imaging medico

Wilhelm Roentgen scoprì i raggi X nel 1896 e la prima radiografia del torace nel 1900. Poi arriva il tubo a raggi X. E come appare oggi. Lo scoprirai nell'articolo qui sotto.

1806 Philippe Bozzini sviluppa l'endoscopio a Magonza, pubblicando per l'occasione "Der Lichtleiter" - un manuale sullo studio dei recessi del corpo umano. Il primo a utilizzare questo dispositivo in un'operazione di successo è stato il francese Antonin Jean Desormeaux. Prima dell'invenzione dell'elettricità, venivano utilizzate sorgenti luminose esterne per esaminare la vescica, l'utero e il colon, nonché le cavità nasali.

1. La prima radiografia: la mano della moglie di Roentgen

1896 Wilhelm Roentgen scopre i raggi X e la loro capacità di penetrare nei solidi. I primi specialisti a cui ha mostrato i suoi "roentgenogrammi" non erano medici, ma i colleghi di Roentgen - fisici (1). Il potenziale clinico di questa invenzione è stato riconosciuto poche settimane dopo, quando una radiografia di una scheggia di vetro nel dito di un bambino di quattro anni è stata pubblicata su una rivista medica. Negli anni successivi, la commercializzazione e la produzione in serie di tubi a raggi X hanno diffuso la nuova tecnologia in tutto il mondo.

1900 Prima radiografia del torace. L'uso diffuso della radiografia del torace ha permesso di rilevare precocemente la tubercolosi, che a quel tempo era una delle cause più comuni di morte.

1906-1912 I primi tentativi di utilizzare mezzi di contrasto per un migliore esame di organi e vasi.

1913 Sta emergendo un vero e proprio tubo a raggi X, chiamato tubo sottovuoto a catodo caldo, che utilizza un'efficiente sorgente di elettroni controllata a causa del fenomeno dell'emissione termica. Ha aperto una nuova era nella pratica radiologica medica e industriale. Il suo creatore fu l'inventore americano William D. Coolidge (2), popolarmente conosciuto come il "padre del tubo a raggi X". Insieme alla griglia mobile creata dal radiologo di Chicago Hollis Potter, la lampada Coolidge ha reso la radiografia uno strumento prezioso per i medici durante la prima guerra mondiale.

1916 Non tutte le radiografie erano facili da leggere - a volte tessuti o oggetti oscuravano ciò che veniva esaminato. Pertanto, il dermatologo francese André Bocage ha sviluppato un metodo per emettere raggi X da diverse angolazioni, che ha eliminato tali difficoltà. La sua .

1919 Appare la pneumoencefalografia, che è una procedura diagnostica invasiva del sistema nervoso centrale. Consisteva nel sostituire parte del liquido cerebrospinale con aria, ossigeno o elio, introdotto attraverso una puntura nel canale spinale, ed eseguire una radiografia della testa. I gas erano ben contrastati con il sistema ventricolare del cervello, il che ha permesso di ottenere un'immagine dei ventricoli. Il metodo è stato ampiamente utilizzato a metà del XX secolo, ma è stato quasi completamente abbandonato negli anni '80, poiché l'esame era estremamente doloroso per il paziente ed era associato a un grave rischio di complicanze.

Anni '30 e '40 Nella medicina fisica e nella riabilitazione, l'energia delle onde ultrasoniche inizia ad essere ampiamente utilizzata. Il russo Sergey Sokolov sta sperimentando l'uso degli ultrasuoni per trovare difetti metallici. Nel 1939 utilizza una frequenza di 3 GHz, che però non fornisce una risoluzione dell'immagine soddisfacente. Nel 1940 Heinrich Gohr e Thomas Wedekind dell'Università di Medicina di Colonia, Germania, presentarono nel loro articolo "Der Ultraschall in der Medizin" la possibilità di una diagnostica ecografica basata su tecniche eco-riflesse simili a quelle utilizzate per il rilevamento di difetti metallici. .

Gli autori hanno ipotizzato che questo metodo consentirebbe di rilevare tumori, essudati o ascessi. Tuttavia, non hanno potuto pubblicare risultati convincenti dei loro esperimenti. Sono anche noti gli esperimenti medici ad ultrasuoni dell'austriaco Karl T. Dussik, neurologo dell'Università di Vienna in Austria, iniziati alla fine degli anni '30.

1937 Il matematico polacco Stefan Kaczmarz formula nel suo lavoro "Technique of Algebric Reconstruction" i fondamenti teorici del metodo di ricostruzione algebrica, che è stato poi applicato nella tomografia computerizzata e nell'elaborazione digitale del segnale.

Gli anni '40. L'introduzione di un'immagine tomografica utilizzando un tubo a raggi X ruotato attorno al corpo del paziente o ai singoli organi. Ciò ha permesso di vedere i dettagli dell'anatomia e le modifiche patologiche nelle sezioni.

1946 I fisici americani Edward Purcell e Felix Bloch hanno inventato indipendentemente la risonanza magnetica nucleare NMR (3). Hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica per "lo sviluppo di nuovi metodi di misurazione precisa e le relative scoperte nel campo del magnetismo nucleare".

3. Set di apparecchiature NMR

1950 sorge scanner rettilineo, compilato da Benedict Cassin. Il dispositivo in questa versione è stato utilizzato fino all'inizio degli anni '70 con vari farmaci a base di isotopi radioattivi per visualizzare gli organi in tutto il corpo.

1953 Gordon Brownell del Massachusetts Institute of Technology crea un dispositivo che è il precursore della moderna fotocamera PET. Con il suo aiuto, lui, insieme al neurochirurgo William H. Sweet, riesce a diagnosticare i tumori al cervello.

1955 Sono in fase di sviluppo intensificatori di immagini a raggi X dinamici che consentono di ottenere immagini a raggi X di immagini in movimento di tessuti e organi. Queste radiografie hanno fornito nuove informazioni sulle funzioni corporee come il battito cardiaco e il sistema circolatorio.

1955-1958 Il medico scozzese Ian Donald inizia a utilizzare ampiamente i test ecografici per la diagnosi medica. È un ginecologo. Il suo articolo "Investigation of Addominal Masses with Pulsed Ultrasound", pubblicato il 7 giugno 1958 sulla rivista medica The Lancet, definì l'uso della tecnologia ad ultrasuoni e gettò le basi per la diagnosi prenatale (4).

1957 Viene sviluppato il primo endoscopio a fibra ottica: il gastroenterologo Basili Hirshowitz e i suoi colleghi dell'Università del Michigan brevettano una fibra ottica, gastroscopio semiflessibile.

1958 Hal Oscar Anger presenta alla riunione annuale dell'American Society for Nuclear Medicine una camera di scintillazione che consente la dinamica imaging di organi umani. Il dispositivo entra nel mercato dopo un decennio.

1963 Appena coniato il Dr. David Kuhl, insieme al suo amico, l'ingegnere Roy Edwards, presenta al mondo il primo lavoro congiunto, frutto di diversi anni di preparazione: il primo apparato al mondo per il cosiddetto. tomografia ad emissioneche chiamano il Mark II. Negli anni successivi furono sviluppate teorie e modelli matematici più accurati, furono effettuati numerosi studi e furono costruite macchine sempre più avanzate. Infine, nel 1976, John Keyes crea la prima macchina SPECT - tomografia a emissione di fotoni singoli - basata sull'esperienza di Cool ed Edwards.

1967-1971 Utilizzando il metodo algebrico di Stefan Kaczmarz, l'ingegnere elettrico inglese Godfrey Hounsfield crea le basi teoriche della tomografia computerizzata. Negli anni successivi costruisce il primo scanner EMI CT funzionante (5), sul quale, nel 1971, viene effettuato il primo esame di una persona presso l'Atkinson Morley Hospital di Wimbledon. Il dispositivo è stato messo in produzione nel 1973. Nel 1979, Hounsfield, insieme al fisico americano Allan M. Cormack, ricevette il Premio Nobel per il loro contributo allo sviluppo della tomografia computerizzata.

5. Scanner EMI

1973 Il chimico americano Paul Lauterbur (6) scoprì che introducendo gradienti di un campo magnetico che passa attraverso una data sostanza, si può analizzare e scoprire la composizione di questa sostanza. Lo scienziato usa questa tecnica per creare un'immagine che distingue tra acqua normale e pesante. Sulla base del suo lavoro, il fisico inglese Peter Mansfield costruisce la propria teoria e mostra come creare un'immagine rapida e precisa della struttura interna.

Il risultato del lavoro di entrambi gli scienziati è stato un esame medico non invasivo, noto come risonanza magnetica o risonanza magnetica. Nel 1977, la macchina per la risonanza magnetica, sviluppata dai medici americani Raymond Damadian, Larry Minkoff e Michael Goldsmith, fu usata per la prima volta per studiare una persona. Lauterbur e Mansfield hanno ricevuto congiuntamente il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 2003.

1974 L'americano Michael Phelps sta sviluppando una telecamera per tomografia a emissione di positroni (PET). Il primo scanner PET commerciale è stato creato grazie al lavoro di Phelps e Michel Ter-Poghosyan, che hanno guidato lo sviluppo del sistema presso EG&G ORTEC. Lo scanner è stato installato presso l'UCLA nel 1974. Poiché le cellule tumorali metabolizzano il glucosio dieci volte più velocemente delle cellule normali, i tumori maligni appaiono come punti luminosi su una scansione PET (7).

1976 Il chirurgo Andreas Grünzig presenta l'angioplastica coronarica presso l'ospedale universitario di Zurigo, in Svizzera. Questo metodo utilizza la fluoroscopia per trattare la stenosi dei vasi sanguigni.

1978 sorge radiografia digitale. Per la prima volta, un'immagine da un sistema a raggi X viene convertita in un file digitale, che può quindi essere elaborato per una diagnosi più chiara e archiviato digitalmente per ricerche e analisi future.

Gli anni '80. Douglas Boyd introduce il metodo della tomografia a fascio di elettroni. Gli scanner EBT utilizzavano un raggio di elettroni controllato magneticamente per creare un anello di raggi X.

1984 Viene visualizzato il primo imaging 3D che utilizza computer digitali e dati TC o MRI, risultando in immagini XNUMXD di ossa e organi.

1989 Entra in uso la tomografia computerizzata a spirale (TC spirale). Questo è un test che combina un movimento rotatorio continuo del sistema lampada-rilevatore e il movimento del tavolo sulla superficie di prova (8). Un importante vantaggio della tomografia a spirale è la riduzione del tempo di esame (permette di ottenere un'immagine di diverse decine di strati in una scansione della durata di alcuni secondi), la raccolta di letture dall'intero volume, compresi gli strati dell'organo, che erano tra le scansioni con TC tradizionale, così come la trasformazione ottimale della scansione grazie al nuovo software. Il pioniere del nuovo metodo è stato il Dr. Willy A. Kalender, Direttore della Ricerca e Sviluppo Siemens. Ben presto altri produttori seguirono le orme di Siemens.

8. Schema di tomografia computerizzata a spirale

1993 Sviluppare una tecnica di imaging ecoplanare (EPI) che consentirà ai sistemi di risonanza magnetica di rilevare l'ictus acuto in una fase iniziale. L'EPI fornisce anche l'imaging funzionale, ad esempio, dell'attività cerebrale, consentendo ai medici di studiare la funzione di diverse parti del cervello.

1998 I cosiddetti esami PET multimodali insieme alla tomografia computerizzata. Ciò è stato fatto dal Dr. David W. Townsend dell'Università di Pittsburgh, insieme a Ron Nutt, uno specialista dei sistemi PET. Ciò ha aperto grandi opportunità per l'imaging metabolico e anatomico dei pazienti oncologici. Il primo prototipo di scanner PET/CT, progettato e costruito da CTI PET Systems a Knoxville, nel Tennessee, è entrato in funzione nel 1998.

2018 MARS Bioimaging introduce la tecnica color i Imaging medico XNUMXD (9), che, al posto delle fotografie in bianco e nero dell'interno del corpo, offre una qualità completamente nuova in medicina: le immagini a colori.

Il nuovo tipo di scanner utilizza la tecnologia Medipix, sviluppata per la prima volta per gli scienziati dell'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) per tracciare le particelle nel Large Hadron Collider utilizzando algoritmi informatici. Invece di registrare i raggi X mentre attraversano i tessuti e come vengono assorbiti, lo scanner determina l'esatto livello di energia dei raggi X quando colpiscono diverse parti del corpo. Quindi converte i risultati in diversi colori per abbinare ossa, muscoli e altri tessuti.

9. Sezione colorata del polso, realizzata con tecnologia MARS Bioimaging.

Classificazione dell'imaging medico

1. Raggi X (raggi X) questa è una radiografia del corpo con la proiezione di raggi X su una pellicola o rivelatore. I tessuti molli vengono visualizzati dopo l'iniezione di contrasto. Il metodo, utilizzato principalmente nella diagnosi del sistema scheletrico, è caratterizzato da bassa precisione e basso contrasto. Inoltre, le radiazioni hanno un effetto negativo: il 99% della dose viene assorbito dall'organismo di prova.

2. tomografia (Greco - sezione trasversale) - il nome collettivo dei metodi diagnostici, che consistono nell'ottenere un'immagine di una sezione trasversale di un corpo o parte di esso. I metodi tomografici sono divisi in diversi gruppi:

• Ultrasuoni (ultrasuoni) è un metodo non invasivo che utilizza i fenomeni ondulatori del suono ai confini dei vari media. Utilizza trasduttori ultrasonici (2-5 MHz) e piezoelettrici. L'immagine si muove in tempo reale;
• tomografia computerizzata (TC) utilizza i raggi X controllati dal computer per creare immagini del corpo. L'uso dei raggi X avvicina la TC ai raggi X, ma i raggi X e la tomografia computerizzata forniscono informazioni diverse. È vero che un radiologo esperto può anche dedurre la posizione tridimensionale, ad esempio, di un tumore da un'immagine a raggi X, ma i raggi X, a differenza delle scansioni TC, sono intrinsecamente bidimensionali;
• risonanza magnetica (MRI) - questo tipo di tomografia utilizza le onde radio per esaminare i pazienti posti in un forte campo magnetico. L'immagine risultante si basa sulle onde radio emesse dai tessuti esaminati, che generano segnali più o meno intensi a seconda dell'ambiente chimico. L'immagine corporea del paziente può essere salvata come dati informatici. La risonanza magnetica, come la TC, produce immagini XNUMXD e XNUMXD, ma a volte è un metodo molto più sensibile, soprattutto per distinguere i tessuti molli;
• tomografia a emissione di positroni (PET) - registrazione di immagini computerizzate dei cambiamenti nel metabolismo dello zucchero che si verificano nei tessuti. Al paziente viene iniettata una sostanza che è una combinazione di zucchero e zucchero marcato isotopicamente. Quest'ultimo consente di localizzare il cancro, poiché le cellule tumorali assorbono le molecole di zucchero in modo più efficiente rispetto ad altri tessuti del corpo. Dopo l'ingestione di zucchero marcato radioattivamente, il paziente si sdraia per ca.
• 60 minuti mentre lo zucchero marcato circola nel suo corpo. Se c'è un tumore nel corpo, lo zucchero deve essere accumulato in modo efficiente in esso. Quindi il paziente, adagiato sul tavolo, viene introdotto gradualmente nello scanner PET - 6-7 volte entro 45-60 minuti. Lo scanner PET viene utilizzato per determinare la distribuzione dello zucchero nei tessuti corporei. Grazie all'analisi della TC e della PET si può meglio descrivere una possibile neoplasia. L'immagine elaborata al computer viene analizzata da un radiologo. La PET può rilevare anomalie anche quando altri metodi indicano la natura normale del tessuto. Consente inoltre di diagnosticare le ricadute del cancro e determinare l'efficacia del trattamento: man mano che il tumore si restringe, le sue cellule metabolizzano sempre meno zucchero;
• Tomografia a emissione di fotoni singoli (SPECT) – tecnica tomografica nel campo della medicina nucleare. Con l'aiuto della radiazione gamma, consente di creare un'immagine spaziale dell'attività biologica di qualsiasi parte del corpo del paziente. Questo metodo consente di visualizzare il flusso sanguigno e il metabolismo in una determinata area. Utilizza radiofarmaci. Sono composti chimici costituiti da due elementi: un tracciante, che è un isotopo radioattivo, e un trasportatore che può depositarsi nei tessuti e negli organi e superare la barriera emato-encefalica. I portatori hanno spesso la proprietà di legarsi selettivamente agli anticorpi delle cellule tumorali. Si depositano in quantità proporzionali al metabolismo; 
• tomografia a coerenza ottica (OCT) - un nuovo metodo simile agli ultrasuoni, ma il paziente viene sondato con un raggio di luce (interferometro). Utilizzato per visite oculistiche in dermatologia e odontoiatria. La luce retrodiffusa indica la posizione dei punti lungo il percorso del raggio di luce in cui cambia l'indice di rifrazione.

3. Scintigrafia - otteniamo qui un'immagine degli organi, e soprattutto della loro attività, utilizzando piccole dosi di isotopi radioattivi (radiofarmaci). Questa tecnica si basa sul comportamento di alcuni farmaci nel corpo. Fungono da veicolo per l'isotopo utilizzato. Il farmaco marcato si accumula nell'organo oggetto di studio. Il radioisotopo emette radiazioni ionizzanti (il più delle volte radiazioni gamma), penetrando all'esterno del corpo, dove viene registrata la cosiddetta gamma camera.