Radiologinen diagnostiikka: elinten moderni 3D-visualisointi, teleradiologia ja kuvien analysointi AI: n avulla

Miten säteilydiagnoosin tekniikka

Säteilydiagnoosin historian lähtökohta

count 1895 kun professori wilhelmConrad Roentgen, joka suoritti katodiputkien kokeita, löysi röntgenkuvat, jotka myöhemmin nimettiin hänen nimensä mukaan. Tutkija tuotti 15 minuutin altistuksen vaimonsa Berthan kädestä ja sai kuvia sormista, jotka olivat sormella sormella. Löytö oli maailmanlaajuinen tunne ja impulssi ensimmäisten röntgenlaitteiden luomiselle.

Wilhelm Konrad -röntgen - Saksan fyysikko Würzburgin yliopistosta. Uransa aikana hän onnistui myös työskentelemään fysiikan professorina Hohenheimissa, Strasbourgissa, Giessenissä ja Münchenissä. Ensimmäinen fysiikan historian Nobelin palkinnon voittaja (1901).

Röntgenkuva tutkittiin pietsosähköistä jakiteiden pyroelektriset ominaisuudet vahvistivat kiteiden sähköisten ja optisten ilmiöiden suhdetta, suorittivat magnetismin tutkimusta, joka toimi yhtenä Hendrik Lorentzin sähköisen teorian perustana.

Mutta röntgensäteiden pääasiallinen löytö oli röntgenkuvat,hän löysi, kun hän oli jo 50-vuotias. Teollisuusyritysten edustajat ovat toistuvasti lähestyneet tutkijaa ehdotuksilla hankkimaan oikeuksia hankkia keksintöä. Mutta Roentgen kieltäytyi patentoimasta keksintöä, koska hän ei pitänyt tutkimusta tulonlähteenä.

Pahan ironiasta - röntgenkuvat kuolivat syövästä, nykyaikaisessa diagnoosissa, jonka tutkijan keksintöä käytetään nykyään aktiivisesti.

Useat saksalaiset yritykset työskentelivätröntgenputkien luominen, mutta ne olivat liian kalliita, ja monet klinikat eivät voineet varata tätä laitetta. Vuonna 1918 Philips kehitti ensimmäisen lääketieteellisen röntgenputken, joka teki läpimurron tuberkuloosin torjunnassa ja antoi lääkäreille mahdollisuuden hallita taudin leviämistä. Röntgenoperaation periaate ei monien vuosien aikana ole muuttunut: röntgenputki tuottaa säteilyä, joka kulkee ihmiskehon läpi ja saapuu ilmaisimeen. Eri kudokset lähettävät tai viivyttävät röntgensäteitä eri tavoin, jolloin muodostuu kuva.

Wilhelm Konrad -röntgen

Vuonna 1932 vähennettiin jakevyt versio käytetystä röntgenlaitteesta, mukaan lukien Alankomaiden armeijan lääkärit. Jo vuonna 1939 se julkaistiin 100 tuhatta ajoneuvoa. Röntgenputket alkoivat toimittaa lääketieteellisille laitoksille ympäri maailmaa kohtuuhinnan vuoksi, ja röntgensäteilyjen leviäminen vaikutti ensimmäisten CT-skannerien luomiseen.

Kuinka lepakot auttoivat lääkäreitä

Ultraäänihistoria alkoi XVIII luvulla, jolloinItalian fyysikko ja luonnontieteilijä Lazzaro Spallanzani kiinnitti huomiota lepakoiden kykyyn navigoida täydellisessä pimeydessä. Kokenut tutkija totesi, että tämä ei häiritse edes näön puuttumista. Mutta vahan pistokkeet korvat, jolloin yöeläimet menettävät suuntaa avaruudessa. Spallanzani ehdotti, että lepakot tekevät äänen, joka ei kuulu ihmisille, mikä heijastuu pinnoista ja auttaa eläimiä helposti ohittamaan esteitä. Tuolloin ultraäänisignaaleja ei voitu korjata, joten tutkijan oletukset pysyivät hypoteeseina.

Pintapussit suuntautuvat täysin pimeyteen johtuen pinnoista heijastuneesta ultraäänestä.

Vuonna 1880 fyysikot Pierre ja Jacques Curie totesivat senjotkut kiteet (esimerkiksi kvartsi) kykenevät tunnistamaan sähkökentän mekaanisella vaikutuksella. Tämän löydön ansiosta luotiin ensimmäiset ultraäänianturit - laitteiden pääelementit, jotka ensimmäistä kertaa antoivat meille mahdollisuuden vastaanottaa ultraäänisignaalia teknisesti.

