10 beelden die de medische wereld opschudden

Voor de meesten van ons betekent het krijgen van een röntgenfoto, echografie, angiogram, CT of MRI lopen naar een kamer zonder ramen die meer gemeen heeft met een kerker dan met een kliniek. De technoloog geeft ons een dun gewaad en verwringt ons in pijnlijke posities. We verwachten bijna fakkels aan de muur te vinden en een ijzeren meisje in de hoek. Hier zijn 10 afbeeldingen die deze procedures iets minder eng zouden kunnen maken.

10 Bertha Roentgen's trouwring

In november 1895 bestudeerde natuurkundig professor Wilhelm Conrad Roentgen uit Worzburg, Beieren, elektrische stralen toen hij ontdekte dat ze objecten binnendrongen en hun beelden projecteerden op een fluorescerend scherm. Toen hij zijn eigen hand voor de stralen legde, merkte hij op dat het beeld een contrast vertoonde tussen zijn botten en zijn doorschijnende vlees.

Roentgen besefte de implicaties onmiddellijk - artsen konden de anatomie van een persoon en alles wat er verkeerd aan was zien zonder de huid ontwijkend te openen. Hij verving het fluorescerende scherm door een fotografische plaat en veroverde het eerste röntgenbeeld op 8 november 1895. De röntgenfoto was van de linkerhand van zijn vrouw Bertha en haar trouwring (zoals hierboven afgebeeld).

De wereld was aanvankelijk dubieus over de ontdekking van Roentgen. The New York Times verworpen het als een eenvoudige fotografische techniek die al was ontdekt. Slechts een week later, echter, de Times begon rapporten te maken over hoe Röntgen's röntgenfoto's in feite gunstig waren voor chirurgische doeleinden. Een van die rapporten was van een Britse arts, John Hall-Edwards, die als eerste röntgenstralen gebruikte om een ​​probleem te diagnosticeren - een naald die in een hand zat. Roentgen ontving de Nobelprijs van 1901 in de natuurkunde, en zijn bevindingen worden nu beschouwd als een van de grootste ontdekkingen in de geschiedenis van de wetenschap.

9 X-stralen van het hart en het spijsverteringssysteem verplaatsen

Dingen gingen snel na de ontdekking van Roentgen. Bijna onmiddellijk werkten wetenschappers aan het samenvoegen van röntgenfoto's met cinematografie - in wezen bewegende röntgenstralen. De eerste om er een te produceren was John Macintyre, een keelchirurg en een elektricien aan de Glasgow Royal Infirmary. Macintyre had al de eer om 's werelds eerste röntgenafdeling op te zetten, en zijn eenheid zou later de eerste zijn die een vreemd voorwerp röntgenstraalde (een halfpennest in de keel van een kind). Die eenheid was ook de eerste die een niersteen detecteerde met een röntgenfoto.

In 1897 presenteerde Macintyre een korte film in de London Royal Society, waarin hij demonstreerde wat hij een cinematograaf noemde. Hij had een kikkerpoot geröntgend omdat het minder energie kostte om door te dringen dan een menselijk been. Hij röntgenstraalde het vervolgens elke 300ste van een seconde terwijl hij het been verbuigde en strekte. Hij heeft ze vervolgens samen gesplitst. Later filmde hij het kloppend hart van een mens. Hij voedde ook een patiënt bismut en filmde zijn maag terwijl hij het verteerde (zie video hierboven).

Deze röntgenfilms worden nu "fl uoroscopie" genoemd en worden gebruikt om de plaatsing van hartkatheters, het spijsverterings- en urinewegsysteem op het werk en chirurgische procedures te filmen. In 2013 werden 1,3 miljoen fluoroscopische procedures alleen in het Verenigd Koninkrijk uitgevoerd.

8 Major Beevor jaagt op kogels

Binnen een paar maanden na Roentgen's ontdekking werden röntgenfoto's gebruikt op het slagveld. Ze werden voor het eerst gebruikt tijdens de Abessijnse oorlog toen Italië Abessinië binnenviel in 1896. Luitenant-kolonel Giuseppe Alvaro gebruikte een röntgenapparaat om kogels op de onderarmen van Italiaanse soldaten te vinden. Die röntgenfoto's zijn sindsdien verloren gegaan door de geschiedenis.

Een jaar later werden röntgenfoto's opnieuw gebruikt in het veld tijdens de Grieks-Turkse oorlog. Die films zijn ook verloren. Ondanks meerdere successen, waren de militairen het gebruik van röntgenstralen voor hun gewonden langzaam aan het waarderen.

In juni 1897 brak oorlog uit tussen India en Afghanistan. Groot-Brittannië stuurde soldaten naar het Tirah-plateau om de bergpassen te openen. Majoor Walter Beevor kocht röntgenapparatuur en richtte hem op in een veldhospitaal in Tirah. Hij nam meer dan 200 röntgenfoto's in het veld, inclusief de bovenkant van de elleboog van een Indiase soldaat met daarin een kogel. Beevor heeft zelfs een kogel gevonden die in het been van generaal Woodhouse is ondergebracht.

Het jaar daarop maakte Beevor een presentatie bij de United Services Institution. Groot-Brittannië bracht vanaf dat moment röntgenunits op het slagveld. Andere landen volgden langzaam.

Net als veel andere technologieën profiteerde röntgenbeeldvorming van het gebruik ervan in oorlog. Een van die vorderingen was in draagbare eenheden. Marie Curie en haar dochter Irene hebben tijdens de Eerste Wereldoorlog 20 röntgeneenheden achteraan in bestelwagens naar het front gebracht.

Tegenwoordig worden mobiele röntgentoestellen aan het bed van een patiënt gebracht en worden er röntgenfoto's van gemaakt wanneer ze te ziek zijn om naar de radiologieafdeling van het ziekenhuis te worden overgebracht.

7 Bewijs van de schade veroorzaakt door metalen korsetten

In een van de vroegst bekende toepassingen van medische beeldvorming om het publiek bewust te maken van een probleem, röntgen de Franse arts Ludovic O'Followell de torso's van verschillende vrouwen met en zonder korsetten. De films laten duidelijk zien dat strakke metalen korsetten de ribbenkast vernauwden en interne organen verdrongen. O'Followell pleitte niet voor het verbieden van korsetten - alleen de ontwikkeling van meer flexibele.

En dat is precies wat er gebeurde. De films van O'Followell, samen met de meningen van andere artsen van die tijd, hadden invloed op de industrie en de maatschappij om minder beperkende korsetten aan te nemen.

De vraag die later door experts werd gesteld, was of O'Followell röntgenstraling had moeten gebruiken om zijn punt te bewijzen. Destijds vereiste röntgeneenheden dat het subject gedurende langere tijd aan straling werd blootgesteld. In 1896 vereiste een röntgenfoto van de onderarm van een man 45 minuten blootstelling. De eerste tandheelkundige röntgenopname duurde 25 minuten.

De vrouwen in de röntgenfoto's hierboven werden tweemaal blootgesteld - zowel met als zonder een korset - en in de meest stralingsgevoelige delen van hun lichaam: de borst (borsten en borstbeen) en de buik (voortplantingsorganen).

De gevaren van blootstelling aan röntgenstraling was al bekend. In het eerste jaar dat X-stralen werden getest, meldde een Nebraska-arts gevallen van haarverlies, rood worden en afsterven van de huid en laesies. Clarence Dally werkte bij het maken van röntgenfoto's voor Thomas Edison herhaaldelijk zijn handen bloot aan bestraling gedurende minstens twee jaar. Hij had in 1904 beide armen geamputeerd voordat hij stierf aan kanker. Een voor een stierven de pioniers van het veld - John Hall-Edwards, Marie en Irene Curie en Wilhelm Roentgen - allemaal aan door straling veroorzaakte ziekten.

Maar de wereld was traag om de gevaren van onnodige röntgenstralen te beseffen. Vrouwen hadden hun eierstokken doorstraald als een behandeling voor depressie. Straling werd gebruikt om ringworm, acne, impotentie, artritis, zweren en zelfs kanker te behandelen. Schoonheidswinkels bestraald klanten om gezichtshaar te verwijderen. Water, chocolade en tandpasta waren verrijkt met straling. Tussen de jaren 1920 en 1950, hadden veel schoenenwinkels fluoroscopen - Foot-o-scopes of Pedoscopes genoemd - die de voeten van klanten röntgenstraalden om te laten zien hoe goed hun schoenen passen.

Hoewel röntgenfoto's tegenwoordig veel veiliger zijn en bijna nooit voor niet-medische doeleinden worden gebruikt, vormen onnodige medische röntgenfoto's nog steeds een risico. Een studie toonde aan dat 18.500 gevallen van kanker wereldwijd het gevolg zijn van medische röntgenfoto's, en in Amerika is 0,5 procent van de sterfgevallen door kanker te wijten aan röntgenfoto's.

6 De allereerste katheter

Tijdens zijn werkzaamheden als chirurg in de August Victory-kliniek, ontwikkelde Werner Forssmann een theorie dat een flexibele slang (katheter) in de lies of arm kan worden ingebracht, door de bloedvaten naar het hart en rechtstreeks in het atrium van het hart. Forssmann geloofde dat het volume van het hart en het debiet, de druk en het zuurstofgehalte van het bloed met deze katheter konden worden gemeten. Geneesmiddelen kunnen ook direct in het hart worden geïnjecteerd in een noodgeval.

De meeste experts geloofden dat de katheter in de war raakt tussen de golf van bloed en de hartslag. Daarom zouden zijn superieuren bij August Victory geen sancties opleggen voor experimenten uitgevoerd door de rookie-arts.

Onverschrokken overtuigde Forssmann een medebewoner ervan een naald in zijn linkerarm te steken. Toen schoof Forssmann de katheter omhoog door de hoofdader van de bewoner, door de biceps, langs de schouder en in het hart. Het kostte in totaal 60 centimeter (2 ft) buizen. Hij liep vervolgens naar de afdeling voor röntgenfoto's en nam een ​​foto om te bewijzen dat de katheter in het hart van de bewoner was. Later voerde hij de procedure verschillende keren voor zichzelf uit.

Jammer genoeg bespotten de collega's van Forssmann deze procedure als een loutere circusstunt. Ontmoedigd, ging Forssmann verder en werd uroloog. Hij wist niet dat zijn bijdrage geleidelijk aan werd erkend vanwege het belang ervan (tegen 2006 werden 3,7 miljoen hartcatheterisaties jaarlijks alleen in de Verenigde Staten uitgevoerd). Dus hij was behoorlijk verbaasd toen hij in oktober 1956 werd gebeld en hem vertelde dat hij de Nobelprijs voor fysiologie en geneeskunde had gewonnen. Hij antwoordde eenvoudig: "Waarvoor?"

5Hyperphonography

Een van de nadelen van röntgentechnologie is dat het alleen dichte anatomische structuren zoals botten en vreemde lichamen (zoals kogels) weergeeft. Een ander nadeel is dat het straling gebruikt die een baby in de baarmoeder kan schaden. De medische wereld had een veiligere manier nodig om minder dichte structuren in het lichaam te visualiseren.

Het antwoord kwam van een tragedie: het zinken van de Titanic in 1912. Om ijsbergen beter te kunnen detecteren, patenteerde Reginald Fessenden apparaten die gerichte geluidsgolven uitzonden en hun reflectie meetten om objecten op afstand te detecteren. Zijn sonar was in staat om ijsbergen van een paar mijl verderop te detecteren.

De Eerste Wereldoorlog brak op hetzelfde moment uit en Duitse U-boten bedreigden de geallieerde scheepvaart. Natuurkundige Paul Langevin ontwikkelde een hydrofoon die geluidsgolven gebruikte om onderzeeërs te detecteren. Op 23 april 1916 werd een UC-3 U-boot de eerste onderzeeër die door een hydrofoon werd gedetecteerd en tot zinken werd gebracht. Na de oorlog werd de technologie gebruikt om fouten in metalen op te sporen.

Aan het einde van de jaren dertig geloofden de Duitse psychiater en neuroloog dr. Karl Dussik dat geluid de hersenen en andere delen van het lichaam die door röntgenstralen ontoegankelijk waren, kon meten. Dussik werd de eerste die diagnostisch geluid toepaste. Helaas werd veel van zijn werk uitgevoerd in Oostenrijk - pas na de oorlog, toen hij zijn werk herhaalde en uitbreidde, hoorde de wereld van wat hij 'hyperfonografie' noemde.

Een decennium later leende verloskundige Ian Donald uit Schotland een industriële ultrasone machine en testte deze op verschillende tumoren. Donald gebruikte de machine al snel om tumoren op te sporen en foetussen te monitoren.

4De eerste CAT-scan

Foto credit: EMI

Een beperking van röntgenopnamen is dat alles tussen de röntgenbuis en de film op de afbeelding verschijnt. Pathologieën zoals tumoren kunnen worden verborgen door weefsels, organen en botten die erboven of eronder liggen.

De jaren 20 en 30 zagen de ontwikkeling van tomografie. Hierdoor werd een röntgenfoto gemaakt op een bepaald niveau van het lichaam, waardoor alles boven en eronder vervaagde. Dit gebeurde door de röntgenbuis (en film) te bewegen tijdens het belichten van het beeld. Het kan over alle drie de vlakken van het lichaam snijden: sagittale (van links naar rechts), coronale (van voor naar achter), en axiale of dwarsdoorsnede (voeten tegen hoofd).

In 1967 bedacht Godfrey Hounsfield, een wetenschapper die voor EMI werkte (elektrische en muzikale industrieën), een axiale tomografische scanner. EMI was ook het platenbedrijf dat 200 miljoen Beatles-platen verkocht. Met behulp van hun Fab Four-fondsen financierde EMI Hounsfield voor de vier jaar die het voor hem kostte om een ​​prototype te ontwikkelen.

Zijn scanner gebruikte sensoren in plaats van film, en de patiënt werd door bewegende buizen en sensoren in een voorgeschreven tempo geschoven. Een computer reconstrueerde vervolgens de anatomie. De uitvinding van Hounsfield werd daarom een ​​berekende axiale tomografische scan of CAT-scan genoemd (nu eenvoudig CT-scan).

Op 1 oktober 1971 gebruikte Hounsfield zijn uitvinding voor de eerste keer. Hij vond de hersentumor van een vrouw zoals hier te zien. Het ovaal aan de linkerkant van de film (haar rechtse frontale kwab) is de tumor. Later, nadat de chirurg de tumor had verwijderd, merkte hij op dat het "precies [leek] op de foto".

3De eerste MRI-scan

Fotocredit: FONAR

In een Magnetic Resonance Imaging (MRI) -scan creëert de machine een statisch magnetisch veld dat alle protonen van de patiënt in dezelfde richting uitlijnt. Korte uitbarstingen van radiogolven stellen vervolgens de protonen uit en wanneer de radiogolven zijn uitgeschakeld, meet een computer de tijd die de protonen nodig hebben om opnieuw uit te lijnen. De computer gebruikt deze metingen vervolgens om het beeld van het lichaam van de patiënt te reconstrueren.

Hoewel CT- en MRI-machines er hetzelfde uitzien, zijn ze heel verschillend. CT-scans gebruiken mogelijk gevaarlijke straling, terwijl MRI dat niet doet. Een MRI kan ook zacht weefsel, organen en botten beter visualiseren dan CT. Het wordt vooral gebruikt wanneer de arts het ruggenmerg, pezen en ligamenten wil zien. Aan de andere kant is CT beter om bot-, orgaan- en rugschade te zien.

Arts Raymond Damadian bedacht in 1969 voor het eerst een MRI-scanner voor het hele lichaam. Hij begon zijn theorieën te testen en publiceerde een artikel in Science Magazine in maart 1971. In september van dat jaar had Paul Lauterbur, een chemicus aan de State University in New York, een openbaring over precies hetzelfde, en kocht zelfs een notebook om zijn 'uitvinding' te documenteren. Lauterbur gaf later toe dat hij had gekeken een afgestudeerde student geeft het experiment van Damadian weer, maar geloofde niet dat het zou werken.

In maart 1972 diende Damadian patent aan voor zijn idee. Diezelfde maand produceerde de scanner van Lauterbur een beeld van reageerbuisjes. Een jaar later publiceerde Lauterbur zijn bevindingen en zijn imago in Natuur. Hij verwees niet naar de kritische bijdragen van Damadian. In 1974 werd het patent van Damadian aanvaard.

Toen op 3 juli 1977 namen Damadian en zijn team de eerste scan van een mens. Geen van zijn medewerkers wilde in de machine klimmen, dus deed Damadian het zelf. Toen het niet werkte, speculeerden ze dat de dokter te groot was. Een van zijn studenten, Larry Minkoff, was dunner en klom erin. Het bovenstaande beeld is van de borst van Minkoff.

Er brak een ruzie uit tussen Lauterbur en Damadian over wie de MRI uitvond. Ondanks het feit dat Damadian het patent had, in 1988 werd ingewijd in de National Inventors Hall of Fame, en werd erkend als de uitvinder door president Ronald Reagan, ging de Nobelprijs 2003 naar Lauterbur. Ondanks dat het Nobelcomité tot drie ontvangers van de prijs kon noemen, werd Damadian afgekeurd. Zijn aanhangers beweren dat hij genegeerd werd omdat hij een openhartige christen en voorstander van creationisme was die door de academische wereld afgekeurd werd.

2 Laparoscopische chirurgie

Chirurgen verwijderen al eeuwenlang dingen uit de buik van mensen, maar de hele buik moest altijd worden geopend. Hierdoor was de patiënt vatbaar voor infecties en vereiste lange hersteltijden. Maar in 1901 introduceerde een Russische gynaecoloog laparoscopie-chirurgie niet via een grote opening maar via een of meer kleine spleten of gaten. Dit werd een "sleutelgat" of "pleister" -chirurgie genoemd.

Met laparoscopen kon de chirurg één oog gebruiken om rechtstreeks in de buik of borstkas te kijken met een apparaat dat leek op een kleine telescoop. In plaats van hun handen te gebruiken, gebruikten ze een schaar, pincet, klemmen en ander gereedschap op lange staven die door aangrenzende gaten in de buik werden gestoken.

Helaas betekende dit dat de chirurg zijn lichaam moest verwonden om de laparoscoop te kunnen bekijken. Een chirurg herinnerde zich dat hij op de dij van de patiënt moest liggen om haar galblaas te verwijderen. Na 2,5 uur was hij lichamelijk uitgeput. Om die reden zag laparoscopie slechts beperkt gebruik.

In de late jaren 1970 bevestigde Dr. Camran Nezhat, een verloskundige en gynaecoloog, videoapparatuur aan laparoscopen en bediende het kijken naar een televisiemonitor. De apparatuur was aanvankelijk groot en omvangrijk, maar Nezhat omarmde technologie die apparatuur stroomlijnde en de beelden uitvergroot. Hierdoor kon iedereen in de operatiekamer kijken wat de chirurg aan het doen was. Zoals Nezhat het uitdrukte, ging de operatie van een 'eenmansband' naar een 'orkest'. Nezhat's vroege video's zijn niet beschikbaar, maar de bovenstaande video is van een laparscopische verwijdering van een galblaas door een andere chirurg.

Nezhat geloofde dat de meeste chirurgische ingrepen laparoscopisch konden worden uitgevoerd in plaats van met grote ontwijkende gaten in het lichaam van de patiënt. Vele anderen konden niet geloven dat ingewikkelde operaties op deze manier konden worden uitgevoerd en vijandig stonden tegenover Nezhat's beweringen. Zijn procedures werden "bizar" en "barbaars" genoemd. Toen anderen laparoscopie omarmden, werden ook zij belachelijk gemaakt. Maar tegen 2004, toen de New England Journal of Medicine aanbevolen laparoscopie, Nezhat had officieel een revolutie in de praktijk ingeluid.

13-D en 4-D echo's

Gedurende dertig jaar waren echografieën beperkt tot twee dimensies, waarbij apparatuur een geluid zou verzenden en vervolgens de echo zou meten. Miljoenen ouders hebben geprobeerd en hebben niet in deze zwart-witbeelden kunnen zien hoe hun baby eruitziet. Dit komt omdat 2-D-scans recht door de huid van de baby gaan en in plaats daarvan hun interne organen visualiseren.

Sinds de jaren 1970, hadden onderzoekers gewerkt aan 3-D echografie voor baby's.Dit stuurt de geluiden in verschillende richtingen en hoeken, vangt de gelaatstrekken en de huid van de baby, en reconstrueert vervolgens de echo's op vrijwel dezelfde manier als CT-scanners doen. In 1984 was Kazunori Baba van het Institute of Medical Electronics in Tokyo de eerste die 3D-beelden van een baby in de baarmoeder kreeg. Maar de kwaliteit van het beeld en de hoeveelheid tijd die het kostte om het beeld te reconstrueren (10 minuten), maakte het diagnostisch ongeschikt.

In 1987 patenteerden Olaf Von Ramm en Stephen Smith de eerste ultrasnelle 3D-echografie die de kwaliteit verhoogde en de verwerkingstijd verkortte. Sindsdien is er een explosie van echo's geweest, vooral met de toevoeging van 4-D-versies waarbij de ouders hun baby kunnen zien bewegen. Er zijn zelfs boetieks verschenen die driedimensionale en 4-D video-herinneringen aanbieden - voor een behoorlijk prijskaartje natuurlijk. Hoewel er geen gedocumenteerde negatieve effecten van deze echo's zijn, woedt nu een debat over de vraag of een diagnostische tool op een dergelijke recreatieve manier moet worden gebruikt.