MediTech

Az orvosi képalkotás múltja és jelene

Hosszú út vezetett az első röntgenképek elkészítésétől addig, míg célul nem tűzhették a nanorészecskék megfigyelését. Az orvosi képalkotás jövője azonban még ma is számos titkot rejt.

hirdetés

A kokain használata hosszú távon stroke-ot okozhat – derítették ki a Molecular Psychiatry című orvosi szaklap szerzői nemrégiben. Nem mintha a kokainnak ez lenne a legaggasztóbb élettani hatása, az viszont egyedülálló, hogy az amerikai Stony Brook Egyetem kutatóinak sikerült az agyban nyomon követniük a kábítószer hatását. Így derült ki, hogy a szer az agyi kapillárisok akár 70 százalékos összehúzódását is okozhatja. Az érszűkületek kialakulását ráadásul képekkel is sikerült illusztrálni. Ehhez az agyi érhálózatot egy új, Doppler-effektuson alapuló 3D-s képalkotó módszerrel térképezték fel, az eddig használt eljárások ugyanis – a tanulmány készítői szerint – nem adtak megfelelő felbontást a bizonyításhoz.

Wilhelm Conrad Röntgen német fizikus
Wilhelm Conrad Röntgen német fizikus
Az orvosi képalkotást Wilhelm Conrad Röntgen német fizikus alapozta meg, amikor 1895 novemberében – véletlenül – elkezdett az utóbb róla elnevezett Röntgen-sugárzással foglalkozni. Bár a jelenséget nem Röntgen tapasztalta először, ő járt utána az elektronkisüléskor megjelenő fény „rejtélyének”. Úgynevezett katódsugárcsővel végzett kísérleteket, és a szerkezet alatti fiókban található, fekete kartonpapírba csomagolt fotólemezen a fölötte lévő rekeszben tartott kulcs képe jelent meg. Ezen felbuzdulva a kisülési csövet csomagolta a fekete kartonba, majd amikor feszültséget adott rá, meglepődve látta, hogy odébb, a bárium-platina-cianiddal bevont papírernyő fényesen fluoreszkál. Kipróbálta, mi történik, ha a cső és a világító papírlemez közé teszi a kezét, és meglepődve tapasztalta, hogy a csontjai rajzolódtak ki az ernyőn. Az „X-sugárzás” jellemzőiről tett felfedezéseit – nagy feltűnést keltve – 1896 elején publikálta. Az első röntgenképet Henry Louis Smith amerikai fizikusnak sikerült rögzítenie, a speciális sugárzás feltalálóját pedig 1901-ben elsőként tüntették ki fizikai Nobel-díjjal.

– Egy hagyományos röntgenfelvételen minden egy kétdimenziós filmre képeződik le, így a szervek egymásra vetülnek. A hasonló sugarakat használó komputertomográf, vagyis a CT-gép segítségével viszont a test harántmetszeteiről készítenek felvételt, amin elkülönülnek a szervek, sőt a szeleteket számítógépes programmal összeillesztve 3 dimenzióban is ábrázolható a vizsgált rész – magyarázza Karlinger Kinga, a Semmelweis Egyetem Radiológiai és Onkoterápiás Klinikájának tudományos főmunkatársa. A CT-eljárást MacLeod Cormack dél-afrikai származású amerikai fizikus és Sir Godfrey Newbold Hounsfield angol mérnök alkották meg, akik ezért, mindössze 4 év várakozás után, 1979-ben meg is kapták az orvosi Nobel-díjat.

A CT nem más, mint a hagyományos röntgen továbbgondolása: keskeny sugárnyalábbal „átvilágítják” a vizsgált tárgyat, és a mögötte elhelyezett detektoron felfogják a sugarat, amit a tárgy – áteresztőképességétől függően – nem nyelt el. A vizsgált testet harántsíkokban több irányból is megvilágítják, így áll össze a metszetekből kirajzolódó részletek rajza. – Az orvosi alkalmazásnak egyébként járulékos előnyei is szép számmal akadnak: a CT kiválthat például egy fájdalmas endoszkópos bélvizsgálatot, ismertebb nevén béltükrözést – magyarázza Karlinger az orvosi alkalmazással kapcsolatban.

Sokoldalú felhasználás

A komputertomográfia azonban korántsem csak az orvostudományban hasznos. A Radiológiai és Onkoterápiás Klinika tavaly például múmiákon használta a készülékét, márciusban pedig a Szépművészeti Múzeum tulajdonában lévő majdnem háromezer éves emberi maradványokat vizsgálták meg vele. A korábbi röntgensugaras vizsgálatokhoz képest sok újat sikerült kideríteni a bebalzsamozott testek halálának körülményeiről, valamint a mumifikálásuk módjáról.

A technológia egészen különleges helyzetekben is hasznosnak bizonyulhat
A technológia egészen különleges helyzetekben is hasznosnak bizonyulhat

Mindehhez a gézből sem kellett kicsomagolni azokat, így nem tehettek kárt a múmiákban. A CT egyébként sem újdonság a régészetben, illetve az antropológiában. Az Alpokban, az olasz–osztrák határ közelében 1991-ben talált 5300 éves gleccsermúmia, Ötzi esetében is használták: miközben a hagyományos röntgenkészülékkel végzett vizsgálatok a képek egymásra vetülése miatt nem vezettek eredményre, CT-vel egyértelműen be tudták azonosítani azt a kőből készült nyílhegyet, ami a hátába fúródva a halálát okozta.

– A technológia egészen különleges helyzetekben is hasznosnak bizonyulhat: a feltételezett, lekapcsolt drogfutárokat megvizsgálva például a hagyományos röntgenkészülék – egyebek mellett a bélgázok miatt – nem mutatja ki egyértelműen az óvszerbe rejtett, majd így lenyelt kábítószert, a CT-n azonban beazonosíthatók a kis csomagok. Igaz, a rutinosabbak ezt is megpróbálják kijátszani: sugárelnyelő-képességet csökkentő zsíros anyagot kevernek a kábítószerhez. Azt azonban teljesen eltüntetni ezzel sem lehet – mondja Karlinger.

– Az élő szervezettel kapcsolatos, orvosi szakkifejezéssel in vivo képalkotásban a hibrid eljárásoké a jövő – vetít előre trendeket Dabasi Gabriella, a Semmelweis Egyetem Nukleáris Medicina Tanszékének vezetője. Egy halottról kiváló minőségű anatómiai-morfológiai információkat nyújtó CT vizsgálat készíthető, amiből „kiderül például, hogy megvan-e az elhunyt mindkét veséje, de azt nem lehet belőle megtudni, hogy vajon egy még élő ember szervezetében működnének-e. A funkció vizsgálata a különböző betegségek diagnosztizálásában rendkívül lényeges, mert a működés károsodása általában előbb kimutatható, mint a morfológiai elváltozás és a gyógyításnak is az a célja, hogy a különböző szervek működése helyreálljon – így Dabasi.

Elsősorban morfológiai képet ad az 1970-es évek elején elterjedt ultrahang is, amely módszer azon alapul, hogy a különböző szövetek különböző mértékben verik vissza az ultrahangot. A hagyományos mágneses rezonancia továbbfejlesztett változata, az úgynevezett funkcionális MRI mára az egyik legígéretesebb technológiának számít. A hagyományos MRI-t elsőként 1977-ben vetették be. A górcső alá vett testrészt erős mágneses térbe helyezik, ami a testben elsősorban vízmolekulákban található hidrogén atommagokat mint apró mágneseket orientálja. Ezt követően azt vizsgálja, hogy milyen gyorsan térnek vissza ebbe a helyzetbe egy besugárzással való kibillentést követően. Ennek mérése alapján rekonstruálható a háromdimenziós kép. Utóbbi technológia legnagyobb előnye, hogy a lágy részekről és a központi idegrendszerről is jó felbontású képet tud produkálni.

Magyar sikerek

Funkcionális vizsgálatokhoz, például a véráramlás, a különböző szervek működése és az anyagcsere behatóbb tanulmányozásához a nukleáris medicinát alkalmazzák. Az orvostörténelemben e szakterület atyjaként örök helyet szerzett Hevesy György magyar vegyész, aki 1943-ban kémiai Nobel-díjat kapott a radioizotópokkal végzett nyomjelző elv alkalmazásáért. Az 1911 és 1914 között – az atommag felfedezőjeként a Nobel-díjra szintén méltán érdemesnek talált – brit Ernest Rutherford manchesteri laboratóriumában dolgozó Hevesyék megsejtették, hogy a házinénijük nem átallja ételüket az előző heti maradékból elkészíteni. Ezt azonban bizonyítani is kellett, így azt eszelték ki, hogy radioaktív izotópot csempésznek az általuk otthagyott maradékba, amit a következő héten egy sugárzásmérő segítségével meg is találtak.

A hibrid eljárásoké a jövő
A hibrid eljárásoké a jövő
A kémiai jelölés módszeréhez annyiban Rutherford is hozzájárult, hogy Hevesyt kérte meg, dolgozzon ki egy módszert, amellyel külön tudja választani egymástól a rádiumot és az ólmot. A magyar vegyész egy év után arra jutott, hogy ez lehetetlen, de „ha két különböző ólomvegyületet állítunk elő, az egyiket közönséges, a másikat radioaktív ólomból, úgy módunkban van az egyik vegyület ólomatomját a másik elegy bármely ólomatomjától megkülönböztetni”. – A Hevesy „sikertelenségéből” fakadó felismerés, miszerint ugyanazon elem izotópjai az élő szervezetben azonosan viselkednek, miközben a sugárzó izotópok a nem radioaktív atomok szervezeten belüli útját is jelezni tudják, a nukleáris medicina alapjává vált – magyarázza Dabasi. A belülről érkező jel felfogására és képi megjelenítésére Hal Oscar Anger amerikai mérnök-biofizikus 1957-ben alkotott gamma-kamerát.

Az orvosi képalkotás csúcstechnológiájának manapság a kombinált, vagyis a morfológiai és a funkcionális vizsgálati eredményt egyszerre nyújtani képes úgynevezett hibrid gépek számítanak. Ilyen például a Time magazin által az ezredfordulón az év orvosi találmányának választott PET-CT. – Ha például egy csontról készült CT-felvételen egy kis elváltozást észlelnek, nem tudják biztosan eldönteni, hogy az vajon gyulladás, vagy daganat okozza-e. Ha azonban egy funkcionalitást fürkésző PET-vizsgálatot is végeznek, kiderülhet az igazság, mert bizonyos radioaktív izotóppal jelzett vegyületek például csak a tumorszövetben dúsulnak, a gyulladásban nem – hangsúlyozza Dabasi. A PET – a radiofarmakológia fejlődése révén – ma már a különböző betegségek molekuláris szintű vizsgálatára alkalmas, ezáltal célzott terápiát tesz lehetővé.

Fejlesztési irányok

– Napjaink képalkotó diagnosztikai rendszereiben történt fejlesztéseinek az elsődleges célja a kép legjobb tér-idő- és kontrasztfelbontásának előállítása olyan módszerekkel, melyek a legkisebb negatív élettani hatással bírnak – véli Seres László, a képalkotó berendezések gyártásában a világ élvonalához tartozó Mediso magyar cég munkatársa. A kontrasztvizsgálatok fejlődése különösen fontos lehet, már csak azért is, mert a kóros szövet sokszor csak egészen minimálisan különül el környezetétől. Az időbeli felbontásnak pedig a szív feltérképezésénél lehet nagyon nagy jelentősége. A szervezet éltető pumpájáról – folyamatos mozgása miatt – korábban nem lehetett jó minőségű, megbízható felvételt készíteni. A legmodernebb gépeknek azonban elég az a másodperc törtrészéig tartó momentum, ameddig a szív két dobbanás között nyugalomban marad. A legújabb rekonstrukciós algoritmusok alkalmazása pedig lehetővé teszi a (béta és gamma) sugárzások akár tizedére történő csökkentését azonos, vagy nem ritkán jobb képminőség elérése mellett.

– A nanovilágban is hódítanak az említett képalkotó rendszerek – állítja Kellermayer Miklós, a Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézetének igazgatója. Miközben a humán diagnosztikában alkalmazott CT, PET, SPECT, MRI készülékek felbontása pár száz mikron, vannak olyan készülékek, amelyek felbontása összemérhető egy nagyobb sejt méretével (30 mikrométer). Ez ugyan még nem valódi nanofelbontás, aminek a kidolgozására az orvostudomány is régóta vár annak érdekben, hogy egyedi nanorészecskéket (például a környezetből, ételekből a szervezetbe jutó mérgező anyagok), sőt egyedi molekulákat lehessen követni az élő szervezetben.

Kellermayer Miklós: A nanovilágban is hódítanak a képalkotó rendszerek
A nanovilágban is hódítanak a képalkotó rendszerek
Az atomi szintű vizsgálatok az úgynevezett atomerő-mikroszkópok legújabb generációjával váltak lehetségessé. Utóbbiak működése némiképp emlékeztet a lemezjátszókéra: egy rugalmas lapka végén egy néhány nanométernyi görbületi sugarú tű pásztázza a vizsgálati minta felszínét. A felületi egyenetlenségeket a rugalmas lapka közvetíti a rá vetített lézersugárnak, utóbbi visszaverődésének paramétereiből számítja ki a szoftver a felszín jellemzőit. Egy ilyen mikroszkóp atomi felbontással rendelkezik. A lapka rugalmassága miatt a műszerrel molekulák és sejtek rugalmasságát is meg lehet mérni. Így sikerült például kimutatni, hogy a tumorsejtek rugalmassága eltér az egészséges sejtekétől.

Molekulavizsgálatot tesz lehetővé az úgynevezett multi-, vagy kétfoton mikroszkóp is, amellyel akár élő szervezeteket is lehet vizsgálni. A mikroszkóppal az élő szövetbe irányított infravörös (pl. 1000 nanométeres) lézerfény nyaláb fókuszpontjában két, egymást rendkívül gyorsan követő foton egyszerre nyelődik el, ami olyan hatást kelt, mintha egyetlen (500 nanométeres, zöld) fotonnal gerjesztették volna a mintát. – Mivel egyes sejtalkotók, hormonok és egyéb molekulák az azokba juttatott festék hatására elnyelik a zöld fotonokat, majd fluoreszcencia kisugárzás közben pirosat bocsátanak ki, a módszer alkalmas lehet például a sejtmagok megjelenítésére, illetve bizonyos sejtben zajló folyamatok működésének a feltérképezésére – magyarázza Kellermayer. – Egereken például sikerült így közvetlenül megmérni a vesét behálózó erekben a vér áramlásának a sebességét, miközben a szöveti sejtek élettani folyamatai is láthatóak. Ez, illetve az ennél bonyolultabb vizsgálatok emberi alkalmazásra adaptálása azonban egyelőre még várat magára.

Geri Ádám
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[121443] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés