Radiologische Diagnostik: Moderne 3D-Visualisierung von Organen, Teleradiologie und Bildanalyse mittels KI

Wie hat die Technologie der Strahlungsdiagnostik funktioniert?

Der Ausgangspunkt in der Geschichte der Strahlungsdiagnostik

zählen 1895 als Professor WilhelmConrad Roentgen, der Experimente mit Kathodenröhren durchführte, entdeckte die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen. Der Wissenschaftler machte eine 15-minütige Belichtung der Hand seiner Frau Bertha und erhielt Bilder von den Bürstenknochen mit einem Ehering am Finger. Die Entdeckung war eine globale Sensation und ein Impuls für die Entwicklung der ersten Röntgengeräte.

Wilhelm Konrad Röntgenbild - deutscher Physiker von der Universität Würzburg. Während seiner Karriere arbeitete er auch als Professor für Physik in Hohenheim, Straßburg, Gießen und München. Der erste Nobelpreisträger in der Geschichte der Physik (1901).

Röntgen untersucht piezoelektrisch undDie pyroelektrischen Eigenschaften von Kristallen legten die Beziehung zwischen elektrischen und optischen Phänomenen in Kristallen fest und untersuchten den Magnetismus, der als eine der Grundlagen der elektronischen Theorie von Hendrik Lorentz diente.

Aber die Hauptentdeckung der Röntgenstrahlen war die Röntgenstrahlung,was er entdeckte, als er 50 Jahre alt war. Vertreter von Industrieunternehmen wandten sich wiederholt an einen Wissenschaftler mit Vorschlägen für einen Erwerb von Nutzungsrechten an der Erfindung. Doch Roentgen weigerte sich, die Entdeckung zu patentieren, weil er seine Forschung nicht als Einkommensquelle betrachtete.

Für böse Ironie - Röntgenstrahlen starben an Krebs, in deren moderne Diagnose heute die Erfindung des Wissenschaftlers aktiv zum Einsatz kommt.

Mehrere deutsche Unternehmen arbeiteten daranRöntgenröhren herzustellen, aber sie waren zu teuer und viele Kliniken konnten sich diese Ausrüstung nicht leisten. Im Jahr 1918 entwickelte Philips seine erste medizinische Röntgenröhre, die im Kampf gegen Tuberkulose einen Durchbruch erzielte und Ärzten die Kontrolle über die Ausbreitung der Krankheit ermöglichte. Im Laufe vieler Jahre hat sich das Prinzip des Röntgenbetriebs nicht geändert: Eine Röntgenröhre erzeugt Strahlung, die durch einen menschlichen Körper tritt und in den Detektor eintritt. Verschiedene Gewebe übertragen oder verzögern Röntgenstrahlen auf unterschiedliche Weise und bilden so ein Bild.

Wilhelm Konrad Röntgenbild

Im Jahr 1932 ein reduziertes undeine leichte Version des verwendeten Röntgengeräts, einschließlich der Ärzte der niederländischen Armee. Bereits 1939 wurden 100.000 Fahrzeuge freigelassen. Röntgenröhren wurden aufgrund eines erschwinglichen Preises an medizinische Einrichtungen auf der ganzen Welt geliefert. Die Verbreitung des Wissens über Röntgenstrahlen beeinflusste die Entwicklung der ersten CT-Scanner.

Wie Fledermäuse Ärzten geholfen haben

Die Geschichte des Ultraschalls begann im 18. Jahrhundert, alsDer italienische Physiker und Naturforscher Lazzaro Spallanzani machte auf die Fähigkeit der Fledermäuse aufmerksam, in völliger Dunkelheit zu navigieren. Experimentell stellte der Wissenschaftler fest, dass dies sogar durch mangelnde Sicht nicht verhindert wird. Aber die Wachspfropfen in den Ohren, aus denen Nachttiere gemacht werden, verlieren ihre Orientierung im Raum. Spallanzani schlug vor, dass Fledermäuse einen für Menschen nicht hörbaren Ton erzeugen, der von Oberflächen reflektiert wird und Tieren dabei hilft, Hindernisse leicht zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt konnten Ultraschallsignale nicht fixiert werden, weshalb die Vermutungen des Wissenschaftlers Hypothesen blieben.

Fledermäuse orientieren sich aufgrund des von den Oberflächen reflektierten Ultraschalls in totaler Dunkelheit.

1880 fanden die Physiker Pierre und Jacques Curie dasEinige Kristalle (z. B. Quarz) können ein elektrisches Feld durch mechanische Einwirkung erkennen. Dank dieser Entdeckung wurden die ersten Ultraschalldetektoren geschaffen - die Hauptelemente der Geräte, mit denen wir erstmals ein Ultraschallsignal technisch empfangen konnten.

Ausstattung, die vage an modern erinnertMedizinprodukte, wurde erst in den 1950er Jahren geschaffen. Der englische Chirurg John Julian Wilde maß zuerst die Dicke der Darmwand mit Ultraschall, entwickelte spezielle Sensoren für die Diagnostik und fand heraus, dass bösartiges Gewebe Ultraschallwellen besser reflektiert als gesunde. Der Prototyp des modernen Ultraschallgeräts, bei dem sich der Sensor in der Hand des Arztes befand, erschien 1963 in den Vereinigten Staaten - ab diesem Zeitpunkt war Ultraschall in der medizinischen Praxis weit verbreitet. Heute ist es die am besten zugängliche und sicherste Diagnosemethode und wird überall verwendet, um kardiovaskuläre, onkologische Erkrankungen, die Arbeit des Gastrointestinaltrakts und andere zu untersuchen.

Sicherheit und Zuverlässigkeit - MRI-Entdeckung

Im Jahr 1946 wurde Felix Bloch von StanfordUniversity und Edward Purcell aus Harvard entdeckten unabhängig das Phänomen der Kernspinresonanz, für das beide mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden. Nur wenige wissen, dass der erste Wissenschaftler, der 1960 die Magnetresonanztomographie (MRI) zur Diagnose von Krankheiten vorschlug, der sowjetische Wissenschaftler Vladislav Aleksandrovich Ivanov war.

Trotz dieser Tatsache das Datum der Gründung der MRI1973 gilt das Jahr, in dem Paul Lauterbur, Professor für Chemie und Radiologie, in der Zeitschrift Nature einen Artikel mit dem Titel „Erstellen eines Bildes unter Verwendung von induzierter lokaler Interaktion“ veröffentlichte. Beispiele basierend auf Magnetresonanz. " Diese Arbeit bildete die Grundlage der MRT-Diagnostik.

Die MRI liefert Schnittbilder von Organen mittels Magnetresonanz

Ein anderer Wissenschaftler, Peter Mansfield, verbesserte sichmathematische Abbildungsalgorithmen. Später gab es eine Möglichkeit, mithilfe der Magnetresonanztomographie Kurzaufnahmen von Organen zu erhalten. Einfach ausgedrückt, visualisieren Sie den Zustand der inneren Organe und Gewebe einer Person, indem Sie sie in ein starkes Magnetfeld legen. Lauterbur und Mansfield wurden 2003 für diese Entdeckung mit dem Nobelpreis für Physiologie und Medizin ausgezeichnet.

2-in-1-Diagnose: Entdeckung der PET / CT-Methode

Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurdeein langer Weg von der Verwendung in einem wissenschaftlichen Labor bis zur Einführung in die klinische Praxis. Dank neuer Erkenntnisse auf diesem Gebiet in den 50er Jahren konnten die Ärzte die Verteilung eines Radiopharmakons im menschlichen Körper erkennen - eine biologisch aktive Verbindung, die mit einem radioaktiven Atom markiert ist.

Der erste Prototyp des PET-Scanners erschien 1952Im Massachusetts Hospital erhielten die Ärzte mit ihrer Hilfe nur ein zweidimensionales Bild und nicht ihre Sequenz. Dies lag daran, dass der Scanner nur zwei Detektoren links und rechts vom Kopf des Patienten hatte und die Auflösung niedrig war. Trotzdem konnte die Empfindlichkeit des Geräts den Tumor noch erkennen.

Bild erstellt durch Projektionsmethode maximaler Intensität

Bei der weiteren Verbesserung von PET gingen zwei weiterRichtungen: Die Anzahl und der Ort der Sensoren nahmen parallel zu den entwickelten Methoden der mathematischen Datenverarbeitung zu. In den späten 70er Jahren wurden PET-Scanner in der klinischen Praxis häufig eingesetzt. In den frühen 90er Jahren schlug Rudi Egeli von der Universität Genf, ein Oncosurgeon, vor, CT-Geräte in die Lücken zwischen den PET-Scannersensoren zu bringen, um empfangen zu werden und Stoffwechsel im Körper des Patienten. So entstanden die kombinierten PET / CT-Scanner, die heute in modernen Kliniken auf der ganzen Welt eingesetzt werden.

Innovation hier und jetzt

Es dauerte nur ein halbes Jahrhundert, um sich vorzustellenDie Medizin hat in ihrer Entwicklung einen Sprung gemacht. Vollständiger Scan einer Person mit einem Klick, Möglichkeit der Übertragung von Bildern über weite Strecken und Fernberatung mit anderen Experten - könnten Wilhelm Roentgen oder Lazzaro Spallanzani davon träumen? Die Entwicklungen im Bereich der Röntgendiagnostik zielen heute auf die Verbesserung der Visualisierungsqualität ab, da ein klares Bild es den Ärzten ermöglicht, eine genaue Untersuchung durchzuführen, gleich beim ersten Mal die richtige Diagnose zu stellen und schnell weitere Behandlungstaktiken festzulegen. Darüber hinaus tragen moderne Technologien dazu bei, neue Forschungen und bahnbrechende Entdeckungen nicht nur in der Medizin, sondern auch in anderen Bereichen, beispielsweise in der Archäologie und Neurolinguistik, zu machen.

CT-Scanner zum Schutz der Gesundheit und zur Unterstützung von Archäologen

Das Herz ist das einzige Organ im Körperist in ständiger Bewegung. Wenn wir mit einer Kamera bewegte Objekte entfernen, ist das verschwommen und unscharf. Die moderne Computertomographie sorgt jedoch für scharfe Bilder. Heute ermöglichen CT-Scanner einige Sekunden, um nicht nur das Herz zu erkunden, sondern auch hochpräzise Aufnahmen der Gefäße, des Knochenskeletts und anderer Organe zu erhalten.

Philips Spezialisten sind sogar noch weiter gegangenVor einigen Jahren hat der Spektralcomputertomograph IQon erstellt. Dieses Gerät ist weltweit das erste System, das auf Basis eines einzigartigen Zweischicht-Detektors arbeitet. Es unterscheidet gleichzeitig Photonen von Röntgenstrahlen hoher und niedriger Energie, wodurch nicht nur anatomische Informationen, sondern auch Daten über die Zusammensetzung des Gewebes erhalten werden können. Dies hilft Ärzten, fundiertere Entscheidungen über die weiteren Diagnosetaktiken und die Behandlung des Patienten zu treffen. Nach einer Studie zur spektralen CT können Radiologen Objekte analysieren, die durch konventionelle CT-Scans nicht unterschieden werden können.

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CT hilft nicht nur, eine Umfrage durchzuführenMensch, aber öffnet auch den Schleier der Geheimnisse der alten Kultur und Geschichte. Vor einigen Jahren gelang es den Spezialisten von Philips und dem Naturalis Museum dank der Tomographie, vor 66 Millionen Jahren in die Vergangenheit zu schauen und die Schwanzwirbel des Tyrannosaurus Rex zu untersuchen. Davor wurden mit Hilfe von Philips CT Untersuchungen zu den Überresten der Einwohner der Stadt Pompeji durchgeführt, die während eines katastrophalen Vulkanausbruchs im Jahr 79 n. Chr. Zerstört wurde

Tumor unter der Waffe: Wozu digitale PET / CT fähig ist

PET / CT kombiniert zwei Typen gleichzeitigForschung: Die Computertomographie wertet die Struktur der modifizierten Gewebe aus und hilft, deren Position im Millimeterbereich zu bestimmen, und die Positronen-Emissions-Tomographie erzeugt hochpräzise dreidimensionale Bilder, mit denen Sie die Vorgänge in den Geweben und Organen sehen können.

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Heute erlaubt es PET, Ärzte zu identifizierenTumorgröße von drei Millimetern, und CT ist in der Lage, seine Position millimetergenau zu bestimmen. Diese Methode hat sich zu einer echten Revolution in der Medizin entwickelt: Mit PET / CT können Ärzte das Gehirn diagnostizieren, altersbedingte Erkrankungen, Alzheimer und Parkinson erkennen und ischämische Herzkrankheiten erkennen. Darüber hinaus hilft PET / CT, das Vorhandensein von Krebszellen im Frühstadium zu bestimmen und bei Bedarf schnell mit der Behandlung zu beginnen.

Mit dieser Methode wird der Chirurg genau wissenWo ist der Tumor, wie ist die Dynamik seiner Entwicklung, die die Möglichkeit bietet, ihn vollständig zu entfernen, ohne die gesunden Organe zu beeinträchtigen. Experten können auch verstehen, wie eine Strahlentherapie durchgeführt werden kann, um Krebszellen mit minimalem Schaden an gesundem Gewebe abzutöten. Vor kurzem haben Philips-Entwickler den vollständigen digitalen PET / CT-Scanner von Vereos auf dem russischen Markt eingeführt, der einen digitalen Detektor anstelle herkömmlicher Photomultiplier verwendet. Das Gerät fängt selbst sehr geringe Strahlungsdosen auf und behält gleichzeitig eine hohe Bildqualität bei, was für Patient und Arzt sicherer ist. Mit dem Gerät können Sie die Strahlenbelastung steuern, ohne die Qualität der Visualisierung zu verlieren, und die Bilder bleiben auch bei Implantaten klar.

Was ist neu in der MRT und wo ist Neurolinguistik

Die MR-Diagnostik wird heute als recht betrachtetein Standardverfahren, das in vielen medizinischen Zentren durchgeführt werden kann. Aber nur wenige wissen, dass die MRT nicht nur für Ärzte, sondern auch für Spezialisten auf dem Gebiet der Neurolinguistik ein wertvolles Instrument ist.

Was passiert in unserem Kopf, wenn wir hören?Rede oder etwas sagen wir? Wie kann man Menschen mit Sprachpathologien helfen? MRI hilft Fachleuten, die Sprache zu „sehen“. Wissenschaftler des HSE-Labors für Neurolinguistik verwenden also funktionelle MRI, um Erwachsene mit verschiedenen Gehirnläsionen zu untersuchen, die die Sprachfunktion beeinflussen. Dank dieser Diagnose können Sie den beschädigten Bereich sehen und wie das Gehirn neue baut, anstatt unterbrochene Verbindungen. Nach MRI-Daten kann man verstehen, wohin die Sprachfunktion gegangen ist. Wissenschaftler haben auch einen speziellen Sprachlokalisierer entwickelt: Menschen führen eine Sprachaufgabe in der MRI durch, mit deren Hilfe die Aktivität von Gehirnregionen bestimmt wird. Basierend auf den erhaltenen Daten wird die optimale Therapie ausgewählt.

Ein weiteres Beispiel für die MRI ist nicht invasiv.Beurteilung der Eisenkonzentration im menschlichen Körper. Diese Studie wurde von Spezialisten des Forschungsinstituts durchgeführt. Rogatschow Kinder, die an Blutkrankheiten leiden, erhalten es von Spendern, was im Laufe der Zeit zur Anhäufung eisenhaltiger Verbindungen im Gewebe führt - den Abbauprodukten von Bluthämoglobin. Dies führt zu schwerwiegenden Verstößen gegen die Funktionen von Organen, beispielsweise im Herzen - zu einem plötzlichen Stopp und Kardiomyopathie, in der Leber - zu Zirrhose, im Pankreas - zu Diabetes. Normalerweise wird die Kontrolle der Eisenkonzentration durch eine Leberbiopsie überprüft, diese Methode ist jedoch invasiv und kann zu schwerwiegenden Folgen führen. Moderne MRT-Methoden erlauben, ohne chirurgische Eingriffe die Konzentration von Eisen in den Geweben zu bestimmen, es ist jedoch noch zusätzliche Forschung erforderlich, um die Methode in die klinische Praxis einzuführen.

Kardiomyopathie - heterogene Gruppe von Herzmuskelerkrankungen,verbunden mit einer mechanischen oder elektrischen Funktionsstörung, die sich meist durch unzureichende Hypertrophie oder Dilatation manifestiert. Kardiomyopathien können nur das Herz allein betreffen und Teil einer generalisierten systemischen Erkrankung sein, die häufig zu kardiovaskulärem Tod oder Behinderung durch fortschreitende Herzinsuffizienz führt.

Medizinische Diagnosegeräte bestandeneine großartige Möglichkeit und jedes Jahr verbessert, so dass Sie bessere Bilder erhalten. Im September 2018 revolutionierte Philips die Branche und führte das erste MRI-Gerät in Europa mit einem revolutionären Kühlsystem ein, um den Effekt der Supraleitung zu erzielen. Im Gegensatz zum klassischen Magneten, der zur Kühlung mehr als 1.500 Liter flüssiges Helium benötigt, sind nur 7 Liter dieses Flüssiggases an dem neuen Gerät beteiligt. In der Fertigungsphase wird flüssiges Helium in das System eingebracht, wonach der Magnet vollständig abgedichtet ist, wodurch die Möglichkeit der Gasverdampfung und des regelmäßigen Nachfüllens entfällt. Der gelless-Scanner ist einfacher zu installieren und ermöglicht es Ihnen, die Betriebskosten der Klinik erheblich zu senken.

Treten Sie in die Zukunft: Worauf warten Entdeckungen im XXI. Jahrhundert?

Mit der Entwicklung der digitalen integrierten TechnologieDie Fähigkeiten der Teleradiologie werden schrittweise erweitert. Das Wesentliche dieser Sphäre besteht im Austausch von Diagnosebildern und anderen Patientendaten innerhalb und außerhalb der Klinik zum Fernabschluß oder zur Einholung eines zweiten Expertengutachtens. Mit Hilfe teleradiologischer Systeme ist es möglich, die Qualität und Verfügbarkeit der medizinischen Versorgung für die Bevölkerung überall auf der Welt zu verbessern.

Hilfe von Ärzten bei der Analyse und Beschreibung von medizinischenBild kommt allmählich künstliche Intelligenz. AI bietet eine umfassende Analyse aller im Snapshot verfügbaren Informationen, wodurch das Risiko eines versehentlichen Auslassens einer Pathologie verringert wird, die nicht im Sichtfeld eines Spezialisten lag. Außerdem löst die KI das Problem der Qualität medizinischer Bilder, da sie automatisch prüfen kann, ob Fehler im Bild vorliegen. Dadurch wird die Anzahl der Wiederholungsstudien reduziert und Kliniken können das Budget auf diese Weise effektiver zuordnen. Philips hat bereits eine ähnliche Prototyplösung.

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Große Impulse für die Entwicklung der Strahlungsdiagnostikwird Augmented Reality-Technologie bereitstellen. Eine dieser bahnbrechenden Lösungen ist die Entwicklung von Voka, die es dem Traumatologen ermöglicht, im Untersuchungs- und Planungsstadium der Operation beschädigte Knochen im Patienten zu sehen. Basierend auf den durch CT oder MRI erhaltenen Daten werden 3D-Modelle von verletzten Organen und Geweben erstellt. Die resultierenden Modelle sowie Modelle von Implantaten und Speichen werden für die weitere Arbeit des Chirurgen auf das Microsoft HoloLens Mixed Reality-Headset geladen. Dies gewährleistet eine hohe Operationsgenauigkeit und eine schnelle Rehabilitation der Patienten auch nach schweren Verletzungen. Ein ähnliches Konzept wurde von Philips-Spezialisten zusammen mit Microsoft für HoloLens 2 entwickelt. Die Lösung ermöglicht die Echtzeitübertragung von 2D-Bildern in eine dreidimensionale holographische Umgebung von Augmented Reality, die von einem Arzt einfach und intuitiv gesteuert werden kann. Dieses Konzept wurde speziell für minimalinvasive Operationen entwickelt, bei denen eine genaue und detaillierte Visualisierung der Schlüssel zu einem erfolgreichen Verfahren ist.

Big Data wird eine große Rolle spielen. Auf der einen Seite enthalten sie umfangreiche Informationen über Patienten und ermöglichen es Ihnen daher, mehr Wissen über vorhandene Pathologien zu speichern. Dies wird zu einer früheren und genaueren Diagnose nicht nur von Krankheiten, sondern auch von verschiedenen Prädispositionen beitragen. Auf der anderen Seite werden Big Data dazu beitragen, Bibliotheken mit Strukturdaten zu erstellen, die es den Wissenschaftlern ermöglichen, eine Antwort zu erhalten, noch bevor grundlegende und kostspielige Forschungen durchgeführt werden. Beispielsweise sollte die Theorie bei der Entwicklung eines neuen Arzneimittels getestet und entwickelt werden.

Diese 4 Kugeln sind Schlüsselaspekte des RadialenDiagnostika, die die Welt der Strahlungsdiagnostik verändern und Ärzten neue Möglichkeiten im Kampf gegen die schwersten Krankheiten des einundzwanzigsten Jahrhunderts eröffnen.