Lääketieteellinen kuvantaminen

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 13. maaliskuuta 2013 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 22 muokkausta .

Lääketieteellinen kuvantaminen  on menetelmä ja prosessi, jolla luodaan visuaalisia esityksiä kehon sisäisistä rakenteista kliinistä analyysiä ja lääketieteellistä interventiota varten sekä visuaalinen esitys tiettyjen elinten tai kudosten toiminnoista. Lääketieteellisen kuvantamisen avulla voit tarkastella ihon ja luiden piilossa olevia sisäisiä rakenteita sekä diagnosoida sairauksia. Lääketieteellinen kuvantaminen luo myös normaalin anatomian ja fysiologian tietokannan poikkeamien tunnistamisen mahdollistamiseksi. Vaikka poistettujen elinten ja kudosten kuvantaminen voidaan suorittaa lääketieteellisistä syistä, tällaisia ​​toimenpiteitä pidetään yleensä osana  patologiaa eikä lääketieteellistä kuvantamista.

Tieteenä se on osa biologista kuvantamista ja sisältää radiologian, joka käyttää kuvantamistekniikoita radiografiaa, magneettikuvausta (MRI), ultraääntä (ultraääni), endoskopiaa, elastografiaa, tuntokuvausta, termografiaa, lääketieteellistä valokuvausta ja muuta isotooppilääkettä. tekniikoita, kuten positroniemissiotomografia (PET) ja yksifotoniemissiotietokonetomografia ( SPECT ).

Mittaus ja tallennus tehdään menetelmillä, joita ei ole suunniteltu  kuvantamista varten, kuten elektroenkefalografia (EEG), magnetoenkefalografia (MEG), elektrokardiografia (EKG), ja se on tekniikka, joka tuottaa dataa, joka esitetään kaaviona / aikafunktiona tai karttana, joka sisältää tietoja. mittauspaikoista.

Vuoteen 2010 mennessä maailmanlaajuisesti tehtiin 5 miljardia lääketieteellistä kuvantamistutkimusta. Lääketieteellisen kuvantamisen aiheuttama säteilyaltistus vuonna 2006 oli noin puolet Yhdysvaltojen kokonaisaltistumisesta ionisoivalle säteilylle. 

Lääketieteellistä kuvantamista pidetään usein joukona tekniikoita, jotka ei-invasiivisesti (ilman instrumenttien viemistä potilaan kehoon) tuottavat kuvia kehon sisäisestä osasta. Tässä suppeassa mielessä lääketieteellistä kuvantamista voidaan pitää matemaattisten käänteisongelmien ratkaisuna. Tämä tarkoittaa, että syy (elävän kudoksen ominaisuudet) on johdettu seurauksesta (havaittu signaali). Ultraäänen tapauksessa  anturi koostuu ultraääniaalloista ja kaiusta, joka tulee kudoksesta. Projektioradiografiassa koetin on röntgensäde  , joka imeytyy erityyppisiin kudoksiin, kuten luuhun, lihakseen ja rasvaan.

Visualisointimenetelmät

Tieteellisen tutkimuksen alalla lääketieteellinen kuvantaminen on biolääketieteen tekniikan, lääketieteellisen fysiikan tai lääketieteen alatiede kontekstista riippuen: instrumentointitutkimus ja -kehitys, kuvantaminen (kuten radiografia), biolääketieteen tekniikka, lääketieteellinen fysiikka ja tietojenkäsittelytiede. . Monilla lääketieteelliseen kuvantamiseen kehitetyistä tekniikoista on myös tieteellisiä ja teollisia sovelluksia. 

Röntgenkuvaus

Pääartikkeli:  Radiografia

Lääketieteellisessä kuvantamisessa käytetään kahta radiografista kuvantamista, röntgenkuvausta ja fluoroskopiaa. Näitä 2D-tekniikoita käytetään edelleen laajalti huolimatta 3D-kuvauksen edistymisestä alhaisten kustannusten, korkean resoluution ja pienempien säteilyannosten vuoksi. Tämä kuvantamismekanismi käyttää laajaa  röntgensädettä  kuvan tuottamiseen ja on ensimmäinen nykyaikaisessa lääketieteessä käytetty kuvantamistekniikka.

Magneettiresonanssikuvaus (MRI)

Pääartikkeli:  Magneettiresonanssikuvaus

Magneettiresonanssi käyttää voimakkaita magneetteja polarisoimaan ja virittämään vesimolekyylien vetyytimiä  (eli yksittäisiä  protoneja ) ihmiskudoksissa, mikä tuottaa havaittavan signaalin, joka on spatiaalisesti koodattu, mikä johtaa kuviin kehosta. MRI-laite lähettää radiotaajuuspulssin (RF) vesimolekyylien vetyatomien resonanssitaajuudella. Radiotaajuusantennit ("RF-kelat") lähettävät pulssin tutkittaville kehon alueille. Protonit absorboivat RF-pulssin, jolloin ne muuttavat suuntaa suhteessa päämagneettikenttään. Kun RF-pulssi sammutetaan, protonit "rentoutuvat" ja asettuvat uudelleen päämagneetin kanssa ja lähettävät radioaaltoja prosessin aikana. Tämä vedessä olevien vetyatomien radiosäteily havaitaan ja rekonstruoidaan kuvaksi. Pyörivän magneettisen dipolin resonanssitaajuus, jota kutsutaan Larmor-taajuudeksi, määräytyy päämagneettikentän voimakkuuden ja kiinnostuksen kohteena olevien ytimien kemiallisen ympäristön mukaan. MRI käyttää kolmenlaisia ​​sähkömagneettisia kenttiä: erittäin voimakkaita (tyypillisesti 1,5-3  Teslaa ) staattisia magneettikenttiä vetyytimien polarisoimiseksi (primäärikenttä); gradienttikenttiä, jotka voivat vaihdella tilassa ja ajassa (luokkaa 1 kHz) spatiaalista koodausta varten, kutsutaan usein yksinkertaisesti gradienteiksi; ja spatiaalisesti yhtenäisen RF-kentän vetyytimien manipuloimiseksi RF-antennien kautta kerättyjen mitattavissa olevien signaalien tuottamiseksi.

MRI luo perinteisesti kaksiulotteisen kuvan ohuesta kehon "viipaleesta", ja siksi sitä pidetään tomografisena kuvantamismenetelmänä. Nykyaikaiset MRI-laitteet pystyvät tuottamaan kuvia 3D-lohkoina, joita voidaan pitää yksittäisen viipaleen yleistyksenä. MRI:ssä ei käytetä ionisoivaa säteilyä, joten se ei aiheuta terveysriskiä. Esimerkiksi MRI on ollut käytössä 1980-luvun alusta, mutta voimakkaille staattisille kentille altistumisesta ei ole tunnettuja pitkäaikaisvaikutuksia (tämä on keskustelunaihe), joten kasvojen skannausten lukumäärää ei ole rajoitettu. voidaan altistaa, toisin  kuin röntgen-  ja  CT-skannaukset.tomografia . Kudosten lämpenemiseen liittyy kuitenkin hyvin tunnettuja terveysriskejä, jotka johtuvat RF-altistumisesta ja kehoon istutettujen laitteiden, kuten sydämen stimulanttien, läsnäolosta. Näitä riskejä valvotaan tarkasti sekä instrumenttien suunnittelussa että skannausprotokollassa.

Koska TT ja MRI ovat herkkiä erilaisille kudosominaisuuksille, näillä menetelmillä saadun kuvan ulkonäkö vaihtelee merkittävästi. CT:ssä röntgensäteet on estettävä jollakin tiheällä kudoksella kuvan luomiseksi, joten pehmytkudoskuvan laatu on huono. MRI puolestaan ​​käyttää vetyytimiä, joita on kaikissa vedessä olevissa kudoksissa ja jotka antavat voimakkaan signaalin, jonka avulla voit luoda erinomaisen pehmytkudoskontrastin.

Ydinlääketiede

Pääartikkeli:  Ydinlääketiede

Ydinlääketiede kattaa sekä diagnostisen kuvantamisen että sairauksien hoidon, ja se voidaan sisällyttää molekyylilääketieteen alaan. Ydinlääketiede käyttää radioaktiivisesta materiaalista vapautuvien isotooppien ja hiukkasten tiettyjä ominaisuuksia diagnosoida ja hoitaa erilaisia ​​sairauksia. Toisin kuin tyypillinen anatomisen radiologian käsite, isotooppilääketiede mahdollistaa fysiologian arvioinnin. Tällä lääketieteellisen arvioinnin toiminnallisella lähestymistavalla on hyödyllisiä sovelluksia monilla tieteenaloilla, erityisesti onkologiassa, neurologiassa ja kardiologiassa. Tutkimuksen suorittamiseksi potilaalle annetaan suhteellisen lyhytikäistä isotooppia,   esimerkiksi 99mTc  . Nämä isotoopit ovat pääasiassa biologisesti aktiivisen kudoksen omaamia, ja niitä voidaan käyttää luun kasvainten tai  murtumien havaitsemiseen  . Kuva saadaan sen jälkeen, kun kide rekisteröi kollimoidut fotonit, joka lähettää valosignaalin, joka puolestaan ​​vahvistuu ja muunnetaan laskentatiedoksi. Ydinlääketiede on jaettu:

