Podklasa | Obrazowanie biologiczny ( w ) , badanie lekarskie , diagnostyka medyczna |
---|
Obrazowania medycznego obejmuje środki do pozyskiwania i na rendering obrazów w organizmie ludzkim z różnych zjawisk fizycznych , takich jak absorpcji promieni X , z magnetycznego rezonansu jądrowego , odbicie fali ultradźwięków lub promieniowania , które jest czasami łączy optycznych, technik obrazowania, takich jak endoskopia . Pojawił się najstarszy na przełomie XX -go wieku , techniki te zrewolucjonizowały medycynę z postępem IT w umożliwieniu pośrednio wizualizację anatomii , z fizjologii lub metabolizmu w organizmie człowieka . Opracowane jako narzędzie diagnostyczne , znajdują również szerokie zastosowanie w badaniach biomedycznych, aby lepiej zrozumieć funkcjonowanie organizmu. Znajdują również coraz więcej zastosowań w różnych dziedzinach, takich jak bezpieczeństwo , archeologia i sztuka.
Początki obrazowania medycznego są konsekwencją prac Wilhelma Röntgena nad promieniami rentgenowskimi . Pracując nad promieniami katodowymi w 1895 roku, przeprowadził eksperyment polegający na wyładowaniu prądu z cewki Ruhmkorffa do rury próżniowej umieszczonej w kartonowym pudełku. Udało mu się zaobserwować fluorescencję znajdującego się poza nim ekranu z platynianku baru. Po powtórzeniu eksperymentu z kilkoma materiałami zauważa, że promieniowanie to może przechodzić przez materię. Zauważa również, że gęstość na ekranie zależy od przepuszczanego materiału, takiego jak papier, guma , szkło czy drewno. Następnie wpada na pomysł umieszczenia dłoni przed rurką i obserwuje „ciemniejsze cienie kości na obrazie niż cienie dłoni”. Chodzi zatem o to, co stanie się zasadą radiografii . Inne testy doprowadziły go do wykorzystania klisz fotograficznych, w tym pierwszych radiograficznych zdjęć anatomicznych jego żony Anny Berthe Roentgen the22 grudnia 1895. Wilhelm Röntgen otrzymał pierwszą Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 r. „Jako świadectwo niezwykłych zasług, jakie przyniósł mu odkrycie niezwykłych promieni nazwanych później jego imieniem”.
Od końca lat dwudziestych XX wieku pacjentowi wstrzyknięto „Rad C” w celu monitorowania krążenia krwi za pomocą licznika Geigera-Müllera wynalezionego w 1928 roku. Następnie w 1934 roku Irène i Frédéric Joliot-Curie odkryli sztuczną radioaktywność. Od tego momentu możemy tworzyć izotopy (obecnie nazywane radionuklidami). W 1938 roku udało nam się wyprodukować jod 131, który od razu znalazł zastosowanie w medycynie do eksploracji i leczenia chorób tarczycy (nowotwory i nadczynność tarczycy). Następnie odkrycie technetu (99mTc) w 1937 Emilio Segre atom N o 43, a nie ma w tablicy Mendelejewa. Odkrycie izomeru emitującego promieniowanie gamma (99mTc) i możliwość jego wytwarzania w służbie medycznej w postaci generatora pozwoliło na znakowanie różnych cząsteczek umożliwiających rozwój scyntygrafii.
Celem obrazowania medycznego jest stworzenie reprezentacji wizualnie zrozumiały z informacji natury medycznej. Ten problem jest bardziej ogólnie w ramach naukowego i technicznego obrazu : celem jest w rzeczywistości, aby móc reprezentować w stosunkowo prostym formacie dużej ilości informacji pochodzących z wielu pomiarów uzyskanych w dobry sposób zdefiniowane..
Uzyskany obraz można przetworzyć komputerowo w celu uzyskania np .:
W szerszym znaczeniu, dziedzina obrazowania medycznego obejmuje wszystkie techniki przechowywania i manipulowania tymi informacjami. Tak więc istnieje standard zarządzania informatycznego danymi pochodzącymi z obrazowania medycznego: standard DICOM .
W zależności od zastosowanych technik, medyczne badania obrazowe dostarczają informacji o anatomii narządów (ich wielkości, objętości, umiejscowieniu, kształcie ewentualnej zmiany itp.) Lub o ich funkcjonowaniu ( fizjologii , metabolizmie itp.). W pierwszym przypadku mówimy o obrazowaniu strukturalnym, w drugim o obrazowaniu czynnościowym .
Do najczęściej stosowanych w medycynie metod obrazowania strukturalnego należą metody jednoręczne oparte na RTG ( radiologia , radiologia cyfrowa , tomografia komputerowa lub tomografia komputerowa, angiografia itp.) Lub na magnetycznym rezonansie jądrowym ( MRI ), ultradźwięki metody (wykorzystujące ultradźwięki ), wreszcie metody optyczne (wykorzystujące promienie świetlne).
Bardzo zróżnicowane są również metody obrazowania czynnościowego. Łączą medycyny jądrowej techniki ( PET , TEMP ) na podstawie emisji pozytonów lub promieni gamma przez znaczników radioaktywnych , które po iniekcji, zostały skupione w obszarach o dużej aktywności metabolicznej, w szczególności w przypadku przerzutów do kości, występująca w gęstej środowisko, techniki elektrofizjologiczne (np. elektroencefalografia ilościowa ), polegające na pomiarze zmian stanu elektrochemicznego tkanek (w szczególności w związku z aktywnością nerwów ), techniki wynikające z tzw. funkcjonalnego rezonansu magnetycznego czy pomiarów termograficznych lub spektroskopii w podczerwieni .
Jest stosowany w medycynie do badań (scyntygrafia) i do leczenia pacjentów ( wektoryzowana radioterapia wewnętrzna ). Jest również używany w laboratorium ( testy radioimmunologiczne lub RIA). Techniki scyntygraficzne (medycyna nuklearna ) opierają się na wykorzystaniu znacznika promieniotwórczego, który emituje promieniowanie wykrywalne za pomocą urządzeń pomiarowych. Te cząsteczki naznaczone radioaktywnością ( radiofarmaceutyki ) są wybierane tak, aby wiązały się preferencyjnie z określonymi komórkami lub aby śledzić określone funkcje organizmu. Obraz biodystrybucji radioaktywności jest tworzony i interpretowany przez lekarza. Można obliczyć parametry ( frakcja wyrzutowa komory, względna aktywność każdej z dwóch nerek itp.). Uzyskane obrazy mogą być płaskie lub zrekonstruowane w postaci przekrojów (tomoscyntygrafia).
Każda z dwóch technik scyntygraficznych ma swoje zalety i wady. Wybór zależy od wspomnianej diagnozy, ale także od dostępności radiofarmaceutyków i kamer PET.
Najpowszechniej stosowanymi radionuklidami są 99m Tc w konwencjonalnej scyntygrafii i 18 F w scyntygrafii z emisją pozytonów. Najczęściej używane radionuklidy mają bardzo krótkie fizyczne okresy półtrwania (sześć godzin dla 99mTc, dwie godziny dla 18F). Do spadku związanego z fizycznym okresem radionuklidu dodaje się ten związany z okresem biologicznym .
Najczęstszymi skanami są scyntygrafia kości , wentylacja płuc i perfuzja , scyntygrafia tarczycy , scyntygrafia mięśnia sercowego , określanie frakcji wyrzutowej lewej komory ... Ale tą metodą można zbadać praktycznie wszystkie narządy i wszystkie funkcje.
W wielu przypadkach obrazy scyntygraficzne w przekrojach (funkcjonalne) mogą być powiązane z obrazami strukturalnymi (uzyskanymi za pomocą skanera rentgenowskiego), dając w ten sposób obrazy fuzji bardzo przydatne w diagnostyce .
Stosowanie promieni rentgenowskich jest powszechną praktyką. Promieniowanie to, podobnie jak promienie gamma, jest jonizujące i dlatego jest niebezpieczne. W szczególności, napromienianie komórki w mitotycznego fazy może powodować mutacje w DNA i która może spowodować pojawienie się raka w okresie czasu. Jednak dzięki środkom ochrony przed promieniowaniem ryzyko związane z badaniami rentgenowskimi jest maksymalnie ograniczone.
