Orvosi képalkotás

Alosztálya	Biológiai képalkotás ( in ) , orvosi vizsgálat , orvosi diagnózis

Az orvosi képalkotás magában foglalja az emberi test képeinek megszerzését és visszaadását különböző fizikai jelenségekből , például a röntgensugarak elnyeléséből , a magmágneses rezonancia , a reflexiós hullám ultrahangja vagy radioaktivitása, amely néha ötvözi az optikai képalkotási technikákat, például az endoszkópiát. . A legrégebben a XX . Század fordulóján jelentek meg, ezek a technikák forradalmasították az orvostudományt az informatika fejlődésével, lehetővé téve az emberi test anatómiájának , fiziológiájának vagy anyagcseréjének közvetett megjelenítését . Diagnosztikai eszközként kifejlesztve széles körben használják őket az orvosbiológiai kutatásokban is, hogy jobban megértsék a szervezet működését. Egyre több alkalmazást találnak különböző területeken, mint például a biztonság , a régészet és a művészet.

Történelmi

A kezdetek Az orvosi képalkotás következménye Wilhelm Röntgen munkáját a röntgen . Miközben dolgozik katódsugarakkal a 1895 , ő végzett kísérlet, amely abból állt, kisütés áram egy Ruhmkorff tekercset egy vákuumcső helyezzük egy kartondobozban. Sikerült megfigyelni a rajta kívül elhelyezkedő bárium-platinocianid-képernyő fluoreszcenciáját . Miután megismételte a kísérletet több anyaggal, észreveszi, hogy ezek a sugárzások képesek átjutni az anyagon. Azt is észreveszi, hogy a képernyőn a sűrűség az átjutó anyagtól függ, például papír, gumi , üveg vagy fa. Ezután az az ötlete támad, hogy a kezét a cső elé tegye, és "a csont sötétebb árnyékát figyeli a képen, mint a kéz árnyékát". Ezért arról van szó, hogy mi lesz a radiográfia alapelve . Más vizsgálatok fényképes filmek felhasználására késztették, beleértve felesége, Anna Berthe Roentgen, az első röntgen anatómiai fényképeket. 1895. december 22 . Wilhelm Röntgen 1901-ben megkapta az első fizikai Nobel-díjat "" a később róla elnevezett figyelemre méltó sugarak felfedezése által nyújtott rendkívüli szolgálatok tanúságaként ".

Az 1920-as évek végétől az 1928-ban feltalált Geiger-Müller számláló segítségével egy beteget "Rádium C" -vel injektáltak a vérkeringés ellenőrzésére. Ezt követően 1934-ben Irène és Frédéric Joliot-Curie felfedezték a mesterséges radioaktivitást. Ettől a pillanattól kezdve izotópokat hozhatunk létre (jelenleg radionuklidoknak hívják őket). 1938-ban sikerült előállítanunk a 131-es jódot, amelyet azonnal felhasználtak az orvostudományban pajzsmirigybetegségek (rák és pajzsmirigy-túlműködés) feltárására és kezelésére. Ezután a felfedezés (99mTc) 1937-ben Emilio Segre atommal n o 43, miközben hiányzik a táblázat Mendeleev. A gamma-kibocsátó izomer (99mTc) felfedezése és annak lehetősége az orvosi szolgálatban generátor formájában történő előállítására lehetővé tette a különböző molekulák jelölését, lehetővé téve a szcintigráfia kialakulását.

Elv

Az orvosi képalkotás célja az információs orvosi természetű, vizuálisan érthető reprezentáció létrehozása . Ez a probléma általában a tudományos és technikai kép keretein belül található : a cél valójában az, hogy viszonylag egyszerű formátumban képesek legyenek ábrázolni a jó mód szerint megszerzett mérések sokaságából származó nagy mennyiségű információt.

A kapott képet számítógéppel lehet feldolgozni, például:

egy szerv vagy szövet háromdimenziós rekonstrukciója ;
film vagy animáció, amely egy szerv evolúcióját vagy mozgását mutatja az idő múlásával;
kvantitatív képalkotás, amely képviseli bizonyos biológiai paraméterek mért értékeit egy adott térfogatban.