Fiduciaarimarkkereita käytetään laajassa valikoimassa lääketieteellistä kuvantamista. Saman kohteen kuvia, jotka on luotu kahdella eri kuvantamisjärjestelmällä, voidaan korreloida asettamalla luottamusmerkki kummankin järjestelmän näyttämälle alueelle. Tässä tapauksessa on tarpeen käyttää merkkiä, joka näkyy molemmilla kuvantamismenetelmillä saaduissa kuvissa. Tämän tekniikan avulla SPECT- tai positroniemissiotomografian toiminnalliset tiedot voidaan yhdistää magneettikuvauksen (MRI) anatomiseen tietoon. Samoin MRI:n aikana määritettyjä vertailupisteitä voidaan verrata magnetoenkefalografian tuottamiin aivokuviin aivotoiminnan lähteen paikallistamiseksi.

Ultraääni

Pääartikkeli:  Ultraääni

Ultraääni käyttää korkeataajuisia ääniaaltoja, jotka pomppaavat kudoksesta eri tavoin muodostamaan kuvia. Tätä käytetään yleisesti raskaana olevien naisten sikiön kuvantamiseen, vaikka ultraääntä käytetään paljon laajemmin. Muita tärkeitä sovelluksia ovat vatsan, sydämen, rintakehän, lihasten, jänteiden, valtimoiden ja suonien kuvantaminen. Ultraääni voi tarjota vähemmän anatomisia yksityiskohtia kuin menetelmät, kuten CT tai MRI, mutta sillä on useita etuja, jotka tekevät siitä kätevämmän monissa tilanteissa, erityisesti se voi näyttää rakenteen liikkeen reaaliajassa, ei lähetä ionisoivaa säteilyä. Ultraääntä käytetään myös tutkimusvälineenä kudosten karakterisoinnissa ja uusien kuvankäsittelytekniikoiden käyttöönotossa. Ultraääni eroaa muista lääketieteellisistä kuvantamismenetelmistä siinä, että se on korkeataajuinen ääniaalto, joka lähetetään kudoksiin ja eri kudosten koostumuksesta riippuen signaali vaimenee ja palaa eri aikavälein. Heijastuneiden ääniaaltojen reitti monikerroksisessa rakenteessa voidaan määrittää käyttämällä tuloakustista impedanssia sekä suhteellisten rakenteiden heijastus- ja lähetyskerrointa. Ultraääniskannerit voidaan hyväksyä kriittisesti sairaille potilaille tehohoitoyksiköissä ilman potilasta liikuttelematta. Reaaliaikainen liikkuva kuva voidaan hankkia ja käyttää ohjaamaan vedenpoisto- ja biopsiatoimenpiteitä. Nykyaikaisilla skannereilla voit näyttää veren virtauksen valtimoissa ja suonissa.

Elastografia

Elastografia on suhteellisen uusi kuvantamistekniikka, joka näyttää pehmytkudosten elastiset ominaisuudet. Tämä menetelmä on syntynyt viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. Elastografia on hyödyllinen lääketieteellisessä diagnoosissa, koska elastisuus voi erottaa terveen ja epäterveen kudoksen tietyissä elimissä. Esimerkiksi syöpäkasvaimet ovat usein kovempia kuin ympäröivät kudokset, ja sairaat maksat ovat kovempia kuin terveet. On olemassa useita tekniikoita, jotka perustuvat ultraäänen, magneettikuvauksen ja tuntokuvan käyttöön. Ultraäänielastografian laaja kliininen sovellus on tulosta teknologian käyttöönotosta kliinisissä ultraäänilaitteissa. Viimeisen vuosikymmenen aikana jatkuva toiminnan kasvu elastografian alalla on osoitus teknologian menestyksekkäästä soveltamisesta lääketieteellisen diagnoosin ja hoidon seurannan eri alueilla.

Tunteva visualisointi

Kosketuskuvaus on lääketieteellinen kuvantamistekniikka, joka muuttaa tuntoaistin digitaaliseksi kuvaksi. Tunnuskuva on  P(x, y, z) :n funktio,  jossa  P  on pinnan pehmytkudoksiin kohdistuva paine rasituksen aikana. Tunnuskuvaus on samanlainen kuin manuaalinen tunnustelu, sillä laite, johon on asennettu paineantureiden matriisi, toimii samalla tavalla kuin ihmisen sormet ja muuttaa pehmytkudoksia hieman. Tätä toimenpidettä käytetään visualisoimaan eturauhasen, rintojen, emättimen ja lisääntymisrakenteiden lantion tuki sekä liipaisupiste lihaksissa. 