Laitteet, jotka muistuttavat epämääräisesti modernialääkinnällisiä laitteita luotiin vasta 1950-luvulla. Englantilainen kirurgi John Julian Wilde mitasi ensin suoliston seinämän paksuuden ultraäänellä, kehitti diagnostiikkaan erikoistuneita antureita ja havaitsi myös, että pahanlaatuinen kudos heijastaa ultraääniaaltoja paremmin kuin terveitä. Nykyaikaisen ultraäänilaitteen prototyyppi, jossa anturi on lääkärin kädessä, ilmestyi Yhdysvalloissa vuonna 1963 - siitä hetkestä lähtien ultraääni kuului laajalti lääketieteelliseen käytäntöön. Nykyään se on kaikkein helpoin ja turvallisin diagnoosimenetelmä, jota käytetään kaikkialla sydän- ja verisuonitautien, onkologisten sairauksien, ruoansulatuskanavan työn ja muiden tutkimukseen.

Turvallisuus ja luotettavuus - MRI-löytö

Vuonna 1946 Stanfordin Felix BlochUniversity ja Edward Purcell Harvardista löysivät itsenäisesti ydinmagneettisen resonanssin ilmiön, jolle molemmat saivat Nobelin fysiikan palkinnon. Harvat tietävät, että ensimmäinen tiedemies, joka vuonna 1960 ehdotti magneettikuvauksen (MRI) käyttöä sairauksien diagnosoimiseksi, oli Neuvostoliiton tiedemies Vladislav Aleksandrovich Ivanov.

Tästä huolimatta MRI: n perustamispäivä1973 pidetään vuosi, jolloin kemian ja radiologian professori Paul Lauterbur julkaisi artikkelin Nature-otsikolla ”Kuvan luominen indusoidun paikallisen vuorovaikutuksen avulla; esimerkkejä, jotka perustuvat magneettiseen resonanssiin. " Tämä työ perustui MRI-diagnostiikkaan.

MRI tarjoaa leikkauskuvia elinten käytöstä magneettiresonanssilla

Toinen tutkija Peter Mansfield paranimatemaattiset kuvantamisalgoritmit. Myöhemmin oli olemassa keino saada lyhytleikkaisia ​​kuvia elimistä käyttäen magneettista resonanssia. Yksinkertaisesti sanottuna visualisoi henkilön sisäelinten ja kudosten tilaa asettamalla se vahvaan magneettikenttään. Vuonna 2003 Lauterbur ja Mansfield palkittiin fysiologian ja lääketieteen Nobelin palkinnosta tästä löydöstä.

2-in-1 -diagnostiikka: PET / CT-menetelmän löytäminen

Positronemissio- tomografia (PET) on ollutpitkään kehitystyö tieteellisen laboratorion käyttämisestä kliiniseen käytäntöön. Uusien löydösten ansiosta tällä alalla 50-luvulla lääkäreillä oli mahdollisuus nähdä radiofarmaseuttisen aineen, joka on radioaktiivisella atomilla merkitty biologisesti aktiivinen yhdiste, jakautuminen ihmiskehoon.

PET-skannerin ensimmäinen prototyyppi ilmestyi vuonna 1952Massachusettsin sairaalassa, mutta sen avulla lääkärit saivat vain yhden kaksiulotteisen kuvan eikä niiden järjestyksen. Tämä johtui siitä, että skannerilla oli vain kaksi ilmaisinta, jotka sijaitsevat potilaan pään vasemmalla ja oikealla puolella, ja resoluutio oli pieni. Kuitenkin laitteen herkkyys sallitaan edelleen tuumorin havaitsemiseksi.

Kuva on rakennettu enimmäisintensiteetin ennusteiden avulla

PET: n jatkokehityksessä jatkui kaksisuunnat: anturien lukumäärä ja sijainti lisääntyi samanaikaisesti tämän kehittyneen matemaattisen tietojenkäsittelymenetelmän kanssa. 1970-luvun lopulla PET-skannerit alkoivat laajalti käyttää kliinisessä käytännössä, ja 90-luvun alussa Geneven yliopistossa toimiva onkosurge, Rudi Egeli, ehdotti CT-laitteiden sijoittamista PET-skannerianturien välisiin aukkoihin saadakseen ja aineenvaihduntaa potilaan kehossa. Näin syntyi yhdistetyt PET / CT-skannerit, joita käytetään nykyisin nykyaikaisissa klinikoissa ympäri maailmaa.

