Променева діагностика: сучасна 3D-візуалізація органів, телерадіології і аналіз знімків за допомогою ІІ

Як розвивалися технології променевої діагностики

Точкою відліку в історії променевої діагностики прийнято

вважати 1895 рік, коли професор ВільгельмКонрад Рентген, проводячи експерименти з катодними трубками, відкрив Х-промені, пізніше названі в його честь. Вчений зробив 15-хвилинне опромінення руки своєї дружини Берти і отримав зображення кісток кисті з обручкою на пальці. Відкриття стало світовою сенсацією і імпульсом для створення перших рентгенівських апаратів.

Вільгельм Конрад Рентген - німецький фізик з Вюрцбургского університету. За свою кар'єру встиг також попрацювати професором фізики в Хоенхайм, Страсбурзі, Гиссене і Мюнхені. Перший в історії фізики лауреат Нобелівської премії (1901 рік).

Рентген досліджував п'єзоелектричні іпіроелектричні властивості кристалів, встановив взаємозв'язок електричних і оптичних явищ в кристалах, проводив дослідження з магнетизму, які послужили однією з підстав електронної теорії Хендріка Лоренца.

Але головним відкриттям Рентгена стали Х-промені,які він виявив, коли йому було вже 50 років. До вченого не раз зверталися представники промислових фірм з пропозиціями про вигідну покупку прав на використання винаходу. Але Рентген відмовлявся запатентувати відкриття, тому що не вважав свої дослідження джерелом доходу.

За злою іронією - Рентген помер від раку, в сучасній діагностиці якого сьогодні активно використовується винахід вченого.

Кілька німецьких компаній працювали надстворенням рентгенівських трубок, але вони були занадто дорогими, і багато клінік не могли собі дозволити це обладнання. У 1918 році компанія Philips розробила свою першу медичну рентгенівську трубку, що зробила прорив в боротьбі з туберкульозом і дозволила лікарям взяти контроль над поширенням захворювання. Принцип роботи рентгена за багато років не змінився: рентгенівська трубка генерує випромінювання, яке проходить крізь тіло людини і потрапляє на детектор. Різні тканини по-різному пропускають або затримують рентгенівські промені, завдяки чому формується зображення.

Вільгельм Конрад Рентген

У 1932 році стала доступна зменшена іполегшена версія рентгенівського апарату, яким користувалися, в тому числі лікарі голландської армії. Вже до 1939 року було випущено 100 тис. Апаратів. Рентгенівські трубки почали поставлятися в медичні установи по всьому світу завдяки доступній ціні, а поширення знань про рентгенівських променях вплинуло на створення перших комп'ютерних томографів (КТ).

Як кажани допомогли лікарям

Історія УЗД почалася в XVIII столітті, колиіталійський фізик і натураліст Ладзаро Спаланцані звернув увагу на здатність кажанів орієнтуватися в повній темряві. Дослідним шляхом вчений встановив, що цього не заважає навіть відсутність зору. А ось воскові затички у вухах змушували нічних звірків втрачати орієнтацію в просторі. Спалланцани припустив, що кажани видають якийсь звук, не чутний людям, який відбивається від поверхонь і допомагає тваринам з легкістю обходити перешкоди. У той час ультразвукові сигнали неможливо було зафіксувати, тому припущення вченого так і залишилися гіпотезами.

Кажани орієнтуються в повній темряві завдяки ультразвуку, відбивається від поверхні

У 1880 році фізики П'єр і Жак Кюрі з'ясували, щодеякі кристали (наприклад, кварц) при механічному впливі здатні розпізнавати електричне поле. Завдяки цьому відкриттю були створені перші УЗ-детектори - основні елементи апаратів, які вперше дозволили технічно приймати сигнал ультразвука.

Устаткування, що віддалено нагадує сучаснімедичні прилади, було створено тільки в 1950-х роках. Англійський хірург Джон Джуліан Уайлд вперше виміряв за допомогою ультразвуку товщину стінки кишечника, розробив спеціальні датчики для діагностики, а також з'ясував, що злоякісна тканина краще відображає УЗ-хвилі, ніж здорова. Прототип сучасного УЗ-приладу, де датчик знаходиться в руці лікаря, з'явився в США в 1963 році - з цього моменту УЗД широко увійшло в медичну практику. Сьогодні воно є найбільш доступним і безпечним методом діагностики і використовується повсюдно для дослідження серцево-судинних, онкологічних захворювань, роботи шлунково-кишкового тракту та інших.

