Imagistica medicală este o metodă și un proces de creare a reprezentărilor vizuale ale structurilor interne ale corpului pentru analiză clinică și intervenție medicală, precum și o reprezentare vizuală a funcțiilor anumitor organe sau țesuturi. Imagistica medicală vă permite să examinați structurile interne ascunse de piele și oase, precum și să diagnosticați boli. Imagistica medicală creează, de asemenea, o bază de date de anatomie și fiziologie normală pentru a permite identificarea anomaliilor. Deși imagistica organelor și țesuturilor îndepărtate poate fi efectuată din motive medicale, astfel de proceduri sunt de obicei considerate parte a patologiei mai degrabă decât imagistica medicală.
Ca disciplină, face parte din imagistica biologică și include radiologia, care folosește tehnologiile imagistice de radiografie, imagistica prin rezonanță magnetică (RMN), ultrasunete (ultrasunete), endoscopie, elastografie, imagistica tactilă, termografie, fotografie medicală și astfel de medicină nucleară. tehnici precum tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și tomografia computerizată cu emisie de un singur foton ( SPECT ).
Măsurarea și înregistrarea se realizează prin metode care nu sunt concepute pentru imagistică , cum ar fi electroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG), electrocardiografia (ECG) și este o tehnologie care produce date prezentate ca un grafic/funcție de timp sau o hartă care conține date. despre locațiile de măsurare.
Până în 2010, au existat 5 miliarde de studii de imagistică medicală în întreaga lume. Expunerea la radiații din imagistica medicală în 2006 a reprezentat aproximativ jumătate din expunerea totală la radiațiile ionizante în Statele Unite.
Imagistica medicală este adesea gândită ca un set de tehnici care în mod neinvaziv (fără a introduce instrumente în corpul pacientului) produc imagini ale aspectului intern al corpului. În acest sens restrâns, imagistica medicală poate fi văzută ca soluția problemelor matematice inverse. Aceasta înseamnă că cauza (proprietățile țesutului viu) este derivată din efect (semnalul observat). În cazul ultrasunetelor , sonda este formată din unde ultrasonice și un ecou care provine din țesut. În cazul radiografiei de proiecție, sonda este o rază X care este absorbită de diferite tipuri de țesut, cum ar fi oase, mușchi și grăsime.
În domeniul cercetării științifice, imagistica medicală este o subdisciplină a ingineriei biomedicale, fizicii medicale sau medicinei, în funcție de context: cercetare și dezvoltare a instrumentelor, imagistică (cum ar fi radiografia), inginerie biomedicală, fizică medicală și informatică. . Multe dintre tehnicile dezvoltate pentru imagistica medicală au și aplicații științifice și industriale.
Articolul principal: Radiografie
Există două forme de imagistică radiografică utilizate în imagistica medicală, radiografia și fluoroscopia. Aceste tehnici 2D sunt încă utilizate pe scară largă în ciuda progresului imaginii 3D datorită costului scăzut, rezoluției înalte și dozelor de radiații mai mici. Acest mecanism de imagistică folosește un fascicul larg de raze X pentru a produce o imagine și este prima tehnică de imagistică folosită în medicina modernă.
Articolul principal: Imagistica prin rezonanță magnetică
Rezonanța magnetică folosește magneți puternici pentru a polariza și excita nucleele de hidrogen (adică protoni unici ) ale moleculelor de apă din țesuturile umane, producând un semnal detectabil care este codificat spațial, rezultând imagini ale corpului. Un aparat RMN emite un impuls de radiofrecvență (RF) la frecvența de rezonanță a atomilor de hidrogen ai moleculelor de apă. Antenele de radiofrecvență („bobine RF”) trimit un impuls în zonele corpului care urmează să fie examinate. Pulsul RF este absorbit de protoni, determinându-i să-și schimbe direcția față de câmpul magnetic principal. Când pulsul RF este oprit, protonii se „relaxează” și se realiniază cu magnetul primar și emit unde radio în acest proces. Această emisie radio de la atomii de hidrogen de pe apă este detectată și reconstruită într-o imagine. Frecvența de rezonanță a unui dipol magnetic rotativ, numită frecvența Larmor, este determinată de puterea câmpului magnetic principal și de mediul chimic al nucleelor de interes. RMN utilizează trei tipuri de câmpuri electromagnetice: câmpuri magnetice statice foarte puternice (de obicei, 1,5 până la 3 Tesla ) pentru a polariza nucleele de hidrogen (câmp primar); câmpurile de gradient care pot varia în spațiu și timp (de ordinul a 1 kHz) pentru codificare spațială sunt adesea denumite pur și simplu gradienți; și un câmp RF uniform spațial pentru manipularea nucleelor de hidrogen pentru a produce semnale măsurabile colectate prin antene RF.
RMN creează în mod tradițional o imagine bidimensională a unei „feții” subțiri a corpului și, prin urmare, este considerată o modalitate de imagistică tomografică. Instrumentele RMN moderne sunt capabile să producă imagini sub formă de blocuri 3D, care pot fi considerate o generalizare a unei singure felii. RMN-ul nu utilizează radiații ionizante și, prin urmare, nu prezintă un risc pentru sănătate. De exemplu, RMN-ul a fost utilizat de la începutul anilor 1980, dar nu sunt cunoscute efecte pe termen lung ale expunerii la câmpuri statice puternice (acesta este subiectul unor dezbateri) și, prin urmare, nu există o limită a numărului de scanări pe față. poate fi supus, spre deosebire de radiografii și tomografii . Cu toate acestea, există riscuri bine cunoscute pentru sănătate asociate cu încălzirea țesuturilor de la expunerea la RF și prezența dispozitivelor implantate în organism, cum ar fi stimulentele cardiace. Aceste riscuri sunt strict controlate atât în proiectarea instrumentelor, cât și în protocoalele de scanare.
Deoarece CT și RMN sunt sensibile la diferite proprietăți ale țesuturilor, aspectul imaginii obținute folosind aceste metode diferă semnificativ. În CT, razele X trebuie să fie blocate de un țesut dens pentru a crea o imagine, astfel încât calitatea imaginii țesuturilor moi va fi slabă. RMN-ul, pe de altă parte, utilizează nuclee de hidrogen, care sunt prezenți în toate țesuturile din apă și returnează un semnal puternic, ceea ce vă permite să creați un contrast excelent al țesuturilor moi.
Articolul principal: Medicina nucleară
Medicina nucleară cuprinde atât imagistica de diagnosticare, cât și tratamentul bolii și poate fi inclusă în domeniul medicinei moleculare. Medicina nucleară folosește anumite proprietăți ale izotopilor și particulelor emise de materialul radioactiv pentru a diagnostica și trata diferite patologii. Spre deosebire de conceptul tipic de radiologie anatomică, medicina nucleară permite evaluarea fiziologiei. Această abordare funcțională a evaluării medicale are aplicații utile în multe discipline, în special, oncologie, neurologie, cardiologie. Pentru a efectua studiul, pacientului i se administrează un izotop de durată relativ scurtă, de exemplu, 99m Tc . Acești izotopi sunt absorbiți predominant de țesutul activ biologic și pot fi utilizați pentru a detecta tumori sau fracturi la nivelul osului. Imaginea se obține după ce fotonii colimați sunt înregistrați de către cristal, care emite un semnal luminos, care, la rândul său, este amplificat și convertit în date pentru numărare. Medicina nucleară este împărțită în:
Markerii fiduciari sunt utilizați într-o gamă largă de imagistică medicală. Imaginile aceluiași obiect create folosind două sisteme de imagistică diferite pot fi corelate prin plasarea unui marker fiduciar într-o zonă afișată de ambele sisteme. În acest caz, este necesar să folosiți un marker care este afișat pe imaginile obținute folosind ambele metode de imagistică. Prin această tehnică, informațiile funcționale din SPECT sau tomografia cu emisie de pozitroni pot fi legate de informațiile anatomice furnizate de imagistica prin rezonanță magnetică (RMN). De asemenea, punctele de referință stabilite în timpul RMN pot fi comparate cu imaginile creierului produse de magnetoencefalografie pentru a localiza sursa activității creierului.
