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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Tomografia. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano La risonanza magnetica (MRI), la risonanza magnetica nucleare (NMRI) o la risonanza magnetica (MRI), è il principale strumento di imaging medico utilizzato in radiologia per la visualizzazione dettagliata delle strutture e degli organi interni umani. Il tomografo fornisce un buon contrasto tra i vari tessuti molli del corpo, rendendolo particolarmente utile nella diagnostica del cervello, dei muscoli, del cuore e del cancro rispetto ad altre modalità di imaging medico come la tomografia computerizzata a raggi X (TC) o la radiografia. A differenza di uno scanner CT o di una macchina a raggi X tradizionale, uno scanner MRI non utilizza radiazioni ionizzanti. Invece, usa potenti campi magnetici per uniformare la magnetizzazione di alcuni degli atomi nel corpo, e quindi usa campi di radiofrequenza per cambiare sistematicamente la direzione di quella magnetizzazione. Ciò porta alla comparsa di un campo magnetico rotante registrato dallo scanner e consente di costruire un'immagine dell'area scansionata del corpo. Lo scanner per risonanza magnetica utilizza una tecnologia relativamente nuova. Le prime immagini dai tomografi furono pubblicate nel 1973 e la prima immagine in sezione trasversale di un topo vivo fu pubblicata nel gennaio 1974. I primi studi sull'uomo furono pubblicati nel 1977. Per fare un confronto, la prima radiografia umana è stata scattata nel 1895.
Tra i metodi diagnostici apparsi negli ultimi anni, i cosiddetti metodi intrascopici, la tomografia computerizzata a raggi X, la tomografia a risonanza magnetica nucleare (NMR) e la spettroscopia NMR, nonché la tomografia a emissione di positroni (PET) sono particolarmente informativi, secondo scienziati medici. Quando un'area o un organo sospetto viene illuminato con un impulso laser, la risposta spettrale - una sorta di segnatura ottica - del tessuto canceroso differisce notevolmente da quella del tessuto normale. La tomografia computerizzata è oggi l'esempio più noto di imaging tridimensionale. I metodi convenzionali, anche con un ottimo tubo a raggi X e una pellicola ultra sensibile, danno un'immagine sfocata e molto "rumorosa", inoltre, solo bidimensionale, quindi la sua corretta interpretazione è una scienza a parte. "I metodi diagnostici hanno compiuto un salto senza precedenti negli ultimi anni", afferma l'accademico Ternovoy, "grazie alla tecnologia informatica. Circa 20 anni fa è stata creata una tomografia computerizzata a raggi X ed è diventato possibile studiare la struttura del cervello umano senza aprendo il cranio E l'attrezzatura attuale ha proprietà tali che puoi osservare direttamente, ad esempio, un cuore che batte.Pertanto, la diagnostica tradizionale e invasiva ("invasione" significa "penetrazione") sta gradualmente diventando un ricordo del passato.Ad esempio , con l'ausilio di un tomografo a risonanza magnetica, gli organi interni sono visibili in azione anche senza l'introduzione di mezzi di contrasto che ne "delineano" i contorni. ... Il principio della sua azione si basa su due fatti banali: in primo luogo, il corpo umano è costituito principalmente da acqua e le sue molecole formano legami chimici con proteine e altre strutture che sono diverse nei diversi tessuti; in secondo luogo, la molecola d'acqua è un dipolo. Nel corpo, questi dipoli sono orientati, ovviamente, in modo casuale e, inoltre, ruotano. Ma se una persona viene posta brevemente in un campo magnetico (abbastanza forte, ma non così forte da rappresentare un pericolo per la salute), tutte le molecole d'acqua girano "faccia" nella direzione delle sue linee di forza. Quindi viene applicata una speciale frequenza radio: fornisce ai dipoli ulteriore energia e li devia dall'orientamento dato dal campo magnetico in un angolo o nell'altro. In realtà, il punto è che gli angoli sono diversi, la loro dimensione dipende dalla struttura interna dell'organo o del tessuto e anche - cosa particolarmente importante - dalla presenza di patologie. L'impulso radio esterno viene dato solo per un momento, ma è sufficiente. Quindi le molecole d'acqua tornano alla loro posizione precedente, allineandosi di nuovo nel campo magnetico. Allo stesso tempo, scaricano l'energia in eccesso - bobine speciali la registrano (anche se è molto piccola!). I dati ricevuti vengono inviati al computer, dove vengono elaborati ... " A differenza dei tradizionali metodi a raggi X, la tomografia è una ricostruzione volumetrica degli organi interni basata su dati numerici che sono caratteristiche delle proprietà fisiche dei tessuti. Su un tomografo MRI, ad esempio, è possibile ottenere un'immagine tridimensionale del feto. Il medico può esaminare i più piccoli dettagli, trasformare l'immagine in qualsiasi modo, può anche essere facilmente compressa, archiviata, trasmessa su canali di comunicazione per partecipare a teleconcilia, ecc. Durante l'esame su un tomografo a raggi X, il paziente si trova sul tavolo in modo che la parte del corpo di cui è necessario ottenere l'immagine si trovi all'interno del foro circolare nella cornice del tomografo. Nella parte superiore del telaio, di solito c'è una sorgente di raggi X e un collimatore, un dispositivo che converte un raggio di raggi divergente in un sottile flusso diretto. Nella parte inferiore dell'inquadratura c'è una fila di rilevatori di raggi X, come se stessero sostituendo la pellicola. Se necessario, il medico può introdurre preliminarmente una sostanza chimica nel corpo del paziente, che migliora il contrasto visivo tra l'organo in studio e i tessuti circostanti. Quando la sorgente di raggi X è accesa, i raggi sottili come una matita brillano attraverso il corpo ei dati registrati dal rivelatore vengono trasmessi al computer. Quando il frame ruota attorno al paziente, questo processo viene ripetuto molte volte e ogni volta i dati dei rilevatori, corrispondenti a un insieme di posizioni diverse, vengono elaborati dal computer.
Grazie a un algoritmo matematico basato sulla trasformata del Radon, noto nella geometria integrale classica, un insieme di letture numeriche dei rivelatori si trasforma in un'immagine sullo schermo. Una tomografia a risonanza magnetica nucleare (tomografo NMR) è solitamente un tubo contenente un lungo magnete cilindrico e avvolgimenti in cui viene eccitata una corrente corrispondente ai segnali RF inviati e ricevuti. A rigor di termini, la risonanza magnetica è un fenomeno puramente quantistico e per la sua spiegazione è necessario utilizzare concetti di meccanica quantistica standard. L'essenza del fenomeno è che un forte campo magnetico costante creato da un magnete cilindrico costruisce rotazioni orientate casualmente dei nuclei di atomi di idrogeno nel corpo del paziente lungo un'unica direzione, proprio come la limatura di ferro si allinea lungo linee di campo invisibili vicino a un magnete. Quando un impulso a radiofrequenza appositamente eccitato passa attraverso il tubo della fotocamera del tomografo, il campo magnetico dell'impulso, sebbene debole, devia leggermente per qualche tempo gli spin allineati dalla direzione data e iniziano a oscillare, come si suol dire, a precesso, attorno alla direzione del campo forte di un magnete permanente, come una trottola che viene leggermente spostata. Allo stesso tempo, i nuclei degli atomi risuonano, cioè emettono anche un debole segnale radio che può essere rilevato da rivelatori sensibili. Quando l'impulso RF di sondaggio viene disattivato, gli spin tornano a uno stato ordinato e il segnale generato dai nuclei decade. Al momento di questo decadimento e di altre caratteristiche del segnale elaborato dal computer, è possibile giudicare la composizione chimica e le proprietà biologiche dei tessuti. Per ogni punto dell'immagine sullo schermo, vengono raccolti e calcolati i dati dai nuclei di idrogeno in risonanza (protoni) nell'organo interno in studio e ad ogni valore ottenuto viene assegnato il proprio colore. Di conseguenza, le regioni con diverse densità di protoni e, di conseguenza, i tessuti disomogenei sono contrassegnate con colori diversi. A differenza di un esame a raggi X, il metodo NMR è assolutamente innocuo e garantisce un contrasto molto migliore tra diversi tipi di tessuti, il che rende facile distinguere tra aree sane e malate. La tomografia NMR viene utilizzata con successo in particolare nella diagnosi di patologie del sistema nervoso centrale e del sistema muscolo-scheletrico, nonché per il riconoscimento di tumori sullo sfondo di tessuti sani. Tuttavia, la tomografia NMR sta guadagnando nuove posizioni. Ad esempio, in Germania è stato sviluppato un metodo promettente per la diagnosi dei polmoni mediante tomografia MRI. È stato presentato alla fiera "Expo-2000" di Hannover ed è stato molto apprezzato da specialisti e stampa. Per la diagnosi delle malattie polmonari, i medici tedeschi effettuano ventuno milioni di radiografie ogni anno. Tuttavia, queste immagini non sono sufficientemente contrastate e i raggi X sono dannosi per il corpo. Un'altra cosa è la tomografia MRI. In molte malattie che si verificano con insufficienza respiratoria, come l'asma o l'enfisema, il tomografo NMR fornisce un'immagine non sufficientemente chiara, a causa della leggera densità del tessuto polmonare. E così importante per la diagnosi di una sostanza leggera, come ossigeno e azoto, non si registra affatto. Quindi i ricercatori stanno cercando di migliorare l'imaging polmonare facendo inalare ai pazienti gas innocui come agente di contrasto. I gas rari polarizzati sono particolarmente promettenti. I test hanno dimostrato che saturare il polmone con loro consente di ottenere un'immagine chiara. La migliore magnetizzazione dei gas inerti polarizzati rispetto all'idrogeno facilita il lavoro del tomografo. Pertanto, i medici non solo possono diagnosticare l'asma, la fibrosi cistica e altre malattie polmonari in una fase iniziale, ma anche verificare l'efficacia del trattamento. In Germania, le basi del nuovo metodo furono poste da Ernst Wilhelm Otten e Werner Geil dell'Istituto di Fisica dell'Università di Magonza. Otten e Gail hanno scelto l'elio-3 come agente di contrasto per i loro esperimenti. Secondo loro, lo xeno non è molto adatto qui, poiché viene assorbito dal sangue e ha un effetto narcotico sui pazienti. E così, utilizzando uno scanner MRI e l'elio-3 polarizzato come mezzo di contrasto, Otten e Geil, insieme al radiologo di Mainz Manfred Thelen e agli esperti del Centro tedesco di ricerca sul cancro di Heidelberg, hanno finalmente ottenuto un'immagine chiara della distribuzione dell'aria in il polmone. La nuova metodica in un esperimento con un soggetto trentenne ha permesso di accertare i segni di un enfisema polmonare già vecchio. E questo nonostante il fatto che, sebbene la persona fumasse, si sentiva completamente in salute e non si lamentava dei suoi polmoni. Un altro esempio è l'uso di uno scanner NMR per diagnosticare un infarto invece di un catetere cardiaco. L'esame del cuore mediante ECG, ultrasuoni ed esposizione alle radiazioni a isotopi radioattivi non porta sempre a risultati soddisfacenti. In questi casi, la diagnosi è spesso indicata utilizzando un catetere cardiaco, che viene inserito nel cuore attraverso i vasi sanguigni. Questo è un grave fardello per il corpo del soggetto e molti pazienti preferiscono i nuovi, più moderni, innocui campi magnetici per l'uomo al metodo tradizionale: il cuore è "mostrato attraverso" da un tomografo a risonanza magnetica nucleare. I precedenti modelli di tomografi NMR, a causa di periodi di misurazione troppo lunghi, non fornivano immagini sufficientemente nitide (il cuore batte costantemente e l'immagine della "lunga esposizione" è sfocata). I dispositivi più recenti, hardware e software migliorati ti consentono di scattare foto abbastanza nitide del cuore tra i battiti del cuore. "L'accuratezza è ora nettamente superiore rispetto ai precedenti metodi non invasivi", spiega Eike Nagel del German Heart Center di Berlino. "Utilizzando la tecnica, il numero di esami con catetere cardiaco può essere ridotto di almeno il 20 percento". E secondo gli ottimisti - la metà. In quanto strumento diagnostico completo, l'imager MRI rappresenta spazialmente il cuore e le grandi arterie, misura i parametri di afflusso di sangue e riconosce i tessuti morti. Un metodo delicato ad alta tecnologia è adatto sia per la prevenzione che per il trattamento dei pazienti cardiopatici. La tomografia MRI salva i pazienti cardiopatici da stress inutili. Usando questo metodo, è possibile prevedere se l'espansione della nave o l'operazione sull'anastomosi promettono del successo. Lo hanno dimostrato gli scienziati della Northwestern University di Chicago nel loro studio clinico. È molto importante che la nuova tecnica possa proteggere molti giovani pazienti da interventi pericolosi. I forti campi magnetici a cui sono esposti i soggetti sono praticamente innocui, almeno secondo la scienza moderna. Metodi alternativi, ad esempio la tomografia computerizzata e a emissione di positroni, funzionano, al contrario, con sostanze pericolose per il corpo: raggi X e isotopi radioattivi. Una sorta di boom sta vivendo la prevenzione tomografica delle malattie cardiovascolari nella capitale di Taiwan, Taipei. Lì è stato recentemente aperto un centro esami speciale, dove un esame di circa mezz'ora del cuore e dei vasi sanguigni con un tomografo NMR costa mille dollari, mentre occhiali video e musica piacevole aiutano i pazienti a rilassarsi ... Autore: Musskiy SA
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