Безпека і достовірність - відкриття МРТ

У 1946 році Фелікс Блох зі Стенфордськогоуніверситету і Едвард Парселл з Гарварда незалежно один від одного відкрили явище ядерного магнітного резонансу, за що обидва були удостоєні Нобелівської премії з фізики. Мало хто знає, що першим ученим, який ще в 1960-му році запропонував використання магнітно-резонансної томографії (МРТ) для діагностики захворювань, був радянський вчений Владислав Олександрович Іванов.

Незважаючи на цей факт, датою заснування МРТприйнято вважати 1973 рік, коли професор хімії і радіології Пол Лотербур опублікував в журналі Nature статтю «Створення зображення за допомогою індукованого локального взаємодії; приклади на основі магнітного резонансу ». Ця робота і лягла в основу МРТ-діагностики.

МРТ дозволяє отримувати посрезовие знімки органів за допомогою магнітного резонансу

Ще один учений Пітер Менсфілд вдосконаливматематичні алгоритми формування зображення. Пізніше з'явився спосіб отримати посрезовие знімки органів за допомогою магнітного резонансу. Простіше кажучи, візуалізувати стан внутрішніх органів і тканин людини шляхом поміщення його в сильне магнітне поле. У 2003 році Лотербур і Менсфілд були удостоєні Нобелівської премії в області фізіології і медицини за це відкриття.

Діагностика 2-в-1: відкриття методу ПЕТ / КТ

Позитронна емісійна томографія (ПЕТ) пройшладовгий шлях розвитку від використання в науковій лабораторії до впровадження в клінічну практику. Завдяки новим відкриттям в цій області в 50-х роках лікарі змогли побачити розподіл в людському тілі радиофармпрепарата - біологічно активного з'єднання, позначеного радіоактивним атомом.

Перший прототип ПЕТ-сканера з'явився в 1952 роців Массачусетському госпіталі, але за допомогою нього лікарі отримували всього одне двовимірне зображення, а не їх послідовність. Це було пов'язано з тим, що сканер мав лише два детектора, розташованих зліва і праворуч від голови пацієнта, а дозвіл було низьким. Проте чутливість пристрою все ж дозволяла виявити пухлину.

Зображення, побудоване за методом проекцій максимальної інтенсивності

Надалі вдосконалення ПЕТ йшло за двоманапрямками: збільшувалася кількість і розташування датчиків, паралельно з цим розвивалися методи математичної обробки даних. В кінці 1970-х ПЕТ-сканери стали широко використовувати в клінічній практиці, а на початку 90-х онкохірург Руді Егелем з Женевського університету запропонував розмістити в зазорах між датчиками ПЕТ-сканера обладнання для проведення КТ, щоб отримувати в ході одного дослідження дані про структуру і обміні речовин в організмі пацієнта. Так з'явилися комбіновані ПЕТ / КТ-сканери, які зараз використовуються в сучасних клініках по всьому світу.

Інновації тут і зараз

Потрібно було лише півстоліття, щоб візуалізація вмедицині зробила стрибок у своєму розвитку. Повне сканування людини в один клік, можливість передачі знімків на відстань і віддалені консультації з іншими експертами - могли мріяти про це Вільгельм Рентген або Ладзаро Спаланцані? Сьогодні розробки в сфері променевої діагностики спрямовані на поліпшення якості візуалізації, оскільки чітке зображення дозволяє лікарям провести точне обстеження, поставити правильний діагноз з першого разу і швидко визначити подальшу тактику лікування. Більш того, сучасні технології допомагають робити нові дослідження і проривні відкриття не тільки в медицині, але і в інших областях, наприклад, в археології та нейролінгвістиці.

КТ на варті здоров'я і в допомогу археологам

Серце - єдиний орган в тілі, якийзнаходиться в безперервному русі. Коли ми знімаємо якийсь предмет в русі на фотоапарат, то він виходить у розмитим і нечітким. Але сучасна комп'ютерна томографія зберігає чіткість знімка. Сьогодні КТ-сканери дозволяють за кілька секунд досліджувати не тільки серце, а й отримувати високоточні зображення судин, кісткового скелета і інших органів.