Articolul principal: Ultrasunete
Ultrasunetele utilizează unde sonore de înaltă frecvență care sări de țesut în diferite moduri pentru a forma imagini. Acesta este utilizat în mod obișnuit pentru imagistica fetală la femeile însărcinate, deși ultrasunetele sunt mult mai utilizate pe scară largă. Alte aplicații importante includ imagistica abdomenului, inimii, pieptului, mușchilor, tendoanelor, arterelor și venelor. Ecografia poate oferi mai puține detalii anatomice decât metode precum CT sau RMN, dar are câteva avantaje care o fac mai convenabilă în multe situații, în special, poate arăta mișcarea unei structuri în timp real, nu emite radiații ionizante. Ultrasunetele sunt, de asemenea, folosite ca instrument de cercetare pentru a caracteriza țesuturile și pentru a introduce noi tehnici de procesare a imaginilor. Ultrasunetele diferă de alte modalități de imagistică medicală prin faptul că este o undă sonoră de înaltă frecvență care este trimisă în țesuturi și, în funcție de compoziția diferitelor țesuturi, semnalul va fi atenuat și va reveni la intervale diferite. Calea undelor sonore reflectate într-o structură multistrat poate fi determinată utilizând impedanța acustică de intrare și coeficientul de reflectare și transmisie al structurilor relative. Scanerele cu ultrasunete pot fi acceptate pentru pacientii critici din unitatile de terapie intensiva fara ca pacientul sa fie mutat. O imagine în mișcare în timp real poate fi obținută și utilizată pentru a ghida procedurile de drenaj și biopsie. Scanerele moderne vă permit să afișați fluxul de sânge în artere și vene.
Elastografia este o tehnică imagistică relativ nouă care afișează proprietățile elastice ale țesuturilor moi. Această metodă a apărut în ultimele două decenii. Elastografia este utilă în diagnosticul medical, deoarece elasticitatea poate face distincția între țesutul sănătos și nesănătos pentru anumite organe. De exemplu, tumorile canceroase vor fi adesea mai dure decât țesuturile din jur, iar ficatul bolnav este mai dur decât cei sănătoși. Există mai multe tehnici bazate pe utilizarea ultrasunetelor, imagistică prin rezonanță magnetică și imagistica tactilă. Aplicația clinică pe scară largă a elastografiei ultrasonice este rezultatul implementării tehnologiei în aparatele clinice cu ultrasunete. În ultimul deceniu, creșterea continuă a activității în domeniul elastografiei demonstrează aplicarea cu succes a tehnologiei în diverse domenii ale diagnosticului medical și monitorizării tratamentului.
Imagistica tactilă este o tehnică de imagistică medicală care traduce simțul tactil într-o imagine digitală. Imaginea tactilă este o funcție de P(x, y, z) unde P este presiunea asupra țesuturilor moi ale suprafeței atunci când este aplicată forța. Imagistica tactilă este similară cu palparea manuală, întrucât un dispozitiv cu o matrice de senzori de presiune montați pe el acționează similar degetelor umane, deformând ușor țesuturile moi. Această procedură este utilizată pentru a vizualiza prostata, sânul, vaginul și suportul pelvin al structurilor de reproducere și punctul de declanșare în mușchi.
Imagistica fotoacustică este un hibrid de imagistică biomedicală nou dezvoltat bazat pe efectul fotoacustic. Combină avantajele contrastului de absorbție optică cu rezoluția spațială a ultrasunetelor pentru procesarea profundă a imaginii. Studii recente au arătat că imagistica fotoacustică poate fi utilizată in vivo pentru monitorizarea angiogenezei tumorale, cartografierea oxigenării sângelui, imagistica funcțională a creierului și detectarea melanomului cutanat etc.
