В статье не хватает (см. ). |
Медици́нская визуализа́ция — метод и процесс создания визуальных представлений внутренних структур тела для клинического анализа и медицинского вмешательства, а также визуального представления функций некоторых органов или тканей. Медицинская визуализация позволяет заглянуть во внутренние структуры, скрытые кожей и костями, а также диагностировать заболевания. Медицинская визуализация также создает базу данных нормальной анатомии и физиологии, чтобы сделать возможным идентифицирование аномалий. Хоть визуализация удаленных органов и тканей может быть выполнена по медицинским показаниям, такие процедуры обычно рассматриваются как часть патологии, а не медицинской визуализации.
Как дисциплина, она является частью биологической визуализации и включает в себя радиологию, которая использует технологии визуализации , магнитно-резонансной томографии (МРТ), (УЗИ), эндоскопии, эластографии, тактильной визуализации, термографии, медицинской фотографии и таких методов ядерной медицины, как позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и (однофотонной эмиссионной компьютерной томографии) (ОФЭКТ).
Измерение и запись производится методами, которые не предназначены для получения изображений, такими как (электроэнцефалография) (ЭЭГ), (магнитоэнцефалография) (МЭГ), (электрокардиография) (ЭКГ), и представляет собой технологию, которая производит данные, представляемые в виде функции графа/времени или карты, которая содержит данные о местах измерений.
К 2010-му году по всему миру было проведено 5 млрд исследований с помощью медицинской визуализации. Радиационное облучение от медицинской визуализации в 2006 году составило около половины от общего воздействия ионизирующего излучения в Соединенных Штатах.
Медицинская визуализация часто воспринимается как набор методов, которые неинвазивно (т.е. без введения инструментов в организм пациента) производят изображения внутреннего аспекта тела. В этом узком смысле, медицинскую визуализацию можно рассматривать как решение математических обратных задач. Это означает, что причина (свойства живой ткани) выводится из эффекта (наблюдаемый сигнал). В случае УЗИ, зонд состоит из ультразвуковых волн и эха, которое идет из ткани. В случае проекционной радиографии, зонд представляет собой рентгеновское излучение, которое поглощается в различных типах тканей, таких как кости, мышцы и жир.
Методы визуализации
В области научных исследований, медицинская визуализация представляет собой субдисциплину в области биомедицинской инженерии, медицинской физики или медицины в зависимости от контекста: исследования и разработки в области приборостроения, получение изображений (например, рентгенография), биомедицинская инженерия, медицинская физика и информатика. Многие из методов, разработанных для медицинской визуализации также имеют научное и промышленное применение.
Рентгенография
Основная статья: Рентгенография
В медицинской визуализации используются две формы рентгенографических изображений — рентгенография и рентгеноскопия. Эти 2D-методы до сих пор широко используются, несмотря на продвижение 3D-томографии из-за низкой стоимости, высокого разрешения, и более низких доз радиации. Этот механизм визуализации использует широкий луч рентгеновского излучения для получения изображения и является первым из методом визуализации, используемых в современной медицине.
- Рентгеноскопия, производимая в режиме реального времени, изображает внутренние структуры организма подобно радиографии, но использует постоянное использование рентгеновских лучей при более низкой мощности дозы. Контрастные вещества, такие как барий, йод и воздух используются для визуализации внутренних органов во время их работы. Рентгеноскопия также используется, когда требуется постоянная обратная связь во время процедуры. Рецептор изображения требуется для преобразования излучения в изображение после того, как она прошла через интересующую область. На раннем этапе это был флуоресцирующий экран, который был заменен на усилитель изображения, который был большой вакуумная трубка с концом, покрытым йодидом цезия и зеркалом на противоположном конце. В конце концов зеркало было заменено телекамерой.
- Проекционные рентгенограммы , более известные как рентгеновские лучи, часто используются чтобы определить тип и степень перелома, а также для выявления патологических изменений в легких. С использованием контрастного вещества, такого как барий, они также могут быть использованы для визуализации структуры желудка и кишечника — это может помочь диагностировать язвы или некоторые виды рака толстой кишки .