Różne rodzaje egzaminów wykorzystują promieniowanie rentgenowskie:
W Stanach Zjednoczonych w 2010 roku FDA zdecydowała się zaostrzyć swoją kontrolę, biorąc pod uwagę, że tomografia rentgenowska (CT) i fluororoskopia to główne badania wyjaśniające wzrost narażenia pacjentów na promieniowanie jonizujące; według American Cancer Institute , przedawkowania te powodują 29 000 przypadków raka na kolejny rok i 15 000 zgonów w kraju.
Tak samo jest na całym świecie. Władze nalegają na niezbędne uzasadnienie tych czynów, obecnie niezastąpione przy stawianiu rzetelnych diagnoz i ocen prognostycznych. W szczególności nie należy zezwalać na samodzielną rejestrację takich egzaminów.
Funkcjonalny spektroskopii w bliskiej podczerwieni , stosując środek na ścieżce optycznej światła emitowanego przez źródło podczerwień do uzyskiwania pomiarów natleniania obszarów tkanki przez (zazwyczaj w mózgu), w celu wywnioskowania jego aktywność.
Techniki OCT ( optycznej tomografii koherentnej ) pozwalają na uzyskanie obrazu poprzez wywołanie interferencji optycznej pod powierzchnią analizowanej tkanki. Zakłócenia te są mierzone przez kamerę (OCT z pełnym polem) lub przez dedykowany odbiornik (tradycyjny OCT). Techniki te są nieniszczące i nieszkodliwe.
Rozproszony tomografii optycznej wykorzystuje także promienie światła bliskiej podczerwieni (600 nm do 900 nm ) do wykrywania ludzkiego ciała w trzech wymiarach.
Trendy techniczne i komputerowe powinny umożliwić uzyskanie coraz dokładniejszych obrazów (w niektórych przypadkach obrazowanie molekularne), uzyskiwanych szybciej i mniej stresu dla pacjenta, możliwie trójwymiarowych i animowanych oraz widocznych na odległość .
Zautomatyzowana obsługa interpretacji obrazu jest prawdopodobnie rozwijać poprzez oprogramowania i oprogramowania biblioteki do przetwarzania obrazu i algorytmów o sztucznej inteligencji .
Mnożenie się technik i ich komplementarność popycha postęp w kierunku tzw. Obrazowania multimodalnego, w którym dane z kilku technik uzyskanych jednocześnie lub nie są ponownie korygowane , to znaczy umieszczane w korespondencji w tym samym dokumencie. Na przykład morfologię konturów serca uzyskanych za pomocą rezonansu magnetycznego można nałożyć na pojedynczy obraz z informacją o ruchomości ścian uzyskaną za pomocą ultrasonografii dopplerowskiej . Najnowsze, „ interoperacyjne ” urządzenia do obrazowania czasami pozwalają na tworzenie obrazów multimodalnych podczas jednego badania (na przykład hybrydowe systemy CT-SPECT). Ponadto obraz mógłby być animowany (bicie serca) i prezentowany w bloku 3xD. Do wytwarzania obrazów multimodalnych możliwe są dwie metody: pierwsza polega na fuzji obrazów uzyskanych w różnych procesach, a więc w różnym czasie, co powoduje trudności w dopasowaniu obrazów, gdy pacjent nie znajdował się w dokładnie tej samej pozycji w momencie wykonywania zdjęcia . Druga metoda polega na opracowaniu wszechstronnych maszyn zdolnych do jednoczesnego pozyskiwania kilku typów różnych obrazów u tego samego pacjenta, a następnie ich scalania, możliwie w czasie zbliżonym do rzeczywistego.
Mikroskopia również powinna ewoluować, np. Poprzez plazmoniczne wykrywanie nanoobiektów, automatyczne urządzenia do analizy, obrazowanie 3D w wysokiej rozdzielczości lub animację 3D, możliwie w czasie rzeczywistym i bardziej precyzyjne, przydatne np. Na potrzeby neurologii, genetyki czy raka badania (na przykład w celu lepszego zbadania miejsc adhezji komórek; francusko-niemiecki zespół był w ten sposób w stanie w 2012 roku stworzyć odpowiednik filmu przedstawiającego ruch białek niezbędnych do życia komórki).