Fotoakustinen kuva

Fotoakustinen kuvantaminen on äskettäin kehitetty fotoakustiseen vaikutukseen perustuva biolääketieteellisen kuvantamisen hybridi. Siinä yhdistyvät optisen absorptiokontrastin edut ultraäänen spatiaaliseen resoluutioon syväkuvankäsittelyä varten. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että fotoakustista kuvantamista voidaan käyttää in vivo kasvaimen angiogeneesin seurantaan, veren hapetuskartoitukseen, toiminnalliseen aivojen kuvantamiseen ja ihomelanooman havaitsemiseen jne.

Termografia

Käytetään pääasiassa rintojen kuvantamiseen. On olemassa kolme lähestymistapaa  : teletermografia  , kontaktitermografia ja  dynaaminen angiotermografia  . Nämä digitaaliset termografiset infrapunakuvaustekniikat perustuvat periaatteeseen, että aineenvaihduntaaktiivisuus ja verenkierto sekä esisyöpäkudoksessa että rintasyöpäkohtaa ympäröivällä alueella on lähes aina korkeampi kuin normaalissa rintakudoksessa. Pahanlaatuiset kasvaimet vaativat kasvavan määrän ravintoaineita ja näin ollen lisäämään veren toimitusta soluihinsa olemassa olevien verisuonten kautta sekä avaamalla "lepotilassa" ja luomalla uusia (neoangiogeneesin teoria ) .

Teletermografian ja kontaktitermografian kannattajat väittävät, että tämä prosessi johtaa alueellisten rintojen pintalämpötilojen nousuun, mutta on vain vähän todisteita siitä, että termografia on tarkka tapa havaita rintakasvaimia. Termografiaa ei ole hyväksytty rintasyövän seulontaan Yhdysvalloissa tai Kanadassa, ja terveysviranomaiset ovat varoittaneet termografiaa molemmissa maissa. 

Dynaaminen angiotermografia käyttää  lämpökuvausta , mutta sillä on merkittäviä eroja teletermografiaan ja kontaktitermografiaan, mikä vaikuttaa havaitsemiseen. Ensinnäkin koettimia on parannettu verrattuna aikaisempiin nestekidekiekoihin; Näitä ovat parempi tilaresoluutio, kontrastikyky ja nopeampi kuvantaminen. Merkittävämpi ero on verisuoniston muutoksista johtuvien lämpömuutosten määrittämisessä kasvaimen/leesion kasvun tukemiseksi. Sen sijaan, että vain tallennettaisiin kasvaimen tuottaman lämmön muutosta, kuva pystyy nyt tunnistamaan rintojen vaskularisaatioon liittyvät muutokset. Sitä käytetään tällä hetkellä yhdessä muiden rintasyövän diagnosointimenetelmien kanssa. Tämä diagnostinen menetelmä on halpa verrattuna muihin menetelmiin. Angiotermografia ei ole testi, joka korvaa muita testejä, vaan liittyy niihin menetelmänä, joka antaa lisätietoa kliinisen kuvan selkeyttämiseksi ja diagnoosin laadun parantamiseksi.

Ekokardiografia

Kun ultraäänellä otetaan kuva sydämestä, prosessia kutsutaan kaikukardiografiaksi. Ekokardiografian avulla voit nähdä sydämen yksityiskohtaiset rakenteet, mukaan lukien kammion koko, sydämen toiminta, venttiilit ja sydänpussi (sydämen ympärillä oleva pussi). Ekokardiografia käyttää 2D-, 3D- ja Doppler-kuvausta luomaan kuvia sydämestä ja visualisoimaan veren virtaamista jokaisen sydämen neljän venttiilin läpi. Kaikukardiografiaa käytetään laajalti eri potilasryhmissä aina oireista, kuten hengenahdistusta tai rintakipusta, syöpähoitoa saaviin. Transtorakaalinen ultraääni on osoitettu olevan turvallinen kaiken ikäisille potilaille, imeväisistä vanhuksiin, ilman haitallisten sivuvaikutusten tai säteilyn riskiä, ​​toisin kuin muut kuvantamismenetelmät. Ekokardiografia on yksi yleisimmin käytetyistä kuvantamismenetelmistä maailmassa sen siirrettävyyden ja monipuolisuuden ansiosta. Hätätilanteissa kaikukardiografia on nopea, helposti saatavilla, ja se voidaan tehdä lähellä sairaalasänkyä, mikä tekee siitä kätevän monille kliinikoille.

Toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia

Pääartikkeli:  Toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia

FNIR on suhteellisen uusi ei-invasiivinen kuvantamismenetelmä. NIS  -spektroskopiaa (near infrared spectroscopy) käytetään  toiminnallisiin neuroimaging -tarkoituksiin  ja se on laajalti hyväksytty  aivojen kuvantamistekniikkana  . 

Katso myös