Тысячи лет страх перед смертью и правовые санкции ограничивали способность анатомиков и врачей изучать внутренние структуры человеческого тела.
Неспособность контролировать кровотечения, инфекции и боль делала операции, как редкие, так и выполняемые, такие как ушивание ран, ампутации, удаление зубов и опухолей, сверление черепа и кесарево сечение, не очень продвинули знания о внутренней анатомии. Поэтому теории о функционировании организма и заболеваниях в значительной степени основывались на внешних наблюдениях и воображении.
Однако в XIV-XV веках были опубликованы подробные анатомические рисунки итальянского художника и анатома Леонардо да Винчи и фламандского анатома Андреаса Веселиуса, интерес к анатомии человека начал расти. Медицинские училища начали преподавать анатомию с использованием препарирования человека, хотя некоторые из них прибегали к ограблению могил с целью получения трупов.
В конечном итоге были приняты законы, которые позволили студентам препарировать трупы преступников и тех, кто пожертвовал свои тела для исследований. Тем не менее, только в конце девятнадцатого века медицинские исследователи обнаружили нехирургические методы заглядывания внутрь живого тела.
Рентгеновские лучи
Немецкий физик Вильгельм Рентген (1845-1923) экспериментировал с электрическим током, когда обнаружил, что таинственный и невидимый "луч" проходит через его плоть, но оставляет контур костей на экране, покрытом металлическим соединением. В 1895 году Рентген сделал первую длительную запись внутренних частей тела живого человека: "рентгеновское" изображение руки жены (как его еще называли). Ученые всего мира быстро начали собственные эксперименты с рентгеновскими лучами, и к 1900 году рентгеновские лучи широко использовались для выявления различных травм и заболеваний. В 1901 году Рентген был удостоен первой Нобелевской премии по физике за свою работу в этой области.
Рентгеновское излучение представляет собой разновидность высокоэнергетического электромагнитного излучения с короткой длиной волны, способного проникать в твердые частицы и ионизирующие газы. Так как они используются в медицине, рентгеновские лучи выделяются рентгеновским аппаратом и направляются на специально обработанную металлическую пластину, расположенную за телом пациента.
Луч излучения приводит к затемнению рентгеновской пластины. Рентгеновские лучи несколько затрудняются мягкими тканями, которые появляются на рентгеновской пластине серого цвета, в то время как твердые ткани, такие как кость, в основном блокируют лучи, создавая светлую "тень". Таким образом, рентгеновские лучи лучше всего используются для визуализации твердых структур тела, таких как зубы и кости.
Однако, как и многие другие формы высокоэнергетического излучения, рентгеновское излучение способно повредить клетки и инициировать изменения, которые могут привести к раку. Эта опасность чрезмерного воздействия рентгеновских лучей не осознавалась в полной мере в течение многих лет после их широкого использования.
Современные медицинские изображения
Рентгеновские лучи могут изображать двухмерное изображение области тела, причем только под одним углом. Современные медицинские технологии визуализации, напротив, позволяют получать данные, которые интегрируются и анализируются компьютерами для получения трехмерных изображений или изображений, раскрывающих аспекты функционирования организма.
Компьютерная томография
Томография относится к визуализации по секциям. Компьютерная томография (КТ) - это неинвазивный метод визуализации, который использует компьютеры для анализа нескольких поперечных рентгеновских снимков, чтобы выявить мельчайшие детали строения тела.
Техника была изобретена в 1970-х годах и основана на принципе, что рентгеновские лучи проходят через тело, поглощаясь или отражаясь на разных уровнях. В этой технике пациент лежит на моторизованной платформе, в то время как компьютерный осевой томограф (CAT) вращается на 360 градусов вокруг пациента, делая рентгеновские снимки. Компьютер объединяет эти изображения в двумерный вид сканируемой области, или "срез".
С 1970 года разработка более мощных компьютеров и более сложного программного обеспечения сделала КТ сканирование рутинным для многих видов диагностических оценок. Это особенно полезно при сканировании мягких тканей, таких как мозг, грудные и брюшные внутренности. Его уровень детализации настолько точен, что позволяет врачам измерять размеры массы вплоть до миллиметра. Основным недостатком компьютерной томографии является то, что она подвергает пациентов дозе облучения, во много раз превышающей дозу рентгеновского излучения.
Магнитно-резонансная томография
Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод неинвазивной медицинской визуализации, основанный на обнаруженном в 1930-х годах явлении ядерной физики, в котором вещество, подвергшееся воздействию магнитного поля и радиоволн, излучает радиосигналы. В 1970 году врач и исследователь по имени Рэймонд Дамадиан заметил, что злокачественная (онкологическая) ткань дает сигналы, отличные от нормальной ткани тела.
Он подал заявку на патент на первое сканирующее устройство МРТ, которое было клинически использовано в начале 1980-х годов. Ранние МРТ сканеры были грубыми, но достижения в области цифровых вычислений и электроники привели к их превосходству над любыми другими методами точной визуализации, особенно для обнаружения опухолей. Основным преимуществом МРТ является также то, что она не подвергает пациентов воздействию радиации.
Недостатками МРТ-сканирования являются их гораздо более высокая стоимость и неудобство для пациента при прохождении процедуры. МРТ-сканер подвергает пациента воздействию таких мощных электромагнитов, что сканирующая комната должна быть экранирована. Пациент должен быть заключен в металлическую трубку, подобную металлической, на время сканирования, иногда до 30 минут, что может быть неудобно и непрактично для больных пациентов.
Устройство также настолько шумно, что даже при использовании затычек для ушей пациенты могут испытывать беспокойство или даже страх. Эти проблемы были несколько преодолены с развитием "открытого" МРТ сканирования, которое не требует, чтобы пациент был полностью заключен в металлическую трубку.
Функциональные МРТ (фМРТ), которые определяют концентрацию кровотока в определенных частях тела, все чаще используются для изучения активности в отдельных частях мозга во время различных видов деятельности организма. Это помогло ученым узнать больше о местоположении различных функций мозга и больше о мозговых аномалиях и заболеваниях.
Позитронно-эмиссионная томография
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - это метод медицинской визуализации с использованием так называемых радиофармпрепаратов, веществ, излучающих недолговечное излучение и поэтому относительно безопасных для применения в организме.
Хотя первый ПЭТ-сканер был представлен в 1961 году, потребовалось еще 15 лет, прежде чем радиофармацевтические препараты были объединены с этой технологией и произвели революцию в ее потенциале. Основным преимуществом является то, что ПЭТ может проиллюстрировать физиологическую активность, включая обмен питательных веществ и кровоток организма или органов, в то время как КТ и МРТ могут показать только статические изображения.
Ультразвуковое исследование
Ультразвукография - это метод визуализации, который использует передачу высокочастотных звуковых волн в тело для создания эхо-сигнала, преобразованного компьютером в изображение анатомии и физиологии в реальном времени. Ультразвуковое исследование является наименее инвазивным из всех методов визуализации, поэтому оно более свободно используется в таких чувствительных ситуациях, как беременность.
Впервые технология была разработана в 1940-х и 1950-х годах. Ультразвуковое исследование используется для изучения функции сердца, кровотока в шее и конечностях, некоторых состояний, таких как желчный пузырь, а также роста и развития плода.
Основными недостатками ультразвуковой ультразвуковой диагностики являются сильная зависимость качества изображения от оператора и невозможность проникновения в кость и газ.