Tágabb értelemben az orvosi képalkotás területe felöleli az ezen információk tárolására és manipulálására szolgáló összes technikát. Így létezik az orvosi képalkotásból származó adatok informatikai kezelésének szabványa: a DICOM szabvány .

Különböző technikák

Az alkalmazott technikáktól függően az orvosi képalkotó vizsgálatok információkat nyújtanak a szervek anatómiájáról (méretükről, térfogatukról, helyükről, bármilyen elváltozás alakjáról stb.) Vagy működésükről ( fiziológiájukról , anyagcseréjükről stb.). Az első esetben strukturális képalkotásról , a másodikban a funkcionális képalkotásról beszélünk .

Az orvostudományban leggyakrabban használt strukturális képalkotó módszerek közé tartoznak egyrészt a röntgensugárzáson ( radiológia , digitális radiológia , CT vagy CT vizsgálat, angiográfia stb.) Vagy a magmágneses rezonancián ( MRI ), az ultrahangon alapuló módszerek. módszerek (amelyek ultrahangot használnak ), végül optikai módszerek (amelyek fénysugarakat használnak).

A funkcionális képalkotó módszerek szintén nagyon változatosak. Ők hozzák össze a nukleáris orvoslás technikák ( PET , TEMP ) alapján a kibocsátása pozitronokat vagy gamma-sugarak által radioaktív jelölőanyagok , amelyek az injektálás után, koncentrálódik régióiban intenzív metabolikus aktivitás, különösen abban az esetben, csontáttétek. Előforduló sűrű környezet, elektrofiziológiai technikák (például kvantitatív elektroencefalográfia ), azok, amelyek mérik a szövetek elektrokémiai állapotának változását (különösen az idegaktivitással kapcsolatban ), úgynevezett funkcionális MRI vagy termográfiai vagy infravörös spektroszkópiai mérések eredményeként kapott technikák .

Mágneses mezők

Magnetic Resonance Imaging (MRI), a hatása intenzív mágneses teret a centrifugálás a protonok . Ez egy tomográfiai folyamat , amely lehetővé teszi a test "virtuális szakaszainak" megszerzését három térsík ( szagittális , koronális és axiális szakasz ) követésével . A választott paraméterektől függően az MRI lehetővé teszi egyes szövetek erős kontrasztú képeinek megszerzését szövettani tulajdonságaik szerint . Ezért ez egy eszköz, amelyet különösen használnak az agyi képalkotásban. Az MRI-vizsgálatokat jelenleg biztonságosnak tartják a test számára. Bármely, a mágneses mezőre érzékeny ferromágneses tárgy ( piercing , pacemaker , bizonyos protézisek stb.) Veszélyes.
A magnetoenkefalográfia (MEG) egy olyan technika, mérésére gyenge mágneses mezők által indukált aktivitása által elektromos a neuronok a agyban . Az MRI-vel ellentétben nem támaszkodik a szövetek előzetes mágnesezésére. Ezért a mágneses tárgyak jelenléte nem jelent kockázatot.
A magnetocardiography egy olyan technika, hasonló az előző mérési mágneses mezők által indukált elektromos aktivitását sejtek a szívizom a törzs . Csak nagyon keveset használják.

Radioaktivitás

Az emberi gyógyászatban feltárásra (szcintigráfia) és betegek kezelésére használják ( vektorizált belső sugárterápia ). Laboratóriumban is használják ( radioimmunológiai vizsgálatok vagy RIA). A szcintigráfiai technikák ( nukleáris orvoslás ) egy radioaktív nyomjelző használatán alapulnak, amely mérőeszközökkel detektálható sugárzást bocsát ki. Ezeket a radioaktivitással jelölt molekulákat ( radiofarmakonok ) úgy választják meg, hogy előnyösen kötődjenek bizonyos sejtekhez, vagy nyomon kövessék a szervezet bizonyos funkcióit. A radioaktivitás biodisztribúciójáról képet orvos készít és értelmez. A paraméterek kiszámíthatók ( a kamra kilökődési frakciója , a két vese relatív aktivitása stb.). A kapott képek síkban vagy szakaszok formájában rekonstruálhatók (tomoszcintigráfia).

