Underklasse af | Biologisk billeddannelse ( in ) , lægeundersøgelse , medicinsk diagnose |
---|
Den medicinske billeddannelse inkluderer midlerne til at erhverve og til gengivelse af billeder af den menneskelige krop fra forskellige fænomener fysiske, såsom absorption af røntgenstråler , den kernemagnetiske resonans , refleksionsbølge- ultralyd eller radioaktivitet, som undertiden kombinerer optiske billeddannelsesteknikker såsom endoskopi . Dukkede op for den ældste ved årsskiftet XX th århundrede , disse teknikker har revolutioneret medicin med forløbet af it at gøre det muligt indirekte visualisere anatomi , den fysiologi eller metabolisme af det menneskelige legeme . Udviklet som et diagnostisk værktøj bruges de også i vid udstrækning i biomedicinsk forskning for bedre at forstå organismenes funktion. De finder også flere og flere applikationer inden for forskellige områder som sikkerhed , arkæologi og kunst.
Begyndelsen af medicinsk billeddannelse er en konsekvens af Wilhelm Röntgens arbejde med røntgenstråler . Mens han arbejdede med katodestråler i 1895 , udførte han et eksperiment, der bestod i at udlede strøm fra en Ruhmkorff-spole i et vakuumrør anbragt i en papkasse. Han formåede at observere fluorescensen af en barium platinocyanid skærm placeret uden for den. Efter at have gentaget eksperimentet med flere materialer bemærker han, at disse stråling er i stand til at passere gennem stof. Han bemærker også, at tætheden på skærmen afhænger af materialet, der føres igennem, såsom papir, gummi , glas eller træ. Derefter har han ideen om at placere sin hånd foran røret og observerer "mørkere skygger på knoglen i billedet end skyggerne på hånden". Det handler derfor om, hvad der bliver princippet om radiografi . Andre tests fører ham til brugen af fotografiske film, herunder de første radiografiske anatomiske fotografier af hans kone Anna Berthe Roentgen den22. december 1895. Wilhelm Röntgen modtog den første Nobelpris i fysik i 1901 "som et vidnesbyrd om de ekstraordinære tjenester, der blev leveret af hans opdagelse af de bemærkelsesværdige stråler, der senere blev opkaldt efter ham".
Fra slutningen af 1920'erne blev en patient injiceret med "Radium C" for at overvåge blodcirkulationen ved hjælp af en Geiger-Müller-tæller, der blev opfundet i 1928. Efterfølgende i 1934 blev kunstig radioaktivitet opdaget af Irène og Frédéric Joliot-Curie. Fra dette øjeblik kan vi skabe isotoper (i øjeblikket kaldet radionuklider). I 1938 lykkedes det os at producere jod 131, som straks blev brugt i medicin til udforskning og behandling af skjoldbruskkirtelsygdomme (kræft og hyperthyroidisme). Derefter opdagelsen af Technetium (99mTc) i 1937 af Emilio Segre atom nr . 43, mens den mangler fra Mendeleevs bord. Opdagelsen af en gamma-emitterende isomer (99mTc) og muligheden for at producere den i en medicinsk tjeneste i form af en generator tillod mærkning af forskellige molekyler, der tillader udvikling af scintigrafi.
Formålet med medicinsk billeddannelse er at skabe en repræsentation, der er visuelt forståelig for medicinsk information . Dette problem er mere generelt inden for rammerne af det videnskabelige og tekniske billede : Målet er faktisk at være i stand til at repræsentere i et relativt simpelt format en stor mængde information, der er resultatet af en lang række målinger opnået i henhold til en veldefineret.
Det opnåede billede kan behandles via computer for at opnå f.eks.
I en bredere forstand omfatter området medicinsk billeddannelse alle teknikker til lagring og manipulation af denne information. Der er således en standard for it- styring af data fra medicinsk billeddannelse: DICOM- standarden .
Afhængigt af de anvendte teknikker giver medicinske billedundersøgelser information om organers anatomi (deres størrelse, volumen, placering, form for enhver læsion osv.) Eller om deres funktion (deres fysiologi , deres metabolisme osv.). I det første tilfælde taler vi om strukturel billeddannelse og i det andet om funktionel billeddannelse .
Blandt de metoder, der oftest anvendes strukturel billeddannelse inden for medicin, inkluderer metoder til en hånd baseret enten på røntgen ( radiologi , digital radiologi , CT-scanning eller CT-scanning, angiografi osv.) Eller på kernemagnetisk resonans ( MR ), ultralyd metoder (som bruger ultralyd ) og endelig optiske metoder (som bruger lysstråler).
De funktionelle billeddannelsesmetoder er også meget varierede. De samler nuklearmedicinske teknikker ( PET , TEMP ) baseret på emission af positroner eller gammastråler efter radioaktive sporstoffer , som efter injektion er koncentreret i områder med intens metabolisk aktivitet, især i tilfælde af knoglemetastaser. Forekommer i et tæt miljø, elektrofysiologiske teknikker (såsom kvantitativ elektroencefalografi ), dem, der måler ændringer i vævets elektrokemiske tilstand (især i forbindelse med nerveaktivitet ), teknikker som følge af såkaldt funktionel MR eller endda termografisk eller infrarød spektroskopimåling .
Det bruges i human medicin til at udforske (scintigrafi) og til behandling af patienter ( vektoriseret intern strålebehandling ). Det bruges også i laboratoriet ( radioimmunologiske analyser eller RIA). Scintigrafi teknikker ( nuklear medicin ) er baseret på anvendelsen af et radioaktivt sporstof som udsender stråling påviseligt ved måleapparater. Disse molekyler markeret med radioaktivitet ( radiofarmaceutiske midler ) vælges til fortrinsvis at binde til bestemte celler eller til at spore bestemte funktioner i organismen. Et billede af biodistributionen af radioaktivitet produceres og fortolkes af en læge. Parametre kan beregnes ( udstødningsfraktion af ventrikel, relativ aktivitet for hver af de to nyrer osv.). De opnåede billeder kan være plane eller rekonstrueres i form af sektioner (tomoscintigrafi).
Hver af de to scintigrafiteknikker har sine fordele og ulemper. Valget afhænger af den nævnte diagnose, men også af tilgængeligheden af radiofarmaka og PET-kameraer.
De mest anvendte radionuklider er 99m Tc i konventionel scintigrafi og 18 F i positronemissionsscintigrafi. De anvendte radionuklider har ofte meget korte fysiske halveringstider (seks timer for 99mTc, to timer for 18F). Til det fald, der er knyttet til den fysiske periode af radionuklidet, tilføjes det, der er knyttet til den biologiske periode .
De mest almindelige scanninger er knoglescanning , lungescanningsventilation og perfusion , skjoldbruskkirtelscanning , myokardiescintigrafi , bestemmelse af udstødningsfraktionen i venstre ventrikulære ... Men praktisk talt alle organer og alle funktioner kan udforskes ved denne metode.
I et stort antal tilfælde kan de scintigrafiske billeder i sektioner (funktionelle) associeres med strukturelle billeder (opnået med røntgenscanner), hvilket giver fusionsbilleder meget nyttige til diagnose .
Brug af røntgenstråler er almindelig praksis. Disse strålinger er ligesom gammastråler ioniserende og derfor farlige. Især kan bestråling af en celle i den mitotiske fase forårsage en mutation af DNA, og som kan forårsage fremkomst af kræft på sigt. Men takket være strålingsbeskyttelsesforanstaltninger er risikoen i X-undersøgelser begrænset så meget som muligt.
Forskellige typer eksamener bruger røntgenstråler:
I USA besluttede FDA i 2010 at stramme sin kontrol i betragtning af at røntgen tomografi (CT) og fluororoskopi er de vigtigste undersøgelser, der forklarer stigningen i eksponering for ioniserende stråling hos patienter; ifølge American Cancer Institute inducerer disse overdoser 29.000 kræftformer pr. ekstra år og 15.000 dødsfald i landet.
Det er det samme over hele verden. Myndighederne insisterer på den nødvendige begrundelse for disse handlinger, som i øjeblikket er uerstattelige for at stille pålidelige diagnoser og foretage prognostiske evalueringer. Især bør selvregistrering af sådanne undersøgelser ikke tillades.
Den funktionelle nær-infrarøde spektroskopi ved hjælp af et mål for den optiske vej for lyset, der udsendes af en infrarød kilde for at udlede målinger af iltningsområder i væv gennem (normalt hjernen) for at udlede dens aktivitet.
OCT-teknikker ( optisk kohærent tomografi ) gør det muligt at opnå et billede ved at producere optisk interferens under overfladen af det analyserede væv. Disse interferenser måles af et kamera (fuldfelt-OLT) eller af en dedikeret modtager (traditionel OCT). Disse teknikker er ikke-destruktive og harmløse.
Den diffuse optiske tomografi bruger også nærinfrarøde lysstråler (600 nm til 900 nm ) til at observere menneskekroppen i tre dimensioner.
Tekniske og computertendenser skal gøre det muligt at have flere og mere præcise billeder (molekylær billeddannelse i visse tilfælde), erhvervet hurtigere og med mindre stress for patienten, muligvis gengivet tredimensionelt og animeret og kan ses på afstand .
Automatisk support til billedfortolkning udvikles sandsynligvis gennem software- og softwarebiblioteker til billedbehandling og algoritmer for kunstig intelligens .
Spredningen af teknikker og deres komplementaritet skubber fremskridt i retning af såkaldt multimodal billeddannelse , hvor data fra flere teknikker, der er erhvervet samtidigt eller ikke, omjusteres , dvs. sættes i korrespondance inden for det samme dokument. For eksempel er det muligt at overlejre morfologien i hjertets konturer på det samme billede opnået af MR med information om mobiliteten af væggene opnået ved Doppler-ultralyd . Seneste, " interoperable " billedbehandlingsenheder tillader undertiden, at der produceres multimodale billeder under en enkelt undersøgelse (for eksempel hybrid CT-SPECT-systemer). Derudover kan billedet muligvis animeres (hjerteslag) og præsenteres i 3xD-blok. For at producere multimodale billeder er to metoder mulige: en er baseret på fusion af billeder opnået ved forskellige processer og derfor på forskellige tidspunkter, hvilket medfører vanskeligheder med at justere billederne, når patienten ikke var i nøjagtig den samme position, da billedet blev taget . Den anden metode består i at udvikle alsidige maskiner, der er i stand til at erhverve flere typer forskellige billeder på samme tid på den samme patient og derefter flette dem, muligvis i næsten realtid.
Mikroskopi skal også udvikle sig med f.eks. Plasmonisk påvisning af nano-objekter, automatiske analyseanordninger, højopløsnings 3D-billeddannelse eller 3D-animation, muligvis i realtid og mere præcis, nyttig for eksempel til behovene i neurologi, genetik eller kræft forskning (for eksempel for bedre at undersøge stederne for celleadhæsion; et fransk-tysk team var således i stand til i 2012 at producere det ækvivalente med en film, der præsenterede bevægelsen af proteiner, der er essentielle for en celles liv).