Магнитно — резонансная томография (МРТ)
Основная статья: магнитно-резонансная томография
Магнитный резонанс использует мощные магниты чтобы поляризовать и возбудить водородные ядра (то есть, одиночные протоны) молекул воды в тканях человека, производя обнаруживаемый сигнал, который пространственно кодируется, что приводит к изображениям тела. Машина МРТ излучает радиочастотный (РЧ) импульс на резонансной частоте атомов водорода молекул воды. Радиочастотные антенны («РЧ-катушки») отправляют импульс в области тела, подлежащие рассмотрению. РЧ-импульс поглощается протонами, в результате чего их направление изменяется относительно основного магнитного поля. Когда радиочастотный импульс выключается, протоны «расслабляются» и обратно выравниваются первичным магнитом и излучают радиоволны в этом процессе. Это радиоизлучение от водородных атомов на воде обнаруживается и реконструируется в изображение. Резонансная частота вращающегося магнитного диполя, называется частотой Лармора и определяется силой основного магнитного поля и химической среды ядер, представляющих интерес. МРТ использует три вида электромагнитных полей: очень сильные (как правило, от 1,5 до 3 (тесла)) статические магнитные поля для поляризации ядер водорода (первичное поле); градиентные поля, которые могут изменяться в пространстве и времени (порядка 1 кГц) для пространственного кодирования, часто называют просто градиенты; и пространственно однородное радиочастотное поле для манипуляций с ядрами водорода для получения измеримых сигналов, собранных через РЧ антенны .
МРТ традиционно создает двухмерное изображение тонкого «среза» тела и поэтому считается томографическим методом визуализации. Современные МРТ инструменты способны производить изображения в виде 3D-блоков, которые можно считать обобщением одного среза. МРТ не использует ионизирующее излучение и, следовательно, не представляет опасности для здоровья. Например, МРТ используется с начала 1980-х, но не существует никаких известных долгосрочных эффектов воздействия сильных статических полей (это является предметом некоторых дебатов) и, следовательно, нет ограничения на количество сканирований, которым лицо может быть подвергнуто, в отличие от рентгена и (компьютерной томографии). Тем не менее, существуют хорошо известные риски для здоровья, связанных с нагреванием ткани от воздействия РЧ-поля и наличием имплантированных устройств в организм, таких как стимуляторы сердечной деятельности. Эти риски строго контролируются как в части конструкции прибора, так и протоколах сканирования.
Так как КТ и МРТ чувствительны к различным свойствам ткани, внешний вид изображения, полученного с помощью этих методов существенно различается. В КТ рентгеновские лучи должны быть блокированы той или иной плотной тканью чтобы создать изображение, поэтому качество изображения мягких тканей будет плохим. В МРТ же используются ядра водорода, которые присутствуют во всех тканях в воде и возвращают сильный сигнал, что позволяет создать отличную контрастность мягких тканей.
Ядерная медицина
Основная статья: (Ядерная медицина)
Ядерная медицина охватывает как получение диагностического изображения, так и лечение заболеваний, и может быть отнесена к области молекулярной медицины. Ядерная медицина использует определённые свойства изотопов и частиц, испускаемых от радиоактивного материала для диагностики и лечения различных патологий. В отличие от типичной концепции анатомической радиологии, ядерная медицина позволяет производить оценку физиологии. Эта функциональный подход к медицинской оценке, он имеет полезное применение ко многим дисциплинам, в частности, к онкологии, неврологии, кардиологии. Для проведения исследования пациенту вводят относительно короткоживущий изотоп, например, 99m Тс . Эти изотопы поглощаются преимущественно биологически активной тканью, и могут быть использованы для выявления опухолей или (переломов) в кости. Изображение получается после того как коллимированные фотоны регистрируются кристаллом, испускающим световой сигнал, который, в свою очередь, усиливается и преобразуется в данные для подсчета. Ядерная медицина делится на:
- Сцинтиграфия — это форма диагностического теста, в котором радиоизотопы принимаются внутрь, например, внутривенно или перорально. Затем гамма-камеры захватывают сигналы от излучения, испускаемого препаратами, и образуют двумерные изображения.