Single-foton-emissziós tomográfia (TEMP vagy SPECT): használja a kibocsátott gamma- fotonok által molekula jelölve egy radioaktív izotóppal fecskendezzük a testbe.
A pozitronemissziós tomográfia (PET vagy PET): ez a leggyakrabban használt fluor-dezoxiglükóz , egy glükóz analóg jelzett egy 18F radioizotóp kibocsátó pozitronokat Ezek pozitronokat kölcsönhatásba tárgya és két foton a 0,511 MeV bocsátanak a véletlen, amely lehetővé teszi a kimutatási. Az F-18 képes látni a magas metabolizmusú sejteket, például rákos sejteket vagy fertőzéseket.

A két szcintigráfiai technika mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai. A választás az említett diagnózistól, de a radiofarmakonok és a PET-kamerák elérhetőségétől is függ.

A legszélesebb körben alkalmazott radionuklidok a hagyományos szcintigráfiában 99m Tc és a pozitron emissziós szcintigráfiában 18 F. Az alkalmazott radionuklidok leggyakrabban nagyon rövid fizikai felezési idővel bírnak (hat óra 99mTc esetén, két óra 18F esetén). A radionuklid fizikai periódusához kapcsolódó csökkenéshez hozzáadódik a biológiai periódushoz kapcsolódó csökkenés .

A leggyakoribb vizsgálatok a csontvizsgálat , a tüdőszkennelés szellőztetése és perfúziója , a pajzsmirigy-vizsgálat , a szívizom-szcintigráfia , amelyek meghatározzák a bal kamra ejekciós frakcióját ... De gyakorlatilag minden szerv és minden funkció feltárható ezzel a módszerrel.

Számos esetben a szakaszos (funkcionális) szcintigráfiai képek társíthatók (röntgenszkennerrel nyert) strukturális képekhez, így a fúziós képek nagyon hasznosak a diagnózishoz .

Röntgen

A röntgensugarak használata általános gyakorlat. Ezek a sugárzások, mint a gammasugarak, ionizálóak és ezért veszélyesek. Különösen egy sejt besugárzása a mitotikus fázisban a DNS mutációját okozhatja , és ez idővel rák megjelenését okozhatja . A sugárvédelmi intézkedéseknek köszönhetően azonban a röntgenvizsgálatokban rejlő kockázat a lehető legnagyobb mértékben korlátozott.

A különböző típusú vizsgák röntgensugarakat használnak:

Radiográfia , röntgensugárzás és néha kontrasztanyag injektálása . A kapott képek szervek és különböző rendszerek vetületei egy sík mentén. Általában a röntgenfelvételt a csontrendszerhez használják, mert ez a test egyik röntgenfelvételének leglátványosabb rendszere.
Röntgen- komputertomográfia (röntgen- szkenner ). A kapott képek milliméteres (vagy infra-milliméteres) metszetek, amelyek minden térsíkon tanulmányozhatók, valamint háromdimenziós képek.
a tomoszintézist , amely egy tomográfiai képalkotási modalitás, a CT-nél kisebb szögben és kevesebb vetítéssel végeztünk, amely lehetővé teszi a leadott sugárzás dózisának korlátozását.
a volumetrikus képalkotó kúpnyaláb (vagy kúpnyaláb ) pontos képet nyújt a mineralizált szövetek (fogak, porcok, csontok) fejrészéről vagy a kis testrészek csuklójáról, bokájáról vagy kontraszttermék diszperziójáról.
Röntgensugaras kétfoton abszorpció (DEXA) a csont ásványianyag-tartalmának mérésére ( csontdenzitometria ).

Az Egyesült Államokban 2010-ben az FDA szigorúbb ellenőrzés mellett döntött, tekintve, hogy a röntgen tomográfia (CT) és a fluororoszkópia a fő vizsgálatok, amelyek magyarázzák az ionizáló sugárzás expozíciójának növekedését a betegeknél; az American Cancer Institute szerint ezek a túladagolások további évente 29 000 rákot és 15 000 halálesetet okoznak az országban.

A világ minden táján ugyanaz. A hatóságok ragaszkodnak e cselekmények szükséges igazolásához, amelyek jelenleg pótolhatatlanok a megbízható diagnózis felállításához és a prognosztikai értékelésekhez. Különösen nem szabad engedélyezni az ilyen vizsgálatok önregisztrációját.

Ultrahang

Ultrahang , ultrahang segítségével . A kapott kép a vizsgált szerv metszete. Meg lehet társítva egy Doppler vizsgálat elemzése a sebességet a vér az erekben, vagy a szív kamrák , vagy egy mérési Young-modulus kapcsolásával egy alacsony frekvenciájú rezgés (technikát a év 2005 ).
Nagyfrekvenciás ultrahang , 20 MHz-nél nagyobb frekvenciájú ultrahang alkalmazásával. Ez a technika lehetővé teszi jobb felbontású képek készítését, de behatolási mélysége továbbra is alacsony, ezért az állatgyógyászati kutatásban és a bőrgyógyászatban elsősorban az embereknél alkalmazzák.

Fénysugarak

A funkcionális közeli infravörös spektroszkópia az infravörös forrás által kibocsátott fény optikai útjának mérésével, a szövet (általában az agy) keresztül történő oxigénellátási területeinek méréséhez, annak aktivitásának levezetése érdekében.

Az OCT ( optikai koherens tomográfia ) technikák lehetővé teszik a kép megszerzését azáltal, hogy optikai interferenciát okoznak a vizsgált szövet felszíne alatt. Ezeket az interferenciákat kamerával (teljes mező OCT) vagy dedikált vevővel (hagyományos OCT) mérik. Ezek a technikák roncsolásmentesek és ártalmatlanok.

TOT teljes mező . Ez a leghatékonyabb a TOT technikák közül. Az így kapott kép egy virtuális optikai biopszia. Ez egy fejlesztés alatt álló technika, amely felbontásának köszönhetően (1 µm a három dimenzióban X, Y, Z) 3 dimenzióban látja a sejtszervezetet. A képek tervszerűen készülnek, akárcsak a szövet felett, de különböző mélységekben a megfigyelt szövet felszíne alatt. Ez a technika fehér fényforrást (széles spektrumot) használ.
Hagyományos TOT . A kapott kép a vizsgált szövet metszete. A felbontás nagyságrendileg 10 , hogy 15- um . Ez a technika lézerrel készíti el a képeket.

A diffúz optikai tomográfia is használja a közeli infravörös fénysugarak (600 nm és 900 nm ) megfigyelésére az emberi test három dimenzióban.

Outlook, kilátások

A technikai és számítógépes trendeknek lehetővé kell tenniük egyre pontosabb képek (bizonyos esetekben molekuláris képalkotás) elkészítését, gyorsabb és a beteg számára kevesebb stresszel történő megszerzését, esetleg háromdimenziós és animált megjelenítést, valamint távolról is megtekinthető képet. .

Automatizált támogatása leképezésértelmező valószínűleg fejlesztése révén szoftver és szoftver könyvtárak számára képfeldolgozó és algoritmusok a mesterséges intelligencia .

A technikák megsokszorozódása és komplementaritása az úgynevezett multimodális képalkotás irányába tolja az előrehaladást, amelyben több, egyidejűleg vagy anélkül megszerzett technikából származó adatokat újrabeállítanak , vagyis ugyanazon a dokumentumon belül leveleznek. Például ugyanazon a képen rá lehet helyezni a szív kontúrjainak morfológiáját, amelyet MRI- vel kaptunk, a falak Doppler-ultrahanggal kapott mobilitásával kapcsolatos információkkal . A legújabb, „ interoperábilis ” képalkotó eszközök néha lehetővé teszik multimodális képek előállítását egyetlen vizsgálat során (például hibrid CT-SPECT rendszerek). Ezenkívül a képet lehet animálni (szívdobbanás) és 3xD blokkban bemutatni. A multimodális képek előállításához két módszer lehetséges: az egyik a különböző folyamatokkal, tehát különböző időpontokban nyert képek összevonásán alapul, ami nehézségeket okoz a képek beállításában, amikor a páciens nem volt pontosan ugyanabban a helyzetben, amikor a kép készült. . A másik módszer olyan sokoldalú gépek kifejlesztéséből áll, amelyek képesek egyszerre többféle különböző kép megszerzésére ugyanazon a páciensen, majd egyesítik őket, esetleg közel valós időben.

A mikroszkópiának is fejlődnie kell, például nanoobjektumok, automatikus elemzőeszközök, nagy felbontású 3D képalkotás vagy 3D animáció plazmonikus detektálásával , valószínűleg valós időben, és pontosabban, például neurológiai, genetikai vagy rákos célokra. kutatás (például a sejtadhézió helyeinek jobb tanulmányozása érdekében; egy francia-német csapat így 2012-ben képes volt egy sejt megfelelője a film életének elengedhetetlen fehérjéinek mozgását bemutató film előállítására).

Megjegyzések és hivatkozások

(in) Steve Webb , " A járulék, a történelem, a hatás és a jövőben a fizika az orvostudomány " , Acta Oncologica , n o 48,2009, P. 169-177 ( ISSN 0284-186X , online olvasás )
(de) Wilhelm Röntgen , " Über eine neue Art von Strahlen " , Aus den Sitzungsberichten der Würzburger Physik.-medic ,1895 december( online olvasás )
(in) Otto Glasser, " angol fordítása közzétételét Wilhelm Röntgen" Über eine neue Art von Strahlen " " [ archív2010. november 5] , a mindfully.org/ oldalon ,1945(megajándékozzuk 1 -jén január 2011 )
(in) " röntgen " , a science.hq.nasa.gov/ (megajándékozzuk 1 -jén jan 2011 )
(in) " A fizikai Nobel-díjat 1901 - Wilhelm Conrad Röntgen " , a nobelprize.org (megajándékozzuk 1 -jén január 2011 )
Jannin P, Grova C & Gibaud B, „Adatfúzió az orvosi képalkotásban: módszertani áttekintés a klinikai kontextus alapján” ITBM-RBM 2001; 22 (4): 196-215.
Berrington de Gonzales. A és mtsai. 2009, Arch gyakornok Med 199, 2071-7
Supersonic Shear Imaging átmeneti elastographia technika, a modell hiba {{Archív link}} : írja be a " " paraméter . |titre=
Ralph Weissleder , „ Molekuláris képalkotás: a következő határ feltárása ”, Radiology , vol. 212, n o 3,1999, P. 609-614 ( ISSN 0033-8419 , DOI 10.1148 / radiológia.212.3.r99se18609 )
Sarrut D, multimodális regisztráció és távoli hozzáférésű orvosi képalkotó platform , doktori disszertáció, Lyoni Egyetem, 2000.
(in) Townsend DW Beyer & T, "Kombinált PET / CT szkenner: az igazi képegyesülés útja", British Journal of radiology 2002; 75: S24-S30.
L. Douillard és F. Charra (2006) Nanoobjektumok optikája - fotoelektronmikroszkópos hozzájárulás PEEM DRECAM / SPCSI / Groupe Nanophotonique
Drezet A, Az optikai közeli mező és az egyes molekuláris nanoobjektumok detektálása , doktori disszertáció megvédve a Grenoble-i Egyetemen, 2002.
A sejt életéhez elengedhetetlen fehérjék mozgása, amelyet először forgattak Joseph Fourier Egyetem közleménye , 2012. október 9.

Lásd is

Bibliográfia

Doktori disszertáció a HAL P. Etevenonról. A kvantitatív elektroencefalográfia módszertani vizsgálata]. Alkalmazás néhány példára . Állami doktori disszertáció a természettudományok területén,1977. november 29, Pierre et Marie Curie Egyetem, Párizs VI, 303 p., Copédith, Párizs, 1978. Archív ouverte HAL Pierre és Marie Curie Egyetem, online konzultáció: [1]