10 immagini che hanno scosso il mondo medico

Per la maggior parte di noi, ottenere raggi X, ultrasuoni, angiogrammi, TAC o risonanza magnetica significa entrare in una stanza priva di finestre che ha più in comune con un dungeon di una clinica. Il tecnologo ci dà una veste leggera e ci contesta in posizioni dolorose. Quasi aspettiamo di trovare torce sul muro e una fanciulla di ferro nell'angolo. Ecco 10 immagini che potrebbero rendere queste procedure un po 'meno spaventose.

La fede nuziale di 10Bertha Roentgen

Nel novembre del 1895, il professore di fisica Wilhelm Conrad Roentgen di Worzburg, in Baviera, stava studiando i raggi elettrici quando scoprì che essi penetravano oggetti e proiettavano le loro immagini su uno schermo fluorescente. Quando mise la propria mano davanti ai raggi, notò che l'immagine mostrava un contrasto tra le sue ossa e la sua carne traslucida.

Roentgen comprese immediatamente le implicazioni: i medici potevano vedere l'anatomia di una persona e qualsiasi cosa non funzionasse senza aprire la pelle in modo evasivo. Sostituì lo schermo fluorescente con una lastra fotografica e catturò la prima immagine a raggi X l'8 novembre 1895. La radiografia era della mano sinistra di sua moglie Bertha e della sua fede nuziale (come nella foto sopra).

Il mondo inizialmente era dubbioso sulla scoperta di Roentgen. Il New York Times lo respinse come una semplice tecnica fotografica che era già stata scoperta. Solo una settimana dopo, tuttavia, il Volte Cominciarono a pubblicare resoconti su come i raggi X di Roentgen fossero in effetti utili per scopi chirurgici. Uno di quei rapporti era di un medico britannico di nome John Hall-Edwards che fu il primo a usare i raggi X per diagnosticare un problema: un ago infilato in una mano. Roentgen ha ricevuto il premio Nobel per il 1901 in fisica, e le sue scoperte sono ora considerate, "una delle più grandi scoperte nella storia della scienza".

9Movendo raggi X del cuore e dell'apparato digerente

Le cose si muovevano rapidamente dopo la scoperta di Roentgen. Quasi immediatamente, gli scienziati hanno lavorato per unire i raggi X con la cinematografia, muovendo essenzialmente i raggi X. Il primo a produrne uno fu John Macintyre, un chirurgo alla gola e un elettricista all'Infermeria Reale di Glasgow. Macintyre aveva già la particolarità di creare il primo reparto radiografico del mondo, e la sua unità sarebbe stata in seguito la prima persona a raggi X di un oggetto straniero (un mezzo penny alloggiato nella gola di un bambino). Quell'unità fu anche la prima a rilevare un calcolo renale con una radiografia.

Nel 1897, Macintyre presentò un cortometraggio alla Royal Society di Londra, dimostrando quello che definì un cinematografo. Aveva radiografato una zampa di una rana poiché richiedeva meno energia per penetrare di una gamba umana. Poi l'ha radiografato ogni trecento di secondo mentre si fletteva e allungava la gamba. Li ha poi uniti insieme. Più tardi, ha filmato il cuore pulsante di un umano. Ha anche sfamato un paziente bismuto e ha filmato il suo stomaco mentre lo digeriva (vedi video sopra).

Questi film a raggi X sono ora chiamati "fluoroscopia" e vengono utilizzati per filmare il posizionamento di cateteri cardiaci, i sistemi digestivi e urinari al lavoro e le procedure chirurgiche. Nel 2013 sono state eseguite 1,3 milioni di procedure fluoroscopiche nel solo Regno Unito.

8Major Beevor Hunts For Bullets

Entro pochi mesi dalla scoperta di Roentgen, i raggi X furono usati sul campo di battaglia. Furono usati per la prima volta durante la guerra abissina quando l'Italia invase l'Abissinia nel 1896. Il tenente colonnello Giuseppe Alvaro usò una macchina a raggi X per individuare i proiettili negli avambracci dei soldati italiani. Quei raggi X sono stati persi nella storia.

Un anno dopo, i raggi X furono nuovamente usati sul campo durante la guerra greco-turca. Anche quei film sono andati perduti. Nonostante i numerosi successi, i militari sono stati lenti ad apprezzare l'uso dei raggi X per i loro feriti.

Nel giugno del 1897 scoppiò la guerra tra l'India e l'Afghanistan. La Gran Bretagna ha inviato soldati sull'altopiano della Tira per aprire i passi di montagna. Il maggiore Walter Beevor acquistò apparecchiature a raggi X e lo sistemò in un ospedale da campo a Tirah. Ha preso più di 200 raggi X sul campo, compreso quello in alto del gomito di un soldato indiano con una pallottola in esso contenuta. Beevor trovò persino una pallottola depositata nella gamba del generale Woodhouse.

L'anno seguente Beevor fece una presentazione presso la United Services Institution - da quel momento in poi, la Gran Bretagna portò sul campo di battaglia le unità a raggi X. Altri paesi hanno seguito lentamente l'esempio.

Come molte altre tecnologie, l'imaging a raggi X ha beneficiato del suo uso in guerra. Uno di questi progressi era nelle unità portatili. Marie Curie e sua figlia Irene hanno guidato 20 unità a raggi X nella parte posteriore dei furgoni sul fronte della battaglia durante la prima guerra mondiale.

Oggi le macchine a raggi X mobili vengono portate al capezzale di un paziente, assumendone radiografie quando sono troppo malate per essere trasferite al reparto di radiologia dell'ospedale.

7Proof Of The Damage Causato dai corsetti metallici

In uno dei primi usi noti dell'imaging medico per sensibilizzare l'opinione pubblica su un problema, il dottore francese Ludovic O'Followell ha radiografato i torsi di diverse donne con e senza corsetti. I film mostrano chiaramente che i corsetti metallici stretti restringevano la cassa toracica e gli organi interni spostati. O'Followell non sosteneva il divieto dei corsetti, ma semplicemente lo sviluppo di quelli più flessibili.

E questo è esattamente quello che è successo. I film di O'Followell, insieme alle opinioni di altri medici dell'epoca, influenzarono l'industria e la società ad adottare corsetti meno restrittivi.

La domanda che più tardi gli esperti hanno chiesto è se O'Followell avrebbe dovuto usare la radiazione a raggi X per dimostrare il suo punto. Allora, le unità a raggi X richiedevano che il soggetto fosse esposto alle radiazioni per lunghi periodi di tempo. Nel 1896, una radiografia dell'avambraccio di un uomo richiedeva 45 minuti di esposizione. La prima radiografia dentale ha richiesto 25 minuti.

Le donne nelle radiografie sopra erano esposte due volte - con e senza corsetto - e nelle parti più sensibili alle radiazioni del loro corpo: il torace (seno e sterno) e l'addome (organi riproduttivi).

I pericoli dell'esposizione alle radiazioni a raggi X erano già ben noti. Nel primo anno di test dei raggi X, un medico del Nebraska ha riportato casi di perdita di capelli, arrossamento e desquamazione della pelle e lesioni. Clarence Dally, mentre lavorava alle radiografie per Thomas Edison, ha esposto ripetutamente le mani alle radiazioni per almeno due anni. Aveva entrambe le braccia amputate prima di morire di cancro nel 1904. Uno dopo l'altro, i pionieri del campo - John Hall-Edwards, Marie e Irene Curie e Wilhelm Roentgen - morirono tutti di malattie indotte dalle radiazioni.

Ma il mondo era lento a rendersi conto dei pericoli dei raggi X non necessari. Le donne avevano le loro ovaie irradiate come trattamento per la depressione. La radioterapia è stata utilizzata per trattare tigna, acne, impotenza, artrite, ulcere e persino il cancro. Negozi di bellezza clienti irradiati per rimuovere i peli sul viso. Acqua, cioccolato e dentifricio erano addizionati di radiazioni. Tra gli anni '20 e '50, molti negozi di scarpe avevano i fluoroscopi - chiamati Foot-o-scopes o Pedoscopes - che mostravano ai piedi dei clienti le radiografie per mostrare quanto bene si adattavano le loro scarpe.

Mentre i raggi X sono oggi molto più sicuri e quasi mai utilizzati per scopi non medici, le radiografie mediche non necessarie rappresentano ancora un rischio. Uno studio ha mostrato che 18.500 casi di cancro in tutto il mondo sono il risultato di raggi X medici, e in America 0,5 per cento delle morti per cancro sono attribuibili ai raggi X.

6 Il primo catetere

Mentre lavorava come chirurgo presso la clinica August Victory, Werner Forssmann sviluppò una teoria secondo cui un tubo flessibile (catetere) poteva essere inserito nell'inguine o nel braccio, attraverso le vene che alimentano il sangue al cuore e direttamente nell'atrio del cuore. Forssmann riteneva che il volume del cuore e la portata, la pressione e il contenuto di ossigeno del sangue potessero essere misurati con questo catetere. La medicina potrebbe anche essere iniettata direttamente al cuore in caso di emergenza.

La maggior parte degli esperti riteneva che il catetere si sarebbe aggrovigliato tra l'ondata di sangue e il battito del cuore. Pertanto, i suoi superiori ad August Victory non autorizzarono gli esperimenti condotti dal medico principiante.

Imperterrito, Forssmann convinse un altro residente a inserire un ago nel suo braccio sinistro. Quindi, Forssmann fece avanzare il catetere lungo la vena cefalica del residente, attraverso il bicipite, oltre la spalla e nel cuore. Ci sono voluti un totale di 60 centimetri (2 piedi) di tubi. Poi si diresse verso il reparto radiografico e fece una foto per dimostrare che il catetere era nel cuore del residente. Più tardi ha eseguito la procedura più volte su se stesso.

Sfortunatamente, i colleghi di Forssmann hanno deriso questa procedura come una semplice acrobazia da circo. Scoraggiato, Forssmann andò avanti, diventando un urologo. Non era a conoscenza del fatto che il suo contributo venisse gradualmente riconosciuto per la sua importanza (nel 2006, 3,7 milioni di cateterismi cardiaci venivano eseguiti ogni anno negli Stati Uniti da soli). Quindi rimase piuttosto perplesso quando ricevette una telefonata nell'ottobre del 1956, informandolo che aveva vinto il Noble in Fisiologia e Medicina. Ha semplicemente risposto: "Per cosa?"

5Hyperphonography

Uno degli svantaggi della tecnologia a raggi X è che si tratta solo di immagini di strutture anatomiche dense come ossa e corpi estranei (come i proiettili). Un altro inconveniente è che utilizza la radiazione che potrebbe danneggiare un bambino nel grembo materno. Il mondo della medicina aveva bisogno di un modo più sicuro per visualizzare strutture meno densi nel corpo.

La risposta arrivò da una tragedia: l'affondamento del Titanic nel 1912. Per individuare meglio gli iceberg, Reginald Fessenden brevettò dispositivi che emettevano onde sonore dirette e misuravano il loro riflesso per rilevare oggetti distanti. Il suo sonar era in grado di rilevare iceberg da un paio di miglia di distanza.

La prima guerra mondiale scoppiò allo stesso tempo e gli U-Boot tedeschi minacciarono la spedizione alleata. Il fisico Paul Langevin sviluppò un idrofono che usava le onde sonore per rilevare i sottomarini. Il 23 aprile 1916, un U-boat UC-3 divenne il primo sottomarino rilevato da idrofono e affondato. Dopo la guerra, la tecnologia è stata utilizzata per rilevare difetti nei metalli.

Alla fine degli anni '30, lo psichiatra e neurologo tedesco Dr. Karl Dussik riteneva che il suono potesse misurare il cervello e altre parti del corpo inaccessibili ai raggi X. Dussik è diventato il primo ad applicare il suono in modo diagnostico. Sfortunatamente, gran parte del suo lavoro è stato eseguito in Austria - non è stato fino a dopo la guerra, quando ha ripetuto e ampliato il suo lavoro, che il mondo ha sentito parlare di ciò che ha definito "iperfonografia".

Un decennio più tardi, l'ostetrico scozzese Ian Donald prese in prestito una macchina ad ultrasuoni industriale e la testò su vari tumori. Presto Donald usò la macchina per rilevare i tumori e monitorare i feti.

4 La prima scansione CAT

Credito fotografico: EMI

Una limitazione delle immagini a raggi X è che tutto ciò che si trova tra il tubo a raggi X e il film appare sull'immagine. Patologie come i tumori possono essere nascoste da tessuti, organi e ossa che si trovano sopra o sotto di esso.

Gli anni '20 e '30 videro lo sviluppo della tomografia. Ciò ha richiesto una radiografia a un certo livello del corpo, sfocando qualsiasi cosa sopra e sotto di essa. Lo ha fatto spostando il tubo a raggi X (e il film) mentre esponendo l'immagine. Potrebbe tagliare su tutti e tre i piani del corpo: sagittale (da sinistra a destra), coronale (dalla parte anteriore a quella posteriore) e assiale o trasversale (piedi a testa).

Nel 1967 Godfrey Hounsfield, uno scienziato che lavorava per la EMI (industrie elettriche e musicali), concepì uno scanner tomografico assiale. EMI è stata anche la casa discografica che ha venduto 200 milioni di dischi dei Beatles. Usando i loro fondi Fab Four, la EMI ha finanziato Hounsfield per i quattro anni necessari a sviluppare un prototipo.

Il suo scanner utilizzava sensori anziché film, e il paziente veniva fatto scivolare attraverso i tubi e i sensori in movimento a un ritmo prestabilito. Un computer ha quindi ricostruito l'anatomia. L'invenzione di Hounsfield fu quindi soprannominata scansione tomografica assiale calcolata o scansione CAT (ora semplicemente TAC).

Il 1 ° ottobre 1971, Hounsfield usò la sua invenzione per la prima volta. Ha localizzato il tumore al cervello di una donna come si vede qui. L'ovale sul lato sinistro del film (il suo lobo frontale destro) è il tumore. Più tardi, dopo che il chirurgo ha rimosso il tumore, ha osservato che "sembra [ed] esattamente come l'immagine".

3 La prima scansione MRI

Credito fotografico: FONAR

In una scansione MRI (Magnetic Resonance Imaging), la macchina crea un campo magnetico statico che allinea tutti i protoni del paziente nella stessa direzione. Brevi lampi di onde radio disallineano quindi i protoni e, una volta spente le onde radio, un computer misura il tempo necessario per il riallineamento dei protoni. Il computer quindi utilizza queste misurazioni per ricostruire l'immagine del corpo del paziente.

Mentre le macchine CT e MRI sembrano simili, sono molto diverse. Le scansioni TC utilizzano radiazioni potenzialmente pericolose mentre la risonanza magnetica non lo fa. Una risonanza magnetica può anche visualizzare tessuti molli, organi e ossa meglio di CT. È usato soprattutto quando il medico vuole vedere il midollo spinale, i tendini e i legamenti. D'altra parte, CT è meglio vedere il danno di ossa, organi e spine.

Il medico Raymond Damadian ha concepito per la prima volta uno scanner MRI di tutto il corpo nel 1969. Ha iniziato a testare le sue teorie e ha pubblicato un articolo su Rivista scientifica marzo 1971. Nel settembre dello stesso anno, Paul Lauterbur, un chimico presso l'Università dello Stato di New York, ha avuto un'epifania circa la stessa cosa, e anche comprato un quaderno per documentare la sua “invenzione”. Lauterbur tardi ammise che aveva visto uno studente laureato riproduce l'esperimento di Damadian, ma non credeva che avrebbe funzionato.

Nel marzo 1972, Damadian depositò un brevetto per la sua idea. Lo stesso mese, lo scanner di Lauterbur ha prodotto un'immagine di provette. Un anno dopo, Lauterbur pubblicò le sue scoperte e la sua immagine Natura. Non ha fatto riferimento ai contributi critici di Damadian. Nel 1974, il brevetto di Damadian fu accettato.

Poi, il 3 luglio 1977, Damadian e il suo team presero la prima scansione di un umano. Nessuno dei suoi collaboratori voleva salire nella macchina, così Damadian lo ha fatto da solo. Quando non ha funzionato, hanno ipotizzato che il dottore fosse troppo grande. Uno dei suoi studenti laureati, Larry Minkoff, era più magro e salì. L'immagine sopra è del petto di Minkoff.

Scoppiò poi una rissa tra Lauterbur e Damadian su chi inventò la risonanza magnetica. Nonostante il fatto che Damadian deteneva il brevetto, è stato inserito nella nazionale Inventors Hall of Fame nel 1988, ed è stato riconosciuto come l'inventore dal presidente Ronald Reagan, il premio Nobel 2003 è andato a Lauterbur. Nonostante il comitato del Nobel fosse in grado di nominare fino a tre destinatari del premio, Damadian fu snobbato. I suoi sostenitori affermano di essere stato ignorato perché era un cristiano esplicito e difensore del creazionismo che era malvisto dal mondo accademico.

2 Chirurgia laparoscopica

I chirurghi hanno rimosso le cose dagli addomi della gente per secoli, ma l'intero addome doveva sempre essere aperto. Ciò ha reso il paziente suscettibile alle infezioni e ha richiesto lunghi tempi di recupero. Ma nel 1901, un ginecologo russo introdusse laparoscopia-chirurgia non attraverso una grande apertura ma attraverso una o più piccole fessure o buchi. Questo è stato chiamato un intervento chirurgico "key-hole" o "Band-Aid".

I laparoscopi hanno permesso al chirurgo di usare un occhio per guardare direttamente nell'addome o nel torace con un dispositivo che assomigliava a un piccolo telescopio. Invece di usare le mani, hanno utilizzato forbici, pinze, ganci o altri strumenti su lunghe aste che sono state inserite attraverso fori adiacenti nell'addome.

Sfortunatamente, questo significava che il chirurgo doveva contorcersi il suo corpo per vedere il laparoscopio. Un chirurgo ricordò che doveva sdraiarsi sulla coscia del paziente per rimuovere la sua cistifellea. Dopo 2,5 ore, era fisicamente esausto. Per questo motivo, la laparoscopia ha visto solo un uso limitato.

Alla fine del 1970, il Dr. Camran Nezhat, un ostetrico e ginecologo, attaccato apparecchiature video per laparoscopi e gestito a guardare un monitor televisivo. L'attrezzatura era inizialmente grande e voluminosa, ma Nezhat aveva adottato la tecnologia che ottimizzava le apparecchiature e ingrandiva le immagini. Ciò consentiva a tutti i presenti nella sala operatoria di osservare cosa stava facendo il chirurgo. Come Nezhat messo, intervento è andato da un “one-man band” a un “orchestra.” Primi video di Nezhat non sono disponibili, ma il video di cui sopra è di una rimozione laparscopic di una colecisti da un altro chirurgo.

Nezhat riteneva che la maggior parte delle procedure chirurgiche potesse essere eseguita per via laparoscopica piuttosto che con enormi fori evasivi nel corpo del paziente. Molti altri non potevano credere che interventi chirurgici complicati potessero essere fatti in questo modo ed erano ostili alle affermazioni di Nezhat. Le sue procedure venivano chiamate "bizzarre" e "barbariche". Quando altri si abbracciavano alla laparoscopia, anche loro venivano ridicolizzati. Ma entro il 2004, quando il New England Journal of Medicine laparoscopia raccomandata, Nezhat ha ufficialmente inaugurato una rivoluzione in chirurgia.

Ultrasuoni 13-D e 4-D

Per 30 anni, gli ultrasuoni erano limitati a due dimensioni, in cui le apparecchiature inviavano un suono e quindi misuravano l'eco. Milioni di genitori hanno cercato e fallito di raccogliere da queste immagini in bianco e nero proprio come appare il loro bambino. Questo perché le scansioni 2D passano attraverso la pelle del bambino, visualizzando invece i loro organi interni.

Dagli anni '70, gli investigatori avevano lavorato all'ecografia 3-D per i bambini.Questo invia i suoni in diverse direzioni e angoli, cattura le caratteristiche del viso e la pelle del bambino, quindi ricostruisce gli echi più o meno allo stesso modo degli scanner CT. Nel 1984, Kazunori Baba all'Istituto di Elettronica Medica di Tokyo fu il primo a ottenere immagini tridimensionali di un bambino nel grembo materno. Ma la qualità dell'immagine e la quantità di tempo necessaria per ricostruire l'immagine (10 minuti) lo hanno reso diagnosticamente inadatto.

Nel 1987, Olaf Von Ramm e Stephen Smith brevettarono il primo ultrasuono 3-D ad alta velocità che aumentò la qualità e ridusse i tempi di elaborazione. Da allora, c'è stata un'esplosione negli ultrasuoni, specialmente con l'aggiunta di versioni 4-D in cui i genitori possono vedere la loro mossa del bambino. Sono anche sorte boutique che offrono ricordi video in 3-D e in 4-D, con un prezzo molto alto, naturalmente. Mentre non ci sono effetti negativi documentati da questi ultrasuoni, un dibattito ora infuria sul fatto che uno strumento diagnostico dovrebbe essere usato in modo ricreativo.