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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
단층 촬영기. 발명과 생산의 역사
자기공명영상(MRI), 핵자기공명영상(NMRI) 또는 자기공명영상(MRI)은 인간의 내부 구조와 기관을 자세히 시각화하기 위해 방사선과에서 사용되는 주요 의료 영상 도구입니다. 단층 촬영기는 신체의 다양한 연조직 사이에 우수한 대비를 제공하므로 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT) 또는 방사선 촬영과 같은 다른 의료 영상 방식에 비해 뇌, 근육, 심장 및 암 진단에 특히 유용합니다. CT 스캐너나 전통적인 X-레이 기계와 달리 MRI 스캐너는 이온화 방사선을 사용하지 않습니다. 대신 그는 강력한 자기장을 사용하여 신체의 일부 원자의 자화를 고르게 한 다음 무선 주파수 필드를 사용하여 해당 자화의 방향을 체계적으로 변경합니다. 이로 인해 스캐너에 기록된 회전 자기장이 나타나며 신체의 스캔 영역 이미지를 만들 수 있습니다. 자기 공명 영상 스캐너는 비교적 새로운 기술을 사용합니다. 1973년에 단층 촬영의 첫 번째 이미지가 공개되었고 1974년 1977월에 살아있는 생쥐의 첫 번째 단면 이미지가 공개되었습니다. 최초의 인체 연구는 1895년에 발표되었습니다. 비교를 위해 최초의 인간 엑스레이는 XNUMX년에 촬영되었습니다.
최근 몇 년 동안 등장한 진단 방법 중 소위 인트라 스코픽 방법, X 선 컴퓨터 단층 촬영, 핵 자기 공명 (NMR) 단층 촬영 및 NMR 분광법, 양전자 방출 단층 촬영 (PET)이 특히 유익합니다. 의료 과학자. 의심스러운 부위나 장기에 레이저 펄스를 비추면 암 조직의 스펙트럼 반응(일종의 광학 신호)이 정상 조직과 현저하게 다릅니다. 컴퓨터 단층 촬영은 오늘날 XNUMX차원 이미징의 가장 잘 알려진 예입니다. 기존의 방법은 매우 우수한 X선관과 초고감도 필름을 사용하더라도 흐릿하고 매우 "시끄러운" 이미지를 제공하며 더욱이 XNUMX차원적이므로 이를 올바르게 해석하는 것은 별도의 과학입니다. "진단 방법은 최근 몇 년 동안 전례 없는 도약을 이루었습니다. 컴퓨터 기술 덕분에 약 20년 전에 X-선 컴퓨터 단층 촬영기가 만들어졌으며 없이도 인간의 뇌 구조를 연구할 수 있게 되었습니다. 그리고 현재의 장비는 예를 들어 심장 박동을 직접 관찰할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 따라서 기존의 침습적 진단("침입"은 "관통"을 의미)은 점차 과거의 일이 되고 있습니다.예를 들어 , 자기 공명 영상 스캐너의 도움으로 윤곽을 "개요"하는 조영제를 도입하지 않고도 내부 장기를 볼 수 있습니다. ... 그 작용 원리는 두 가지 사소한 사실에 기반합니다. 첫째, 인체는 주로 물로 구성되어 있으며 그 분자는 조직마다 다른 단백질 및 기타 구조와 화학 결합을 형성합니다. 둘째, 물 분자는 쌍극자입니다. 몸에서 이러한 쌍극자는 물론 무작위로 방향이 지정되며 또한 회전합니다. 그러나 사람이 자기장(매우 강하지만 건강에 해를 끼칠 정도로 강하지는 않음)에 잠시 놓이면 모든 물 분자가 그의 힘선 방향으로 "얼굴"을 돌립니다. 그런 다음 특수 무선 주파수가 적용됩니다. 쌍극자에 추가 에너지를 제공하고 자기장에 의해 주어진 방향에서 한 각도 또는 다른 각도로 편향시킵니다. 실제로 요점은 각도가 다르고 크기가 장기 또는 조직의 내부 구조에 따라 다르며 특히 중요한 것은 병리의 존재에 달려 있다는 것입니다. 외부 무선 펄스는 잠시만 주어지지만 충분합니다. 그런 다음 물 분자는 이전 위치로 돌아가 자기장에 다시 정렬됩니다. 동시에 그들은 과도한 에너지를 버립니다. 특수 코일이 그것을 등록합니다 (매우 작더라도!). 수신된 데이터는 컴퓨터로 전송되어 처리됩니다... " 기존의 X-ray 방법과 달리 단층 촬영은 조직의 물리적 특성의 특성인 수치 데이터를 기반으로 내부 장기의 체적 재구성입니다. 예를 들어, MRI 단층 촬영기에서 태아의 XNUMX차원 이미지를 얻을 수 있습니다. 의사는 가장 작은 세부 사항을 검사하고 어떤 식 으로든 이미지를 변환 할 수 있으며 통신 채널을 통해 쉽게 압축, 보관, 전송하여 teleconcilia 등에 참여할 수 있습니다. X-레이 단층 촬영으로 검사할 때 환자는 이미지를 얻어야 하는 신체 부위가 단층 촬영 프레임의 원형 구멍 안에 있도록 테이블에 눕습니다. 프레임의 윗부분에는 일반적으로 X선 소스와 발산 광선을 얇은 방향성 스트림으로 변환하는 장치인 콜리메이터가 있습니다. 프레임 하단에는 필름을 교체하는 것처럼 X-ray 감지기 라인이 있습니다. 필요한 경우 의사는 연구 대상 기관과 주변 조직 간의 시각적 대비를 향상시키는 화학 물질을 환자의 몸에 미리 도입할 수 있습니다. X선 소스를 켜면 연필처럼 가는 광선이 몸을 투과해 검출기에 기록된 데이터가 컴퓨터로 전송된다. 프레임이 환자 주위를 회전함에 따라 이 과정이 여러 번 반복되며, 매번 다른 위치 집합에 해당하는 검출기의 데이터가 컴퓨터에서 처리됩니다.
고전적 적분 기하학에서 알려진 라돈 변환을 기반으로 한 수학적 알고리즘 덕분에 검출기의 수치 판독값 세트가 화면의 그림으로 바뀝니다. 핵 자기 공명 단층 촬영(NMR 단층 촬영)은 일반적으로 긴 원통형 자석과 송수신된 RF 신호에 해당하는 전류가 여기되는 권선을 포함하는 튜브입니다. 엄밀히 말하면 자기 공명은 순전히 양자 현상이며 설명을 위해 표준 양자 역학 개념을 사용할 필요가 있습니다. 이 현상의 본질은 철가루가 자석 근처의 보이지 않는 자기력선을 따라 정렬되는 것처럼 원통형 자석에 의해 생성된 강한 일정한 자기장이 환자의 몸에서 단일 방향을 따라 무작위로 배열된 수소 원자 핵의 스핀을 구축한다는 것입니다. 특별히 여기된 - 프로빙 - 무선 주파수 펄스가 단층 촬영기의 카메라 튜브를 통과할 때 펄스의 자기장은 약하지만 그럼에도 불구하고 일정 시간 동안 정렬된 스핀을 주어진 방향에서 약간 벗어나 진동하기 시작합니다. 그들이 말했듯이 부드럽게 찌르는 팽이와 같은 영구 자석의 강한 자기장을 중심으로 세차합니다. 동시에 원자핵은 공명합니다. 즉, 민감한 감지기로 감지할 수 있는 약한 무선 신호도 방출합니다. 프로빙 RF 펄스가 꺼지면 스핀이 정렬된 상태로 돌아가고 핵에서 생성된 신호가 붕괴됩니다. 이 붕괴 및 컴퓨터에 의해 처리되는 신호의 다른 특성까지 조직의 화학적 구성 및 생물학적 특성을 판단할 수 있습니다. 화면에 있는 이미지의 각 지점에 대해 연구 중인 내부 장기에서 공명하는 수소 핵(양성자)의 데이터를 수집하고 평균화하며 얻은 각 값에는 고유한 색상이 지정됩니다. 결과적으로 양성자 밀도가 다른 영역과 이에 따라 비균질 조직이 다른 색상으로 표시됩니다. X-선 검사와 달리 NMR 방법은 전혀 무해하며 다른 유형의 조직 간에 훨씬 더 나은 대비를 보장하여 건강한 영역과 질병이 있는 영역을 쉽게 구분할 수 있습니다. NMR 단층 촬영은 중추 신경계 및 근골격계의 병리 진단과 건강한 조직의 배경에 대한 종양 인식에 특히 성공적으로 사용됩니다. 그러나 NMR 단층 촬영은 새로운 위치를 차지하고 있습니다. 예를 들어, MRI 단층 촬영을 사용하여 폐를 진단하는 유망한 방법이 독일에서 개발되었습니다. 하노버에서 열린 "Expo-2000" 전시회에서 발표되었으며 전문가와 언론으로부터 높은 평가를 받았습니다. 폐질환 진단을 위해 독일 의사들은 매년 XNUMX만 장의 엑스레이를 찍습니다. 그러나 이러한 이미지는 대비가 충분하지 않으며 X-레이는 신체에 해롭습니다. 또 다른 것은 MRI 단층 촬영입니다. 천식이나 폐기종과 같은 호흡 부전으로 발생하는 많은 질병에서 NMR 단층 촬영기는 폐 조직의 약간의 밀도로 인해 불충분하게 선명한 이미지를 제공합니다. 그리고 산소 및 질소와 같은 가벼운 물질의 진단에 중요한 것은 전혀 등록되지 않습니다. 그래서 연구자들은 조영제로서 무해한 가스를 환자에게 흡입하게 함으로써 폐 영상을 개선하려고 노력하고 있습니다. 극성 희유 가스가 특히 유망합니다. 테스트에 따르면 폐를 포화시키면 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 수소에 비해 분극화 불활성 가스의 더 나은 자화는 단층 촬영기의 작업을 용이하게 합니다. 따라서 의사는 천식, 낭포성 섬유증 및 기타 폐 질환을 조기에 진단할 수 있을 뿐만 아니라 추가로 치료 효과를 확인할 수 있습니다. 독일에서는 마인츠 대학 물리학 연구소의 Ernst Wilhelm Otten과 Werner Geil이 새로운 방법의 기초를 마련했습니다. Otten과 Gail은 실험을 위한 조영제로 헬륨-3을 선택했습니다. 그들의 의견으로는 크세논은 혈액에 흡수되어 환자에게 마약 효과가 있기 때문에 여기에 적합하지 않습니다. 그래서 MRI 스캐너와 편광 헬륨-3을 조영제로 사용하여 Otten과 Geil은 Mainz Manfred Thelen의 방사선과 의사와 Heidelberg에 있는 독일 암 연구 센터의 전문가와 함께 마침내 공기 분포에 대한 명확한 이미지를 얻었습니다. 폐. XNUMX세 피실험자 한 명을 대상으로 한 실험에서 새로운 방법은 이미 오래된 폐기종의 징후를 확인하는 것을 가능하게 했습니다. 그리고 이것은 그 사람이 담배를 피웠지만 완전히 건강하다고 느꼈고 폐에 대해 불평하지 않았다는 사실에도 불구하고. 또 다른 예는 심장 카테터 대신 NMR 스캐너를 사용하여 경색을 진단하는 것입니다. ECG, 초음파 및 방사성 동위원소에 대한 방사선 노출을 사용한 심장 검사가 항상 만족스러운 결과를 가져오는 것은 아닙니다. 이러한 경우에는 혈관을 통해 심장에 삽입되는 심장 카테터를 사용하여 진단하는 경우가 많습니다. 이것은 피험자의 신체에 심각한 부담이며, 많은 환자들은 전통적인 방법보다 인간에게 가장 새롭고 가장 현대적이며 무해한 자기장을 선호합니다. 심장은 핵 자기 공명 단층 촬영기로 "투시"됩니다. NMR 단층 촬영기의 이전 모델은 너무 긴 측정 기간으로 인해 충분히 선명한 이미지를 제공하지 못했습니다(심장이 지속적으로 뛰고 "장시간 노출" 이미지가 흐려짐). 최신 장치, 향상된 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하면 심장 박동 사이의 심장 사진을 상당히 선명하게 찍을 수 있습니다. 베를린 소재 독일 심장 센터의 아이케 나겔(Eike Nagel)은 "이전의 비침습적 방법보다 정확도가 확실히 높아졌습니다. 이 기술을 사용하면 심장 카테터를 사용한 검사 횟수를 최소 20%까지 줄일 수 있습니다."라고 설명합니다. 그리고 낙관론자에 따르면 - 절반. 포괄적인 진단 기기인 MRI 영상 장치는 심장과 큰 동맥을 공간적으로 묘사하고 혈액 공급 매개변수를 측정하며 죽은 조직을 인식합니다. 부드러운 첨단 방법은 심장병 환자의 예방과 치료 모두에 적합합니다. MRI 단층 촬영은 경색 환자의 불필요한 스트레스를 덜어줍니다. 이 방법을 사용하면 혈관 확장이나 문합 수술이 성공할 것인지 예측할 수 있습니다. 이것은 임상 연구에서 시카고 노스웨스턴 대학의 과학자들에 의해 나타났습니다. 새로운 기술이 위험한 개입으로부터 많은 어린 환자들을 보호할 수 있다는 것은 매우 중요합니다. 대상이 노출되는 강한 자기장은 적어도 현대 과학에 따르면 거의 무해합니다. 예를 들어 컴퓨터 및 양전자 방출 단층 촬영과 같은 대체 방법은 반대로 신체에 안전하지 않은 물질 (X- 레이 및 방사성 동위 원소)을 사용합니다. 일종의 붐이 대만의 수도인 타이베이에서 심혈관 질환의 단층 촬영 예방을 경험하고 있습니다. NMR 단층 촬영기로 약 XNUMX 분 동안 심장과 혈관을 검사하는 데 천 달러가 드는 반면 비디오 안경과 즐거운 음악은 환자의 휴식을 돕는 특별 검사 센터가 최근에 문을 열었습니다 ... 저자: Musskiy S.A.
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