiêm trọng.

Những năm 30 và 40 Trong y học vật lý và phục hồi chức năng, năng lượng của sóng siêu âm đang bắt đầu được sử dụng rộng rãi. Sergey Sokolov người Nga đang thử nghiệm việc sử dụng sóng siêu âm để tìm ra các khuyết tật kim loại. Năm 1939, ông sử dụng tần số 3 GHz, tuy nhiên, tần số này không mang lại độ phân giải hình ảnh ưng ý. Năm 1940, Heinrich Gohr và Thomas Wedekind của Đại học Y Cologne, Đức, đã trình bày trong bài báo "Der Ultraschall in der Medizin" của họ về khả năng chẩn đoán siêu âm dựa trên kỹ thuật phản xạ tiếng vang tương tự như những kỹ thuật được sử dụng trong việc phát hiện các khuyết tật kim loại. .

Các tác giả đưa ra giả thuyết rằng phương pháp này sẽ cho phép phát hiện các khối u, dịch tiết hoặc áp xe. Tuy nhiên, họ không thể công bố kết quả thuyết phục của các thí nghiệm của họ. Các thí nghiệm y học siêu âm của Karl T. Dussik người Áo, một nhà thần kinh học từ Đại học Vienna ở Áo, bắt đầu vào cuối những năm 30.

1937 Nhà toán học người Ba Lan Stefan Kaczmarz đã hình thành trong công trình "Kỹ thuật tái tạo đại số" những cơ sở lý thuyết của phương pháp tái tạo đại số, sau đó được áp dụng trong chụp cắt lớp vi tính và xử lý tín hiệu số.

Những năm 40. Việc giới thiệu một hình ảnh chụp cắt lớp sử dụng một ống tia X quay xung quanh cơ thể bệnh nhân hoặc các cơ quan riêng lẻ. Điều này giúp bạn có thể xem chi tiết những thay đổi về giải phẫu và bệnh lý trong các phần.

1946 Các nhà vật lý người Mỹ Edward Purcell và Felix Bloch đã độc lập phát minh ra cộng hưởng từ hạt nhân NMR (3). Họ đã được trao giải Nobel Vật lý cho "sự phát triển của các phương pháp đo lường chính xác mới và những khám phá liên quan trong lĩnh vực từ tính hạt nhân."

3. Bộ thiết bị NMR

1950 tăng máy quét tuyến tính, do Benedict Cassin biên soạn. Thiết bị trong phiên bản này được sử dụng cho đến đầu những năm 70 với nhiều loại dược phẩm dựa trên đồng vị phóng xạ khác nhau để hình ảnh các cơ quan trên khắp cơ thể.

1953 Gordon Brownell thuộc Viện Công nghệ Massachusetts đã tạo ra một thiết bị tiền thân của máy ảnh PET hiện đại. Với sự giúp đỡ của cô ấy, anh ấy cùng với bác sĩ giải phẫu thần kinh William H. Sweet tìm cách chẩn đoán khối u não.

1955 Máy tăng cường hình ảnh tia X động đang được phát triển để có thể thu được hình ảnh tia X về hình ảnh chuyển động của các mô và cơ quan. Những tia X này đã cung cấp thông tin mới về các chức năng của cơ thể như tim đập và hệ tuần hoàn.

1955-1958 Bác sĩ người Scotland Ian Donald bắt đầu sử dụng rộng rãi các xét nghiệm siêu âm để chẩn đoán y tế. Anh ấy là bác sĩ phụ khoa. Bài báo của ông "Điều tra các khối trong bụng bằng siêu âm xung", xuất bản ngày 7 tháng 1958 năm 4 trên tạp chí y khoa The Lancet, đã xác định việc sử dụng công nghệ siêu âm và đặt nền tảng cho chẩn đoán trước khi sinh (XNUMX).

1957 Ống nội soi sợi quang đầu tiên được phát triển - nhà tiêu hóa học Basili Hirshowitz và các đồng nghiệp của ông từ Đại học Michigan đã cấp bằng sáng chế cho một sợi quang, nội soi dạ dày bán linh hoạt.

1958 Hal Oscar Anger trình bày tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Y học hạt nhân Hoa Kỳ một buồng soi chiếu cho phép động hình ảnh các cơ quan của con người. Thiết bị gia nhập thị trường sau một thập kỷ.

1963 Tiến sĩ David Kuhl mới đúc, cùng với người bạn của mình, kỹ sư Roy Edwards, giới thiệu với thế giới tác phẩm chung đầu tiên, kết quả của nhiều năm chuẩn bị: bộ máy đầu tiên trên thế giới cho cái gọi là. chụp cắt lớp phát xạmà họ gọi là Mark II. Trong những năm tiếp theo, các lý thuyết và mô hình toán học chính xác hơn đã được phát triển, nhiều nghiên cứu được thực hiện và ngày càng có nhiều máy móc tiên tiến hơn được chế tạo. Cuối cùng, vào năm 1976, John Keyes tạo ra máy SPECT đầu tiên - máy chụp cắt lớp phát xạ photon đơn - dựa trên kinh nghiệm của Cool và Edwards.

1967-1971 Sử dụng phương pháp đại số của Stefan Kaczmarz, kỹ sư điện người Anh Godfrey Hounsfield tạo ra nền tảng lý thuyết của chụp cắt lớp vi tính. Trong những năm tiếp theo, ông đã chế tạo máy quét EMI CT đầu tiên hoạt động (5), vào năm 1971, cuộc kiểm tra đầu tiên của một người được thực hiện tại Bệnh viện Atkinson Morley ở Wimbledon. Thiết bị được đưa vào sản xuất năm 1973. Năm 1979, Hounsfield cùng với nhà vật lý người Mỹ Allan M. Cormack được trao giải Nobel vì những đóng góp của họ trong việc phát triển kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính.

5. Máy quét EMI

1973 Nhà hóa học người Mỹ Paul Lauterbur (6) đã phát hiện ra rằng bằng cách đưa ra các gradient của từ trường truyền qua một chất nhất định, người ta có thể phân tích và tìm ra thành phần của chất này. Nhà khoa học sử dụng kỹ thuật này để tạo ra một hình ảnh phân biệt giữa nước thường và nước nặng. Dựa trên công trình nghiên cứu của mình, nhà vật lý người Anh Peter Mansfield đã xây dựng lý thuyết của riêng mình và chỉ ra cách tạo ra hình ảnh nhanh chóng và chính xác về cấu trúc bên trong.

Kết quả của công việc của cả hai nhà khoa học là một cuộc kiểm tra y tế không xâm lấn, được gọi là chụp cộng hưởng từ hoặc MRI. Năm 1977, máy MRI, được phát triển bởi các bác sĩ người Mỹ Raymond Damadian, Larry Minkoff và Michael Goldsmith, lần đầu tiên được sử dụng để kiểm tra một người. Lauterbur và Mansfield cùng được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2003.

1974 Michael Phelps người Mỹ đang phát triển một máy ảnh chụp ảnh chụp cắt lớp phát thải Positron (PET). Máy quét PET thương mại đầu tiên được tạo ra nhờ công của Phelps và Michel Ter-Poghosyan, những người đã dẫn đầu sự phát triển của hệ thống tại EG&G ORTEC. Máy quét được lắp đặt tại UCLA vào năm 1974. Bởi vì tế bào ung thư chuyển hóa glucose nhanh hơn mười lần so với tế bào bình thường, các khối u ác tính xuất hiện dưới dạng điểm sáng trên chụp PET (7).

1976 Bác sĩ phẫu thuật Andreas Grünzig trình bày phương pháp nong mạch vành tại Bệnh viện Đại học Zurich, Thụy Sĩ. Phương pháp này sử dụng phương pháp soi huỳnh quang để điều trị chứng hẹp mạch máu.

1978 tăng chụp X quang kỹ thuật số. Lần đầu tiên, một hình ảnh từ hệ thống X-quang được chuyển đổi thành tệp kỹ thuật số, sau đó có thể được xử lý để chẩn đoán rõ ràng hơn và được lưu trữ kỹ thuật số để nghiên cứu và phân tích trong tương lai.

Những năm 80. Douglas Boyd giới thiệu phương pháp chụp cắt lớp bằng chùm điện tử. Máy quét EBT sử dụng chùm electron được điều khiển từ tính để tạo ra một vòng tia X.

1984 Hình ảnh 3D đầu tiên sử dụng máy tính kỹ thuật số và dữ liệu CT hoặc MRI xuất hiện, dẫn đến hình ảnh XNUMXD của xương và các cơ quan.

1989 Chụp cắt lớp vi tính xoắn ốc (CT xoắn ốc) được đưa vào sử dụng. Đây là thử nghiệm kết hợp chuyển động quay liên tục của hệ thống đầu báo đèn và chuyển động của bàn trên bề mặt thử nghiệm (8). Một ưu điểm quan trọng của chụp cắt lớp xoắn ốc là giảm thời gian kiểm tra (nó cho phép bạn thu được hình ảnh của vài chục lớp trong một lần quét kéo dài vài giây), thu thập các bài đọc từ toàn bộ tập, bao gồm cả các lớp của cơ quan, giữa các lần quét với CT truyền thống, cũng như sự chuyển đổi tối ưu của quá trình quét nhờ phần mềm mới. Người tiên phong cho phương pháp mới là Giám đốc Nghiên cứu và Phát triển của Siemens, Tiến sĩ Willy A. Kalender. Các nhà sản xuất khác cũng sớm theo chân Siemens.

8. Sơ đồ chụp cắt lớp vi tính xoắn ốc

1993 Phát triển một kỹ thuật chụp ảnh điện tử thái dương (EPI) sẽ cho phép hệ thống MRI phát hiện đột quỵ cấp tính ở giai đoạn sớm. EPI cũng cung cấp hình ảnh chức năng, ví dụ, hoạt động của não, cho phép các bác sĩ lâm sàng nghiên cứu chức năng của các bộ phận khác nhau của não.

1998 Cái gọi là khám PET đa phương thức cùng với chụp cắt lớp vi tính. Điều này được thực hiện bởi Tiến sĩ David W. Townsend của Đại học Pittsburgh, cùng với Ron Nutt, một chuyên gia về hệ thống PET. Điều này đã mở ra cơ hội lớn về chuyển hóa và hình ảnh giải phẫu bệnh nhân ung thư. Máy quét PET / CT nguyên mẫu đầu tiên, do CTI PET Systems thiết kế và chế tạo ở Knoxville, Tennessee, đã hoạt động vào năm 1998.

2018 MARS Bioimaging giới thiệu kỹ thuật màu i Hình ảnh y tế XNUMXD (9), thay vì ảnh đen trắng chụp bên trong cơ thể, mang đến một chất lượng hoàn toàn mới trong y học - ảnh màu.

Loại máy quét mới sử dụng công nghệ Medipix, lần đầu tiên được phát triển cho các nhà khoa học tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) để theo dõi các hạt tại Máy va chạm Hadron Lớn bằng các thuật toán máy tính. Thay vì ghi lại tia X khi chúng đi qua các mô và cách chúng được hấp thụ, máy quét xác định mức năng lượng chính xác của tia X khi chúng chiếu vào các bộ phận khác nhau của cơ thể. Sau đó, nó chuyển đổi kết quả thành các màu khác nhau để phù hợp với xương, cơ và các mô khác.

9. Phần cổ tay có màu, được làm bằng công nghệ MARS Bioimaging.

Phân loại hình ảnh y tế

1. X-quang (tia X) đây là chụp X-quang cơ thể với việc chiếu tia X lên phim hoặc máy dò. Các mô mềm được hình dung sau khi tiêm thuốc cản quang. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong chẩn đoán hệ thống xương, được đặc trưng bởi độ chính xác thấp và độ tương phản thấp. Ngoài ra, bức xạ có tác động tiêu cực - 99% liều lượng được sinh vật thử nghiệm hấp thụ.

2. chụp cắt lớp (Tiếng Hy Lạp - mặt cắt ngang) - tên gọi chung của các phương pháp chẩn đoán, bao gồm việc thu được hình ảnh mặt cắt ngang của một cơ thể hoặc một phần của nó. Các phương pháp Tomographic được chia thành nhiều nhóm:

• Siêu âm (siêu âm) là một phương pháp không xâm lấn sử dụng hiện tượng sóng của âm thanh ở ranh giới của các phương tiện khác nhau. Nó sử dụng đầu dò siêu âm (2-5 MHz) và áp điện. Hình ảnh di chuyển trong thời gian thực;
• chụp cắt lớp vi tính (CT) sử dụng tia X do máy tính điều khiển để tạo ra hình ảnh của cơ thể. Việc sử dụng tia X mang CT gần hơn với tia X, nhưng tia X và chụp cắt lớp vi tính cung cấp thông tin khác. Đúng là một bác sĩ X-quang có kinh nghiệm cũng có thể suy ra vị trí ba chiều của một khối u, ví dụ, từ hình ảnh X-quang, nhưng X-quang, không giống như chụp CT, vốn dĩ là hai chiều;
• chụp cộng hưởng từ (MRI) - loại chụp cắt lớp này sử dụng sóng vô tuyến để kiểm tra bệnh nhân được đặt trong một từ trường mạnh. Hình ảnh thu được dựa trên sóng vô tuyến phát ra từ các mô được kiểm tra, tạo ra tín hiệu mạnh hơn hoặc yếu hơn tùy thuộc vào môi trường hóa học. Hình ảnh cơ thể của bệnh nhân có thể được lưu dưới dạng dữ liệu máy tính. MRI, giống như CT, tạo ra hình ảnh XNUMXD và XNUMXD, nhưng đôi khi là phương pháp nhạy cảm hơn nhiều, đặc biệt là để phân biệt các mô mềm;
• chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) - đăng ký hình ảnh máy tính về những thay đổi trong quá trình chuyển hóa đường xảy ra trong các mô. Bệnh nhân được tiêm một chất là sự kết hợp của đường và đường được đánh dấu đồng vị. Loại thứ hai giúp xác định vị trí ung thư, vì các tế bào ung thư hấp thụ các phân tử đường hiệu quả hơn các mô khác trong cơ thể. Sau khi ăn phải đường có đánh dấu phóng xạ, bệnh nhân nằm xuống khoảng.
• 60 phút trong khi đường được đánh dấu lưu thông trong cơ thể anh ta. Nếu có một khối u trong cơ thể, đường phải được tích lũy một cách hiệu quả trong đó. Sau đó, bệnh nhân, nằm trên bàn, dần dần được đưa vào máy quét PET - 6-7 lần trong vòng 45-60 phút. Máy quét PET được sử dụng để xác định sự phân bố đường trong các mô cơ thể. Nhờ phân tích CT và PET, một khối u có thể được mô tả rõ hơn. Hình ảnh được xử lý bằng máy tính được phân tích bởi bác sĩ X quang. PET có thể phát hiện những bất thường ngay cả khi các phương pháp khác chỉ ra bản chất bình thường của mô. Nó cũng giúp chẩn đoán tái phát ung thư và xác định hiệu quả điều trị - khi khối u co lại, các tế bào của nó ngày càng chuyển hóa ít đường hơn;
• Chụp cắt lớp phát xạ photon đơn (SPECT) – kỹ thuật chụp cắt lớp trong lĩnh vực y học hạt nhân. Với sự trợ giúp của bức xạ gamma, nó cho phép bạn tạo ra một hình ảnh không gian về hoạt động sinh học của bất kỳ bộ phận nào trên cơ thể bệnh nhân. Phương pháp này cho phép bạn hình dung lưu lượng máu và quá trình trao đổi chất trong một khu vực nhất định. Nó sử dụng dược phẩm phóng xạ. Chúng là các hợp chất hóa học bao gồm hai nguyên tố - chất đánh dấu, là đồng vị phóng xạ và chất mang có thể lắng đọng trong các mô và cơ quan và vượt qua hàng rào máu não. Người mang mầm bệnh thường có đặc tính liên kết chọn lọc với kháng thể tế bào khối u. Chúng ổn định với số lượng tỷ lệ thuận với quá trình trao đổi chất; 
• chụp cắt lớp kết hợp quang học (OCT) - một phương pháp mới tương tự như siêu âm, nhưng bệnh nhân được thăm dò bằng một chùm ánh sáng (giao thoa kế). Được sử dụng để kiểm tra mắt trong da liễu và nha khoa. Ánh sáng tán xạ ngược cho biết vị trí của các vị trí dọc theo đường đi của chùm sáng mà chiết suất thay đổi.

3. Khoa học viễn tưởng - chúng tôi nhận được ở đây hình ảnh của các cơ quan, và trên hết là hoạt động của chúng, sử dụng liều lượng nhỏ chất đồng vị phóng xạ (dược phẩm phóng xạ). Kỹ thuật này dựa trên hành vi của một số dược phẩm trong cơ thể. Chúng hoạt động như một phương tiện cho đồng vị được sử dụng. Thuốc được dán nhãn tích lũy trong cơ quan đang nghiên cứu. Đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ ion hóa (thường là bức xạ gamma), xuyên qua bên ngoài cơ thể, nơi cái gọi là camera gamma được ghi lại.