Folosit în principal pentru imagistica sânilor. Există trei abordări: teletermografia , termografia de contact și angiotermografia dinamică . Aceste tehnici digitale termografice de imagistică în infraroșu se bazează pe principiul că activitatea metabolică și circulația sângelui atât în țesutul precanceros, cât și în zona din jurul locului cancerului de sân este aproape întotdeauna mai mare decât în țesutul normal de sân. Tumorile maligne necesită o cantitate tot mai mare de nutrienți și, în consecință, o creștere a transportului de sânge către celulele lor prin vasele de sânge existente, precum și prin deschiderea vaselor „latente” și crearea altora noi (teoria neoangiogenezei ).
Susținătorii teletermografiei și termografiei de contact susțin că acest proces duce la o creștere a temperaturilor regionale ale suprafeței sânilor, cu toate acestea, există puține dovezi că termografia este un mijloc precis de detectare a tumorilor mamare. Termografia nu este aprobată pentru screening-ul cancerului de sân în Statele Unite sau Canada, iar autoritățile sanitare au emis avertismente împotriva termografiei în ambele țări.
Angiotermografia dinamică utilizează imagini termice , dar cu diferențe importante față de teletermografia și termografia de contact, care influențează performanțele de detectare. În primul rând, sondele sunt îmbunătățite față de plachetele anterioare cu cristale lichide; acestea includ o rezoluție spațială mai bună, performanță de contrast și imagini mai rapide. Diferența mai semnificativă constă în determinarea modificărilor termice datorate modificărilor vasculare pentru a susține creșterea tumorii/leziunilor. În loc să înregistreze pur și simplu schimbarea căldurii generate de tumoră, imaginea este acum capabilă să identifice modificările asociate cu vascularizarea sânului. În prezent este utilizat în combinație cu alte metode de diagnosticare a cancerului de sân. Această metodă de diagnosticare este una cu costuri reduse în comparație cu alte metode. Angiotermografia nu este un test care înlocuiește alte teste, ci stă în relație cu acestea ca o metodă care oferă informații suplimentare pentru a clarifica tabloul clinic și a îmbunătăți calitatea diagnosticului.
Atunci când ultrasunetele sunt folosite pentru a face o imagine a inimii, procesul se numește ecocardiografie. Ecocardiografia vă permite să vedeți structurile detaliate ale inimii, inclusiv dimensiunea camerei, funcția inimii, valvele și pericardul (sacul din jurul inimii). Ecocardiografia folosește imagistica 2D, 3D și Doppler pentru a crea imagini ale inimii și a vizualiza sângele care curge prin fiecare dintre cele patru valve ale inimii. Ecocardiografia este utilizată pe scară largă în rândul diferitelor grupuri de pacienți, de la cei care se confruntă cu simptome precum dificultăți de respirație sau dureri în piept până la cei supuși unui tratament pentru cancer. Ecografia transtoracică s-a dovedit a fi sigură pentru pacienții de toate vârstele, de la sugari până la vârstnici, fără risc de efecte secundare dăunătoare sau radiații, spre deosebire de alte modalități de imagistică. Ecocardiografia este una dintre cele mai frecvent utilizate modalități de imagistică din lume datorită portabilității și versatilității sale într-o varietate de aplicații. În situații de urgență, ecocardiografia este rapidă, ușor accesibilă și poate fi efectuată în apropierea unui pat de spital, ceea ce o face convenabilă pentru mulți clinicieni.
Articolul principal: Spectroscopie funcțională în infraroșu apropiat
FNIR este o modalitate de imagistică neinvazivă relativ nouă. NIS (spectroscopie în infraroșu apropiat) este utilizat în scopuri de neuroimagistică funcțională și este larg acceptat ca tehnică de imagistică a creierului .
| Vizualizarea informațiilor tehnice | |
|---|---|
| Zone |
|
| Tipuri de imagini |
|
| Personalități |
|
Domenii conexe |
|
| Metode de imagistică medicală | |
|---|---|
| Raze X |
|
| Rezonanță magnetică | |
| Radionuclidul | |
| optică (laser) | |
| cu ultrasunete |
|
| Endoscopic | |
| Tehnologii nucleare | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inginerie | |||||||
| materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
| Medicina nucleara |
| ||||||
| Arme nucleare |
| ||||||
| |||||||