Сериал про доктора Хауса популяризовал по крайней мере один метод медицинской визуализации: почти в каждой серии пациента помещают в стильный и дорогой магнитно-резонансный томограф. Но так ли уж прав гениальный диагност, используя только один из множества методов?
Рентген и флюорограмма: первые снимки в истории человечества
История лучевой диагностики началась в 1895 году, когда немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил, что при прохождении рентгеновских лучей через ткани кисти на фотопластинке формируется изображение костного скелета. Он сделал снимок руки своей жены, Анны Берты Людвиг, и приложил его к своему докладу “О новом роде лучей”. Этот снимок и ему подобные способствовали популяризации открытия.
Двумерное изображение внутренней структуры органов на плёнке или бумаге, так называемая рентгенография, а в просторечиирентген, стало первым в мире неинвазивным методом медицинской визуализации и используется до сих пор, прежде всего для выявления поражений костно-суставной системы и лёгких.
Близкий родственник рентгенографии – флюорография: метод, также использующий рентгеновское излучение и позволяющий получать снимки грудной клетки на флуоресцентном экране. Отличие от рентгенографии в том, что изображение получается уменьшенное, а не в масштабе 1:1.
Томография: метод или процесс?
Томография – это не специальный метод, а любой процесс послойного изображения внутренней структуры объекта. До изобретения рентгеновских лучей единственным способом получить такие слои было разрезать сам объект. Так появилась анатомическая томография – тонкие срезы органов и тканей человека или животных. Например, гистологические препараты, с помощью которых студенты-медики изучают строение тканей на клеточном уровне.
В первой половине двадцатого века было предложено сразу много методов линейной томографии. Они использовали рентгеновские лучи и взаимное перемещение двух из трёх компонентов рентгенографического исследования (как правило, пациент лежал неподвижно, а излучатель и плёнка перемещались друг относительно друга). Линейная томография позволяет получить чёткую визуализацию внутренних органов и структур в любой плоскости на заданной глубине.
Похожий метод, при котором излучатель и плёнка движутся друг относительно друга по сложным траекториям, называется панорамной томографией. Он позволяет получить снимок криволинейного слоя на заданной глубине и оттого часто используется в стоматологии.Кроме того, есть ещё компьютерная томография. Это когда получают послойные изображения объекта в трёх плоскостях, а потом восстанавливают по ним трёхмерную структуру. Известные аббревиатуры КТ и МРТ относятся именно к этому методу.
КТ, МРТ и т.д.
Aббревиатуры из назначений врачей – всего лишь описание вида излучений, которыми медики получают изображения органов и тканей. Например:
- УЗИ – ультразвуковое исследование. Это томография с использованием ультразвуковых волн. Чаще всего её используют для исследования мягких тканей и плотных образований. Но не все внутренние органы легко исследовать при помощи ультразвука: к примеру, подключичная вена слабо доступна для ультразвука, так как закрыта ключицей, а исследование головного мозга возможно только через височную кость.
- Много методов КТ - компьютерной томографии с использованием электромагнитного излучения с высокой проникающей способностью (например, рентгеновское или гамма-лучи). В некоторых видах исследований в организм человека могут вводить радиоактивный изотоп и отслеживать испускаемое им гамма-излучение (сцинтиграфия, позитронно-эмиссионная КТ). В основном эти методы используются для обнаружения и оценки новообразований и оценок функции головного мозга и сердечной мышцы.
- Томография с использованием электромагнитных полей. Самый известный метод этого типа — это магнитно-резонансная томография, МРТ. Он основан на том, что под воздействием магнитного поля атомы водорода в организме человека резонируют и выдают электромагнитный отклик. Поэтому МРТ особенно хорошо подходит для исследования мягких тканей, например, головного и спинного мозга, мышц или печени.
Кроме того, применяются многие другие методы. Например, оптическая томография, которая создаёт трёхмерную модель объекта из изображений, полученных из света, прошедшего через объект или отражённого им (например, лазерная томография сетчатки глаза).
КТ и математика
Восстановление функции на плоскости по её «срезам» вдоль всевозможных прямых — классическая задача, решённая австрийским математиком Иоганном Радоном в 1917 году. Однако практическая реализация решения стала возможна только в наше время. Дело не только в огромных объёмах данных. Методы вычислительной томографии совершенствовались весь двадцатый век, вместе с развитием математики, и продолжают развиваться сейчас. Современные томографы такие дорогие и потому, что сложны инженерно, и потому, что вычислительные алгоритмы, используемые в них, представляют основную коммерческую тайну.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru
