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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Tomographe. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent L'imagerie par résonance magnétique (IRM), imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRMN) ou imagerie par résonance magnétique (IRM), est un principal outil d'imagerie médicale utilisé en radiologie pour visualiser en détail les structures internes et les organes d'une personne. Le scanner offre un bon contraste entre les différents tissus mous du corps, ce qui le rend particulièrement utile dans les études du cerveau, des muscles, du cœur et du diagnostic du cancer par rapport à d'autres techniques d'imagerie médicale telles que la tomodensitométrie (TDM) aux rayons X ou l'imagerie médicale. rayon. Contrairement à un scanner CT ou à un appareil à rayons X traditionnel, un scanner IRM n'utilise pas de rayonnements ionisants. Au lieu de cela, il utilise de puissants champs magnétiques pour aligner la magnétisation de certains atomes du corps, puis utilise des champs de radiofréquence pour changer systématiquement la direction de cette magnétisation. Cela conduit à l'apparition d'un champ magnétique tournant, qui est enregistré par le scanner et vous permet de construire une image de la zone numérisée du corps. L'imagerie par résonance magnétique utilise une technologie relativement nouvelle. Les premières images tomodensitométriques ont été publiées en 1973 et la première image transversale d'une souris vivante a été publiée en janvier 1974. Les premières études humaines ont été publiées en 1977. À titre de comparaison, la première radiographie d'une personne a été prise en 1895.
Parmi les méthodes de diagnostic apparues ces dernières années, les méthodes dites intrascopiques, la tomodensitométrie à rayons X, la tomographie par résonance magnétique nucléaire (RMN) et la spectroscopie RMN, ainsi que la tomographie par émission de positrons (TEP) sont particulièrement instructives, selon scientifiques médicaux. Lorsqu'une zone ou un organe suspect est éclairé par une impulsion laser, la réponse spectrale - une sorte de signature optique - du tissu cancéreux diffère nettement de celle du tissu normal. La tomodensitométrie est l'exemple le plus connu d'imagerie tridimensionnelle aujourd'hui. Les méthodes conventionnelles, même avec un très bon tube à rayons X et un film ultra-sensible, donnent une image floue et très "bruyante", de plus, uniquement bidimensionnelle, donc l'interpréter correctement est une science à part entière. "Les méthodes de diagnostic ont fait un bond sans précédent ces dernières années", déclare l'académicien Ternovoy, "grâce à la technologie informatique. Il y a environ 20 ans, un tomodensitomètre à rayons X a été créé et il est devenu possible d'étudier la structure du cerveau humain sans ouvrir le crâne Et l'équipement actuel a des propriétés telles que vous pouvez observer directement, par exemple, un cœur qui bat.Par conséquent, les diagnostics traditionnels et invasifs ("invasion" signifie "pénétration") deviennent progressivement une chose du passé.Par exemple , à l'aide d'un scanner d'imagerie par résonance magnétique, les organes internes sont visibles en action même sans l'introduction d'agents de contraste qui « dessinent leurs contours ». ... Le principe de son action repose sur deux faits triviaux : premièrement, le corps humain est constitué principalement d'eau et ses molécules forment des liaisons chimiques avec des protéines et d'autres structures qui sont différentes dans différents tissus ; deuxièmement, la molécule d'eau est un dipôle. Dans le corps, ces dipôles sont bien sûr orientés au hasard et, de plus, tournent. Mais si une personne est brièvement placée dans un champ magnétique (assez fort, mais pas assez fort pour présenter un danger pour la santé), toutes les molécules d'eau tournent "face" dans la direction de ses lignes de force. Ensuite, une radiofréquence spéciale est appliquée - elle donne aux dipôles une énergie supplémentaire et les dévie de l'orientation donnée par le champ magnétique sous un angle ou un autre. En fait, tout l'intérêt est que les angles sont différents, leur taille dépend de la structure interne de l'organe ou du tissu, et aussi - ce qui est particulièrement important - de la présence de pathologies. L'impulsion radio externe n'est donnée que pour un instant, mais c'est suffisant. Ensuite, les molécules d'eau retournent à leur position précédente, s'alignant à nouveau dans le champ magnétique. En même temps, ils déchargent l'énergie excédentaire - des bobines spéciales l'enregistrent (même si elle est très petite !). Les données reçues sont envoyées à l'ordinateur, où elles sont traitées ... " Contrairement aux méthodes traditionnelles de rayons X, la tomographie est une reconstruction volumétrique des organes internes basée sur des données numériques caractéristiques des propriétés physiques des tissus. Sur un tomographe IRM, par exemple, une image tridimensionnelle du fœtus peut être obtenue. Le médecin peut examiner les moindres détails, transformer l'image de n'importe quelle manière, elle peut également être facilement compressée, archivée, transmise sur des canaux de communication pour participer à la téléconciliation, etc. Lors de l'examen sur un tomographe à rayons X, le patient est allongé sur la table de sorte que la partie du corps dont l'image doit être obtenue se trouve dans le trou circulaire du cadre du tomographe. Dans la partie supérieure du cadre, il y a généralement une source de rayons X et un collimateur - un dispositif qui convertit un faisceau de rayons divergent en un mince flux dirigé. Au bas du cadre se trouve une ligne de détecteurs de rayons X, comme s'ils remplaçaient le film. Si nécessaire, le médecin peut pré-introduire un produit chimique dans le corps du patient, ce qui améliore le contraste visuel entre l'organe étudié et les tissus environnants. Lorsque la source de rayons X est allumée, les rayons aussi fins qu'un crayon traversent le corps et les données enregistrées par le détecteur sont transmises à l'ordinateur. Comme le cadre tourne autour du patient, ce processus est répété plusieurs fois, et à chaque fois les données des détecteurs, correspondant à un ensemble de positions différentes, sont traitées par l'ordinateur.
Grâce à un algorithme mathématique basé sur la transformée de Radon connue en géométrie intégrale classique, un ensemble de lectures numériques des détecteurs se transforme en une image sur l'écran. Une tomographie par résonance magnétique nucléaire (tomographe RMN) est généralement un tube contenant un long aimant cylindrique et des enroulements dans lesquels un courant est excité correspondant aux signaux RF envoyés et reçus. À proprement parler, la résonance magnétique est un phénomène purement quantique, et pour son explication, il est nécessaire d'utiliser des concepts standards de mécanique quantique. L'essence du phénomène est qu'un fort champ magnétique constant créé par un aimant cylindrique crée des spins orientés de manière aléatoire des noyaux d'atomes d'hydrogène dans le corps du patient dans une seule direction, tout comme la limaille de fer s'aligne le long de lignes de champ invisibles près d'un aimant. Lorsqu'une impulsion de radiofréquence spécialement excitée - de sondage - traverse le tube de la caméra du tomographe, le champ magnétique de l'impulsion, bien que faible, dévie néanmoins légèrement les spins alignés de la direction donnée pendant un certain temps, et ils commencent à osciller, comme on dit, précesser, autour de la direction du champ fort d'un aimant permanent, comme une toupie qu'on pousse doucement. En même temps, les noyaux des atomes résonnent, c'est-à-dire qu'ils émettent également un signal radio faible qui peut être détecté par des détecteurs sensibles. Lorsque l'impulsion RF de sondage est désactivée, les spins reviennent à un état ordonné et le signal généré par les noyaux se désintègre. Au moment de cette désintégration et d'autres caractéristiques du signal traité par l'ordinateur, on peut juger de la composition chimique et des propriétés biologiques des tissus. Pour chaque point de l'image sur l'écran, les données des noyaux d'hydrogène en résonance (protons) dans l'organe interne étudié sont collectées et moyennées, et chaque valeur obtenue se voit attribuer sa propre couleur. En conséquence, les régions avec différentes densités de protons et, par conséquent, les tissus non homogènes sont marqués de couleurs différentes. Contrairement à un examen aux rayons X, la méthode RMN est absolument inoffensive et garantit un bien meilleur contraste entre les différents types de tissus, ce qui permet de distinguer facilement les zones saines des zones malades. La tomographie RMN est particulièrement utilisée avec succès dans le diagnostic des pathologies du système nerveux central et du système musculo-squelettique, ainsi que pour la reconnaissance des tumeurs sur fond de tissus sains. Cependant, la tomographie RMN gagne de nouvelles positions. Une méthode prometteuse pour diagnostiquer les poumons à l'aide de la tomographie IRM, par exemple, a été développée en Allemagne. Il a été présenté à l'exposition "Expo-2000" à Hanovre et a été très apprécié des spécialistes et de la presse. Pour le diagnostic des maladies pulmonaires, les médecins allemands prennent vingt et un millions de radiographies chaque année. Cependant, ces images ne sont pas assez contrastées et les rayons X sont nocifs pour le corps. Une autre chose est la tomographie IRM. Dans de nombreuses maladies qui surviennent avec une insuffisance respiratoire, telles que l'asthme ou l'emphysème, le tomographe RMN donne une image insuffisamment claire - en raison de la faible densité du tissu pulmonaire. Et si important pour le diagnostic d'une substance légère, comme l'oxygène et l'azote, ne s'enregistre pas du tout. Les chercheurs tentent donc d'améliorer l'imagerie pulmonaire en faisant inhaler aux patients des gaz inoffensifs comme agent de contraste. Les gaz rares polarisés sont particulièrement prometteurs. Des tests ont montré que saturer le poumon avec eux permet d'obtenir une image claire. La meilleure aimantation des gaz inertes polarisés par rapport à l'hydrogène facilite le travail du tomographe. Ainsi, les médecins peuvent non seulement diagnostiquer l'asthme, la mucoviscidose et d'autres maladies pulmonaires à un stade précoce, mais également vérifier l'efficacité du traitement. En Allemagne, les bases de la nouvelle méthode ont été posées par Ernst Wilhelm Otten et Werner Geil de l'Institut de physique de l'Université de Mayence. Otten et Gail ont choisi l'hélium-3 comme agent de contraste pour leurs expériences. À leur avis, le xénon n'est pas très approprié ici, car il est absorbé par le sang et a un effet narcotique sur les patients. Et ainsi, en utilisant un scanner IRM et de l'hélium-3 polarisé comme agent de contraste, Otten et Geil, ainsi que le radiologue de Mayence Manfred Thelen et des experts du Centre allemand de recherche sur le cancer à Heidelberg, ont finalement obtenu une image claire de la distribution de l'air dans le poumon. La nouvelle méthode dans une expérience avec un sujet de trente ans a permis de constater les signes d'un emphysème pulmonaire déjà ancien. Et cela malgré le fait que bien que la personne fumait, elle se sentait en parfaite santé et ne se plaignait pas de ses poumons. Un autre exemple est l'utilisation d'un scanner RMN pour diagnostiquer une crise cardiaque au lieu d'un cathéter cardiaque. L'examen du cœur à l'aide d'un ECG, d'ultrasons et d'une exposition aux isotopes radioactifs ne donne pas toujours des résultats satisfaisants. Dans de tels cas, le diagnostic est souvent indiqué à l'aide d'un cathéter cardiaque, qui est inséré dans le cœur par les vaisseaux sanguins. C'est un lourd fardeau pour le corps du sujet, et de nombreux patients préfèrent les nouveaux champs magnétiques les plus modernes et les plus inoffensifs pour l'homme à la méthode traditionnelle : le cœur est « montré à travers » par un tomographe à résonance magnétique nucléaire. Les modèles précédents de tomographes RMN, du fait de périodes de mesure trop longues, donnaient des images insuffisamment nettes (le cœur bat constamment, et l'image « pose longue » est floue). Les derniers appareils, le matériel et les logiciels améliorés vous permettent de prendre des photos assez claires du cœur entre les battements de cœur. "La précision est désormais nettement supérieure à celle des méthodes non invasives précédentes", explique Eike Nagel du Centre cardiaque allemand de Berlin. "Grâce à cette technique, le nombre d'examens avec un cathéter cardiaque peut être réduit d'au moins 20 %." Et selon les optimistes - la moitié. En tant qu'instrument de diagnostic complet, l'imageur IRM représente spatialement le cœur et les grosses artères, mesure les paramètres de l'apport sanguin et reconnaît les tissus morts. Une méthode douce de haute technologie convient à la fois à la prévention et au traitement des patients cardiaques. La tomographie par IRM soulage les patients atteints d'infarctus d'un stress inutile. En utilisant cette méthode, il est possible de prédire si l'expansion du vaisseau ou l'opération sur l'anastomose promet du succès. C'est ce qu'ont montré des scientifiques de la Northwestern University de Chicago dans leur étude clinique. Il est très important que la nouvelle technique puisse protéger de nombreux jeunes patients d'interventions dangereuses. Les champs magnétiques puissants auxquels les sujets sont exposés sont pratiquement inoffensifs - du moins selon la science moderne. Les méthodes alternatives, par exemple la tomographie informatisée et par émission de positrons, fonctionnent au contraire avec des substances dangereuses pour le corps - rayons X et isotopes radioactifs. Une sorte d'essor connaît la prévention tomographique des maladies cardiovasculaires dans la capitale de Taïwan, Taipei. Un centre d'examen spécial y a récemment ouvert ses portes, où un examen d'environ une demi-heure du cœur et des vaisseaux sanguins avec un tomographe RMN coûte mille dollars, tandis que des lunettes vidéo et une musique agréable aident les patients à se détendre ... Auteur : Musskiy S.A.
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