Innovaatio täällä ja nyt

Näyttelyyn kului vain puoli vuosisataalääketiede on noussut sen kehitykseen. Henkilön täydellinen skannaus yhdellä napsautuksella, mahdollisuus siirtää kuvia etäisyydellä ja etäneuvottelut muiden asiantuntijoiden kanssa - voisiko Wilhelm Roentgen tai Lazzaro Spallanzani unelmoida tästä? Säteilydiagnostiikan kehitystyön tavoitteena on nykyään parantaa visualisoinnin laatua, koska selkeä kuva antaa lääkäreille mahdollisuuden suorittaa tarkan tutkimuksen, tehdä oikean diagnoosin ensimmäistä kertaa ja määrittää nopeasti uudet hoitotaktiikat. Lisäksi modernit teknologiat auttavat tekemään uusia tutkimus- ja läpimurtohavaintoja paitsi lääketieteessä myös muilla aloilla, esimerkiksi arkeologiassa ja neurolingvistiikassa.

CT-skanneri, joka valvoo terveyttä ja auttaa arkeologeja

Sydän on elimen ainoa elinon jatkuvassa liikkeessä. Kun poistamme jonkin kameran liikkuvan objektin, se on epäselvä ja sumea. Mutta moderni tietokonetomografia pitää kuvan terävänä. Nykyään CT-skannerit antavat muutaman sekunnin ajan tutkia paitsi sydäntä myös saada tarkkoja kuvia aluksista, luuston luurasta ja muista elimistä.

Philipsin asiantuntijat menivät vielä pidemmällemuutama vuosi sitten luotiin spektrinen tietokonetomografi IQon. Tämä laite on tullut maailman ensimmäinen järjestelmä, joka toimii ainutlaatuisen kaksikerroksisen ilmaisimen pohjalta. Se erottaa samanaikaisesti korkean ja matalan energian tasoiset röntgensäteilyn fotonit, mikä tekee mahdolliseksi saada paitsi anatomiset tiedot myös tiedot kudosten koostumuksesta. Tämä auttaa lääkäreitä tekemään tietoisempia päätöksiä potilaan diagnoosin ja hoidon lisäämisestä. Suoritettuaan spektristä CT-tutkimusta radiologit voivat analysoida tavanomaisella CT-skannauksella erottamattomia kohteita.

incut

CT auttaa tutkimuksessamies, mutta myös avaa muinaisen kulttuurin ja historian salaisuuksien verhon. Muutama vuosi sitten tomografiaominaisuuksien ansiosta Philipsin ja Naturalis-museon asiantuntijat onnistuivat tarkastelemaan 66 miljoonaa vuotta sitten ja tutkimaan Rex Rexin kaulan nikamia. Ennen tätä tehtiin Philips CT: n avulla tutkimuksia Pompejin kaupungin asukkaiden jäännöksistä, jotka tuhoutuivat katastrofaalisen tulivuorenpurkauksen aikana vuonna 79 AD

Kasvain aseen alla: mitä digitaalinen PET / CT pystyy

PET / CT yhdistää kaksi tyyppiä kerrallatutkimus: tietokonetomografia arvioi muunnettujen kudosten rakennetta ja auttaa määrittämään niiden sijainnin millimetrille, ja positronipäästötomografia luo erittäin tarkkoja kolmiulotteisia kuvia, joiden avulla voit nähdä kudoksissa ja elimissä esiintyvät prosessit.

incut

Nykyään PET sallii lääkärien tunnistamisentuumorin koko on kolme millimetriä, ja CT pystyy määrittämään sen sijainnin millimetrin tarkkuudella. Tämä menetelmä on tullut todellinen vallankumous lääketieteessä: PET / CT: n avulla lääkärit voivat diagnosoida aivot, tunnistaa ikään liittyvät sairaudet, Alzheimerin ja Parkinsonin taudit ja tunnistaa iskeemiset sydänsairaudet. Lisäksi PET / CT auttaa määrittämään syöpäsolujen läsnäolon alkuvaiheessa ja tarvittaessa aloittamaan nopeasti hoidon.

Tällä menetelmällä kirurgi tietää tarkastimissä on kasvain, mikä on sen kehityksen dynamiikka, joka tarjoaa mahdollisuuden poistaa se kokonaan ilman, että se vaikuttaa terveisiin elimiin. Asiantuntijat voivat myös ymmärtää, miten parhaiten voitaisiin hoitaa säteilyhoitoa tappamaan syöpäsoluja, joilla on mahdollisimman vähän vahinkoa terveelle kudokselle. Viime aikoina Philipsin kehittäjät ovat esittäneet Vereosin täyden digitaalisen PET / CT-skannerin Venäjän markkinoille, joka käyttää digitaalista ilmaisinta perinteisten moninkertaistimien sijaan. Laite sieppaa jopa hyvin pieniä säteilyannoksia säilyttäen korkean kuvanlaadun, mikä on potilaan ja lääkärin kannalta turvallisempaa. Laitteen avulla voit hallita säteilyaltistusta menettämättä visualisoinnin laatua ja säilyttää kuvien selkeyden implanttien läsnä ollessa.

Mitä uutta MRI-alalla ja missä on neurolingvistiikka

MR-diagnostiikkaa pidetään tänään melkoisenatavallinen menettely, joka voidaan suorittaa monissa lääkärikeskuksissa. Mutta harvat tietävät, että MRI on arvokas työkalu lääkäreille, mutta myös neurolingvistiikan alan asiantuntijoille.

Mitä tapahtuu, kun kuulemmepuhe tai jotain, mitä sanomme? Miten auttaa ihmisiä, joilla on puheenvuoroja? MRI auttaa ammattilaisia ​​näkemään kielen. Niinpä HSE: n neurolingvistisen laboratorion tutkijat käyttävät toiminnallista MRI: tä tutkiakseen aikuisia, joilla on erilaisia ​​aivovaurioita, jotka vaikuttavat puhefunktioon. Tämän diagnoosin ansiosta voit nähdä vaurioituneen alueen ja miten aivot rakentavat uusia rikkoutuneiden linkkien sijasta. MRI-tietojen mukaan voidaan ymmärtää, missä puhefunktio on mennyt. Tutkijat ovat myös kehittäneet erityisen puheohjaimen: ihmiset suorittavat puhetoiminnon MRI: ssä, jonka avulla aivojen alueiden aktiivisuus määritetään. Saatujen tietojen perusteella valitaan optimaalinen hoito.

Toinen esimerkki MRI: stä on ei-invasiivinen.arvio raudan pitoisuudesta ihmiskehossa. Tutkimuksen suorittivat tutkimuslaitoksen asiantuntijat. Rogachev. Veritaudista kärsivät lapset saavat ne luovuttajilta, jotka ajan myötä johtavat rautaa sisältävien yhdisteiden kertymiseen kudoksiin - veren hemoglobiinin hajoamistuotteisiin. Tämä johtaa elinten toimintojen vakaviin rikkomuksiin, esimerkiksi sydämessä - äkilliseen pysähtymiseen ja kardiomyopatiaan, maksassa - maksakirroosiin, haimuun - diabetekseen. Yleensä raudan pitoisuuden kontrollia tarkistetaan maksan biopsialla, mutta tämä menetelmä on invasiivinen ja voi johtaa vakaviin seurauksiin. Nykyaikaiset MRI-menetelmät mahdollistavat ilman kirurgisia interventioita arvioida raudan pitoisuutta kudoksissa, mutta vielä tarvitaan lisätutkimuksia, jotta menetelmä otetaan kliiniseen käytäntöön.

kardiomyopatia - heterogeeninen sydänlihassairauksien ryhmä, \ tliittyy mekaaniseen tai sähköiseen toimintahäiriöön, joka ilmenee yleensä riittämättömänä hypertrofiana tai dilatoitumisena. Kardiomyopatiat voivat vaikuttaa vain sydämeen erillään, ja ne voivat olla osa yleistettyä systeemistä tautia, joka johtaa usein sydän- ja verisuonisairauksiin tai vammaisuuteen, joka johtuu progressiivisesta sydämen vajaatoiminnasta.

Lääketieteelliset diagnostiikkalaitteet läpäisseethyvä tapa ja parannettu joka vuosi, jolloin voit saada parempia kuvia. Syyskuussa 2018 Philips käänsi mullistavan teollisuuden ja esitteli ensimmäisen MRI-koneen Euroopassa, jossa oli vallankumouksellinen jäähdytysjärjestelmä suprajohtavuuden vaikutuksen saavuttamiseksi. Toisin kuin klassinen magneetti, joka vaatii yli 1 500 litraa nestemäistä heliumia jäähtymään, vain 7 litraa tätä nesteytettyä kaasua on mukana uudessa laitteessa. Nestemäinen helium sijoitetaan järjestelmään valmistusvaiheessa, jonka jälkeen magneetti on täysin suljettu, mikä poistaa mahdollisuuden kaasun haihtumiseen ja poistaa sen säännöllisen tankkauksen tarpeen. Gelless-skanneri on helpompi asentaa ja vähentää merkittävästi klinikan käyttökustannuksia.

Astu tulevaisuuteen: mitä löytöjä pitäisi odottaa XXI-luvulla

Digitaalisen integroidun teknologian kehittäminenTeleradiologiset valmiudet laajenevat vähitellen. Tämän alan ydin koostuu diagnostisten kuvien ja muiden potilastietojen vaihtamisesta klinikan sisällä ja sen ulkopuolella etäkäytön tai toisen asiantuntijalausunnon saamiseksi. Teleradiologisten järjestelmien avulla on mahdollista parantaa lääketieteellisen hoidon laatua ja saatavuutta kaikkialla maailmassa.

Lääkärien avustaminen lääketieteellisen analyysin ja kuvauksen yhteydessäkuvasta tulee vähitellen keinotekoinen äly. AI tarjoaa kattavan analyysin kaikista tilannekuvan käytettävissä olevista tiedoista ja vähentää siten riskiä, ​​että vahingossa puuttuu patologia, joka ei ollut asiantuntijan näkökulmasta. Myös AI ratkaisee lääketieteellisten kuvien laadun ongelman, koska se voi automaattisesti tarkistaa, onko kuvassa virheitä. Tästä johtuen toistuvien tutkimusten määrä vähenee, ja klinikat voivat siten kohdentaa talousarvion tehokkaammin. Philipsillä on jo samanlainen prototyyppiratkaisu.

incut

Suuri sysäys säteilydiagnoosin kehittymiselletarjoaa lisää todellisuuden teknologiaa. Yksi tällaisista läpimurto- ratkaisuista on Voka-ohjelman kehittäminen, jonka avulla traumatologi voi nähdä potilaan vaurioituneita luita toiminnan tarkastus- ja suunnitteluvaiheessa. CT- tai MRI-tuloksista saatujen tietojen perusteella syntyy loukkaantuneiden elinten ja kudosten 3D-malleja. Tuloksena olevat mallit sekä implanttien ja pinnojen mallit ladataan Microsoft HoloLensin sekatodellisuuskuulokkeeseen kirurgin lisätyötä varten. Tämä takaa toiminnan suuren tarkkuuden ja potilaiden nopean kuntoutumisen jopa vakavien loukkaantumisten jälkeen. Vastaava konsepti on kehitetty Philipsin asiantuntijoiden kanssa yhdessä Microsoftin kanssa HoloLens 2: n kanssa. Ratkaisu mahdollistaa 2D-kuvien reaaliaikaisen siirtämisen kolmiulotteiseen holografiseen ympäristöön, johon on lisätty todellisuutta, jota lääkäri voi helposti ja intuitiivisesti hallita. Tämä käsite on suunniteltu erityisesti minimaalisesti invasiivisiin toimintoihin, joissa tarkka ja yksityiskohtainen visualisointi on avain onnistuneeseen menettelyyn.

Suurilla tiedoilla on suuri rooli. Toisaalta ne sisältävät runsaasti tietoa potilaista, joten voit tallentaa enemmän tietoa olemassa olevista patologioista. Tämä edistää aikaisempaa ja tarkempaa diagnoosia paitsi sairauksien lisäksi myös erilaisille alttiuksille. Toisaalta suuret tiedot auttavat luomaan rakenteellisten tietojen kirjastoja, joiden avulla tiedemiehet voivat saada vastauksen jo ennen perustavaa laatua ja kalliita tutkimuksia: esimerkiksi onko teoriaa testattava ja kehitettävä uuden lääkkeen kehittämisessä.

Nämä neljä palloa ovat radiaalin keskeisiä näkökohtiadiagnostiikka, joka muuttaa säteilydiagnostiikan maailman ja avaa uusia mahdollisuuksia lääkäreille jopa 2000-luvun vakavimpien sairauksien torjunnassa.