Фахівці компанії Philips пішли ще далі ікілька років тому створили спектральний комп'ютерний томограф IQon. Цей апарат став першою в світі системою, яка працює на базі унікального двошарового детектора. Він одночасно розрізняє фотони рентгенівського випромінювання високого і низького рівня енергій, що дає можливість отримувати не тільки анатомічну інформацію, але і дані про склад тканин. Це допомагає лікарям приймати більш зважені рішення про подальшу тактику діагностики та лікування пацієнта. Після проведення дослідження на спектральному КТ радіологи можуть аналізувати об'єкти, невиразні при звичайному КТ-скануванні.

врізка

КТ допомагає не тільки проводити обстеженнялюдини, але і відкриває завісу таємниць найдавнішої культури і історії. Кілька років тому завдяки можливостям томографії фахівцям Philips і музею «Натуралис» вдалося зазирнути в минуле на 66 млн років тому і вивчити хвостові хребці тиранозавра Рекса. А до цього за допомогою КТ Philips були проведені дослідження останків жителів міста Помпеї, зруйнованого під час катастрофічного виверження вулкана в 79 році н.е.

Пухлина під прицілом: на що здатний цифровий ПЕТ / КТ

Метод ПЕТ / КТ поєднує в собі відразу два видидослідження: комп'ютерна томографія оцінює структури змінених тканин і допомагає з точністю до міліметра визначити їх місце розташування, а позитронно-емісійна томографія створює високоточні тривимірні зображення, які дозволяють побачити процеси, що протікають в тканинах і органах.

врізка

Сьогодні ПЕТ дає можливість лікарям виявитипухлини розміром від трьох міліметрів, а КТ здатна з точністю до міліметра визначити її місце розташування. Цей метод став справжньою революцією в медицині: за допомогою ПЕТ / КТ лікарі можуть провести діагностику головного мозку, виявити вікові захворювання - хвороби Альцгеймера і Паркінсона, а також розпізнати ішемічні захворювання серця. До того ж ПЕТ / КТ допомагає визначити наявність ракових клітин на ранніх стадіях і в разі необхідності швидко приступити до лікування.

За допомогою цього методу хірург буде точно знати,де знаходиться пухлина, яка динаміка її розвитку, що дасть можливість повністю видалити її, не зачіпаючи здорові органи. Також фахівці можуть зрозуміти, яким чином краще провести променеву терапію, щоб вбити ракові клітини з мінімальним збитком для здорових тканин. Нещодавно розробники Philips представили на російському ринку повністю цифровий ПЕТ / КТ сканер Vereos, де використовується цифровий детектор замість традиційних фотопомножувачів. Апарат вловлює навіть дуже низькі дози випромінювання зі збереженням високої якості зображення, що є більш безпечним для пацієнта і лікаря. Устаткування дозволяє контролювати променеве навантаження без втрати якості візуалізації і зберігати чіткість знімків навіть при наявності імплантатів.

Що нового в сфері МРТ і причому тут нейролінгвістика

МР-діагностика сьогодні вважається цілкомстандартною процедурою, яку можна пройти в багатьох медичних центрах. Але мало хто знає, що МРТ є цінним інструментом не тільки для лікарів, а й для фахівців в області нейролінгвістики.

Що відбувається в нашій голові, коли ми чуємомова або самі щось говоримо? Як допомогти людям з мовними патологіями? Саме МРТ допомагає фахівцям «побачити» мову. Так, вчені з наукової лабораторії нейролінгвістики НДУ ВШЕ за допомогою функціональної МРТ вивчають дорослих людей з різними ураженнями мозку, що зачіпають мовну функцію. Завдяки цій діагностиці можна побачити пошкоджену ділянку, і як мозок замість зруйнованих зв'язків будує нові. За даними МРТ можна зрозуміти, куди «пішла» мовна функція. Вчені також розробили спеціальний мовний локалайзер: люди виконують мовне завдання в МРТ, за допомогою чого визначається активність ділянок мозку. На основі отриманих даних підбирається оптимальна терапія.

Ще один приклад застосування МРТ - неінвазивнаоцінка концентрації заліза в організмі людини. Таке дослідження провели фахівці НДІ ім. Рогачова. Діти, які страждають захворюваннями крові, отримують її від донорів, що з часом призводить до накопичення в тканинах залізовмісних сполук - продуктів розпаду гемоглобіну крові. Це призводить до серйозних порушень функцій органів, наприклад, в серці - до раптової зупинки та кардіоміопатії, в печінці - до цирозу, в підшлунковій залозі - до діабету. Зазвичай контроль концентрації заліза перевіряють за допомогою біопсії печінки, але цей спосіб є інвазивним і може привести до серйозних наслідків. Сучасні методики МРТ дозволяють без хірургічних втручань оцінювати концентрацію заліза в тканинах, однак для впровадження методу в клінічну практику ще потрібні додаткові дослідження.

кардіоміопатії - гетерогенна група захворювань міокарда,пов'язаних з механічною або електричною дисфункцією, яка зазвичай проявляється неадекватною гіпертрофією або дилатацією. Кардіоміопатії можуть як ізольовано вражати тільки серце, так і бути частиною генералізованого системного захворювання, часто призводять до серцево-судинної смерті або до інвалідизації, зумовленої прогресуючою серцевою недостатністю.

Медичне обладнання для діагностики пройшловеликий шлях і з кожним роком удосконалювалося, дозволяючи отримувати більш якісні зображення. У вересні 2018 року Philips зробила революцію в галузі і представила в Європі перший апарат МРТ з революційною системою охолодження для досягнення ефекту надпровідності. На відміну від класичного магніту, для охолодження якого потрібно більше 1500 літрів рідкого гелію, в новому апараті задіяно лише 7 літрів цього скрапленого газу. Рідкий гелій поміщається в систему на етапі виготовлення, після чого магніт повністю герметизується, що виключає можливість випаровування газу і усуває необхідність його регулярної дозаправки. Безгеліевий сканер відрізняється більш простою установкою і дозволяє істотно скоротити витрати клініки на експлуатацію.

Крок в майбутнє: будь відкриттів варто чекати в ХХI столітті

З розвитком цифрових інтегрованих технологійбудуть поступово розширюватися можливості телерадіології. Суть цієї сфери полягає в обміні діагностичними зображеннями та іншими даними пацієнта всередині клініки і за його межами для віддаленого укладення або для отримання другого думки експертів. C допомогою телерадіологіческіх систем можна підвищити якість і доступність медичної допомоги населенню в будь-якій точці планети.

На допомогу лікарям в аналізі та описі медичнихзображень поступово приходить штучний інтелект. ІІ забезпечує комплексний аналіз всієї доступної на знімку інформації, тим самим знижує ризик випадкового пропуску патології, яка не потрапила в поле зору фахівця. Також ІІ дозволить вирішити проблему якості медичних зображень, адже він може автоматично перевірити, чи немає на знімку дефектів. Завдяки цьому знижується кількість повторних досліджень, а клініки за рахунок цього можуть більш ефективно розподіляти бюджет. У Philips вже є подібне рішення-прототип.

врізка

Величезний імпульс розвитку променевої діагностикизабезпечать технології доповненої реальності. Одним з таких проривних рішень є розробка Voka, яка дозволяє травматолога на етапі обстеження і планування операції побачити всередині пацієнта пошкоджені кістки. На підставі даних, отриманих в результаті проведення КТ або МРТ, створюються 3D-моделі травмованих органів і тканин. Отримані моделі, а також моделі імплантатів і спиць завантажуються на гарнітуру змішаної реальності Microsoft HoloLens для подальшої роботи хірурга. Це забезпечує високу точність операцій і швидку реабілітацію пацієнтів навіть після серйозних травм. Подібна концепція була розроблена фахівцями Philips спільно з Microsoft для HoloLens 2. Рішення дозволяє в режимі реального часу перенести 2D-зображення в тривимірну голографічну середу доповненої реальності, яка може легко і інтуїтивно контролюватися лікарем. Ця концепція розроблена спеціально для проведення малоінвазивних операцій, де точна і детальна візуалізація є ключем до успішної процедури.

Величезну роль зіграють великі дані. З одного боку, вони містять величезні масиви інформації про пацієнтів, а значить дозволяють зберігати більше знань про існуючі патологіях. Це буде сприяти більш ранній і точній діагностиці не тільки захворювань, але і різних схильностей. З іншого - big data допоможе створювати бібліотеки структурних даних, що дозволить вченим одержувати відповідь ще до проведення фундаментальних і дорогих досліджень: наприклад, чи слід тестувати і розвивати теорію в розробці нових ліків.

Ці 4 сфери є ключовими аспектами променевоїдіагностики, які перевернуть світ променевої діагностики і відкриють нові можливості перед лікарями в боротьбі навіть з самими серйозними захворюваннями ХХI століття.

Facebook Notice for EU! You need to login to view and post FB Comments!