- ОФЭКТ — трехмерный томографический метод, который использует данные гамма-камеры со многих проекций и реконструирует их в разных плоскостях. Гамма-камера с двумя детекторами в сочетании с КТ-сканером, который обеспечивает локализацию функциональных данных ОФЭКТ, называется ОФЭКТ-КТ-камерой, и показывает полезность в продвижении области молекулярной визуализации. В большинстве других методов медицинской визуализации, излучение проходит через тело и реакция и результат считывается датчиками. В ОФЭКТ пациенту вводят радиоактивный изотоп, из-за чего радиоактивное гамма-излучение испускается самим телом. Выбросы гамма-лучей улавливаются детекторами, которые окружают тело. Это означает, что источником радиоактивности является сам человек, а не медицинские устройства.
- Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) использует распознавание совпадений для изображений функциональных процессов. Короткоживущий позитрон, излучаемый изотопом, такой как 18F , объединяется с органическим веществом, таким как глюкоза, создавая F18-фтордезоксиглюкозы, и может быть использован в качестве маркера метаболических реакций. Изображение распределения активности по всему телу может показать быстро растущую ткань, например, опухоли или инфекцию. ПЭТ-изображения можно просматривать вместе с изображениями компьютерной томографии чтобы определить анатомическую корреляцию. Современные сканеры могут интегрировать ПЭТ с КТ или МРТ для оптимизации реконструкции изображений. Это выполняется на том же оборудовании без физического перемещения. Полученный гибрид функционального и анатомического изображения является полезным инструментом неинвазивной диагностики.
Фидуциарные маркеры используются в широком спектре медицинских изображений. Изображения одного и того же объекта, созданного с помощью двух разных систем обработки изображений, могут быть скоррелированы, если поместить фидуциарный маркер в область, отображаемую обеими системами. В этом случае необходимо использовать маркер, который отображается на изображениях, полученных с помощью обоих методов визуализации. Благодаря этому методу функциональная информация от ОФЭКТ или позитронно-эмиссионной томографии может быть связана с анатомической информацией, обеспечиваемой магнитно-резонансной томографией (МРТ). Аналогично, фидуциальные точки, установленные во время МРТ, могут быть сопоставлены с изображениями мозга, создаваемыми магнитоэнцефалографией, для локализации источника активности мозга.
Ультразвук
Основная статья: УЗИ
УЗИ использует высокочастотные звуковые волны, которые по-разному отражаются от ткани и образуют изображения. Обычно это используется для визуализации плода у беременных женщин, хотя УЗИ используется гораздо шире. Другие важные области применения включают визуализацию органов брюшной полости, сердца, груди, мышц, сухожилий, артерий и вен. УЗИ может обеспечить меньшую анатомическую детализацию, чем такие методы, такие как КТ или МРТ, однако имеет ряд преимуществ, которые делают его более удобным во многих ситуациях, в частности, он может показывать перемещение структуры в режиме реального времени, не испускает ионизирующего излучения. Ультразвук также используется в качестве инструмента исследований с целью определения характеристик тканей и внедрения новых методов обработки их изображений. Ультразвук отличается от других методов медицинской визуализации тем, что он является звуковой волной высокой частоты, которая посылается в ткани, и, в зависимости от состава различных тканей, сигнал будет ослаблен и вернется через разные промежутки времени. Путь отраженных звуковых волн в многослойной структуре может быть определён с помощью входного акустического импеданса и коэффициента отражения и пропускания относительных структур. Ультразвуковые сканеры могут быть приняты для критически больных пациентов в отделениях интенсивной терапии, при этом пациент не перемещается. В реальном масштабе времени может быть получено движущееся изображение, которое используется для руководства по процедурам дренажа и биопсии. Современные сканеры позволяют показать кровоток в артериях и венах.
Эластография
Эластография является относительно новым методом визуализации, она отображает упругие свойства мягких тканей. Этот метод возник в последние два десятилетия. Эластография полезна в медицинской диагностике, так как эластичность может различить здоровую от нездоровой ткани для конкретных органов. Например, раковые опухоли часто будут тверже, чем окружающие их ткани, и больная печень более жесткая, чем здоровая. Есть несколько методик, основанных на использовании ультразвука, магнитно-резонансной томографии и тактильной визуализации. Широкое клиническое применение ультразвуковой эластографии является результатом реализации технологии в клинических ультразвуковых машинах. В последнее десятилетие постоянный рост деятельности в области эластографии демонстрирует успешное применение технологии в различных областях медицинской диагностики и мониторинга лечения.
Тактильная визуализация
Тактильная визуализация является медицинским методом визуализации, который переводит осязание в цифровое изображение. Тактильное изображение является функцией Р(х, у, z) , где P является давлением на мягкие ткани поверхности при приложении деформации. Тактильная визуализация похожа на ручную пальпацию, так как устройство с матрицей датчиков давления, установленных на нём действует аналогично пальцам рук человека, слегка деформируя мягкие ткани. Эта процедура используется для визуализации простаты, груди, влагалища и тазовой поддержки половых структур, и триггерной точки в мышцах.
Фотоакустическое изображение
Фотоакустическая визуализация является недавно разработанным гибридом биомедицинской визуализации, основанным на эффекте фотоакустики. Он сочетает в себе преимущества оптического контраста поглощения с пространственным разрешением УЗИ для глубокой обработки изображений. Недавние исследования показали, что фотоакустическое изображение может быть использовано в естественных условиях для мониторинга опухолевого ангиогенеза, картирования оксигенации крови, функциональной визуализации головного мозга, а также для обнаружения меланомы кожи и т. д.
Термография
В основном используется для визуализации молочных желез. Есть три подхода: теле- , контактная термография и ангиотермография. Эти цифровые методы получения ИК — изображений основаны на том принципе, что метаболическая активность и кровообращение как в предраковой ткани, так и в области, окружающей зону развития рака молочной железы почти всегда выше, чем в нормальной ткани молочной железы. Злокачественные опухоли требуют все большее количество питательных веществ и, следовательно, увеличения доставки крови в их клетки через существующие кровеносные сосуды, а также путём открытия «дремлющих» сосудов, и создания новых (теория нео).
Сторонники телетермографии и контактной термографии утверждают, что этот процесс приводит к увеличению региональных температур поверхности молочной железы, однако есть мало доказательств того, что термографии является точным средством выявления опухолей молочной железы. Термография не одобрен для скрининга рака молочной железы в Соединенных Штатах или Канаде, и медицинские органы опубликовали предупреждения против термографии в обеих странах.
Динамический angiothermography использует , но с важными различиями с Tele-термографии и контактной термографии, что производительность обнаружения воздействия. Во- первых, зонды улучшены по сравнению с предыдущими жидкокристаллических пластин; они включают в себя лучшее пространственное разрешение, контрастная производительность, а изображение формируется быстрее. Чем более существенное различие заключается в определении тепловых изменений из — за изменений в сосудистой сети для поддержки роста опухоли / поражения. Вместо того чтобы просто регистрируя изменение тепла, вырабатываемого опухоли, изображение теперь в состоянии определить изменения, связанные с васкуляризацией молочной железы. В настоящее время используется в сочетании с другими методами диагностики рака молочной железы. Этот диагностический метод является низкая стоимость одного по сравнению с другими методами. Angiothermography не является тестом, который заменяет других тестов, но стоит по отношению к ним как метод, который дает дополнительную информацию для уточнения клинической картины и улучшить качество диагностики.
Эхокардиографии
В случае, когда ультразвук используется для получения изображения сердца, процесс называется эхокардиографией. Эхокардиография позволяет видеть подробные структуры сердца, включая размер камеры, работу сердца, его клапаны, а также перикард (мешочек вокруг сердца). Эхокардиография использует 2D-, 3D- и доплеровское изображения для создания изображений сердца и визуализации крови, текущей через каждый из четырёх клапанов сердца. Эхокардиография широко используется среди разных групп пациентов, начиная от тех, кто испытывает симптомы, такие как одышка или боль в груди, заканчивая теми, кто проходит лечение рака. Было доказано, что трансторакальный ультразвук безопасен для пациентов всех возрастов, от младенцев до пожилых людей, без риска вредных побочных эффектов или радиации, в отличие от других методов визуализации. Эхокардиография является одним из наиболее часто используемых методов визуализации в мире благодаря его переносимости и возможности использования в различном применении. В экстренных ситуациях эхокардиография быстрая, легко доступная и может быть выполнена около больничной кровати, что делает её удобной для многих врачей.
Функциональные ближней инфракрасной спектроскопии
Основная статья:
FNIR является сравнительно новым неинвазивным методом визуализации. (ближней инфракрасной спектроскопии) используется для целей и получила широкое признание в качестве техники.
См. также
- (Компьютерная графика в медицине)
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер