11 Inngangur að mannslíkamanum

1.7 Læknisfræðileg myndgreining

Námsmarkmið

Í lok þessa kafla átt þú að geta:

Fjallað um notkun og annmarka röntgenmyndatöku
Borið kennsl á fjórar nútímalegar aðferðir við læknisfræðilega myndgreiningu og lýst notkun þeirra

Í þúsundir ára takmörkuðu ótti við hina látnu og lagaleg viðurlög möguleika líffærafræðinga og lækna til að rannsaka innri byggingu mannslíkamans. Þar sem ekki var unnt að hemja blæðingar, sýkingar og sársauka voru skurðaðgerðir fátíðar. Þær aðgerðir sem þó voru gerðar — svo sem að sauma sár, taka útlimi af, fjarlægja tennur og æxli, bora í höfuðkúpu og framkvæma keisaraskurð — juku ekki verulega þekkingu á innri líffærafræði. Kenningar um starfsemi líkamans og sjúkdóma byggðust því að mestu á ytri athugunum og ímyndunarafli. Á fjórtándu og fimmtándu öld voru hins vegar birtar nákvæmar líffærafræðiteikningar ítalska listamannsins og líffærafræðingsins Leonardo da Vinci og flæmska líffærafræðingsins Andreas Vesalius. Þá jókst áhugi á líffærafræði mannsins. Læknaskólar hófu að kenna líffærafræði með krufningum mannslíkama, þótt sumir gripu til líkþjófnaðar til að útvega lík. Að lokum voru sett lög sem heimiluðu nemendum að kryfja lík afbrotamanna og þeirra sem gáfu líkama sína til rannsókna. Þrátt fyrir það var það ekki fyrr en seint á nítjándu öld sem læknavísindamenn fundu aðferðir til að skyggnast inn í lifandi líkama án skurðaðgerðar.

Röntgengeislar

Þýski eðlisfræðingurinn Wilhelm Röntgen (1845–1923) gerði tilraunir með rafstraum þegar hann uppgötvaði að dularfullur og ósýnilegur „geisli“ gat farið gegnum hold hans en skildi eftir útlínur beinanna á skjá sem húðaður var með málmsambandi. Árið 1895 gerði Röntgen fyrstu varanlegu myndina af innri hlutum lifandi manneskju: „röntgenmynd“, eins og hún síðar nefndist, af hendi eiginkonu sinnar. Vísindamenn um allan heim hófu fljótt eigin tilraunir með röntgengeisla og um árið 1900 voru þeir orðnir útbreitt greiningartæki fyrir margvíslega áverka og sjúkdóma. Árið 1901 hlaut Röntgen fyrstu Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði fyrir rannsóknir sínar á þessu sviði.

Hugtakið röntgengeisli vísar til orkumikillar rafsegulgeislunar með stutta bylgjulengd sem getur smogið gegnum föst efni og jónað lofttegundir. Við læknisfræðilega notkun eru röntgengeislar sendir frá röntgentæki að sérmeðhöndlaðri málmplötu sem komið er fyrir aftan líkama sjúklingsins. Geislinn dekkir röntgenplötuna. Mjúkvefir draga lítillega úr röntgengeislunum og birtast gráir á plötunni, en harðir vefir, svo sem bein, stöðva geislana að mestu og mynda ljósan „skugga“. Röntgengeislar henta því best til að skoða harða hluta líkamans, svo sem tennur og bein (Mynd 1.18). Eins og margar gerðir orkumikillar geislunar geta röntgengeislar þó skemmt frumur og komið af stað breytingum sem geta leitt til krabbameins. Hættan af of miklu röntgengeislaálagi var ekki metin að fullu fyrr en mörgum árum eftir að notkun geislanna varð útbreidd.

Ljósmyndin sýnir röntgenmynd af lófafleti vinstri handar. Beinin eru skærhvít innan grárra útlína húðarinnar. Fjórir hlutar fingurbeinanna sjást greinilega, svo og safn hnöttóttra beina sem mynda úlnliðinn og tengja höndina við framhandleggsbeinin tvö. — **Mynd 1.18.** Orkumikil rafsegulgeislun gerir kleift að sjá innri byggingu líkamans, svo sem bein, á röntgenmyndum sem þessum. (heimild: Trace Meek/flickr)

Röntgentækni var áfram þróuð og endurbætt á tuttugustu og tuttugustu og fyrstu öld. Þótt fullkomnari myndgreiningaraðferðir hafi oft leyst hana af hólmi er röntgenmyndataka enn eitt helsta verkfæri læknisfræðilegrar myndgreiningar, einkum við skoðun beinbrota og í tannlækningum. Nú er dregið úr geislaálagi á sjúklinga og starfsfólk með viðeigandi geislavörnum og með því að takmarka geislun.

Nútímaleg læknisfræðileg myndgreining

Röntgengeislar geta myndað tvívíða mynd af líkamssvæði, en aðeins frá einu sjónarhorni. Nýrri myndgreiningartækni safnar hins vegar gögnum sem tölvur samþætta og greina til að mynda þrívíðar myndir eða myndir sem sýna þætti í starfsemi líkamans.

Tölvusneiðmyndataka

Sneiðmyndataka er myndgreining í sniðum. Tölvusneiðmyndataka (CT) er myndgreiningaraðferð án inngrips þar sem tölvur greina margar þversniðsröntgenmyndir til að sýna smæstu atriði í byggingu líkamans (Mynd 1.19a). Aðferðin var fundin upp á áttunda áratug tuttugustu aldar, sem hófst 1970, og byggist á því að röntgengeislar sem fara gegnum líkamann eru gleyptir eða endurkastað í mismiklum mæli. Sjúklingurinn liggur á hreyfanlegu borði á meðan tölvusneiðmyndatæki, svonefnt tæki til tölvustýrðrar öxulsneiðmyndatöku (CAT), snýst 360 gráður umhverfis hann og tekur röntgenmyndir. Tölva sameinar myndirnar í tvívíða mynd af því svæði sem var skannað, svonefnda „sneið“.

Ljósmyndirnar sýna fjórar gerðir myndgreiningarbúnaðar. Mynd A sýnir niðurstöður tölvusneiðmyndarannsóknar: 17 mismunandi þversnið af höfuðkúpunni, hvert tekið á mismunandi dýpi eftir ásnum frá efri hluta til neðri. Myndirnar eru hálfgegnsæjar, svipaðar röntgenmyndum, og eru skoðaðar á ljósaborði. Mynd B sýnir segulómunartæki, stóra tromlu sem sjúklingar renna inn í liggjandi á hreyfanlegu borði. Mynd C sýnir tölvumyndir af líkamanum úr jáeindaskönnun. Þær sýna líkamann framan frá, frá hlið, aftan frá og í þversniði og leiða í ljós byggingu innri líffæra. Mynd D sýnir svarthvíta ómskoðunarmynd. Fastir vefir birtast sem ljós svæði og tóm rými sem dökk svæði. Greina má nokkur einkenni ungs fósturs í tóma rýminu á miðri myndinni. Rýmið sem fóstrið er í er umlukið föstum vef legsins. — **Mynd 1.19.** (a) Niðurstöður tölvusneiðmyndarannsóknar á höfði birtast sem röð þversniða. (b) Segulómunartæki myndar segulsvið umhverfis sjúkling. (c) Jáeindaskannar nota geislavirk lyf til að mynda myndir af virku blóðflæði og lífeðlisfræðilegri starfsemi þeirra líffæra sem verið er að rannsaka. (d) Ómskoðun er notuð til að fylgjast með meðgöngu vegna þess að hún er minnst ífarandi myndgreiningaraðferðin og notar enga rafsegulgeislun. (heimild a: Akira Ohgaki/flickr; heimild b: „Petmr“/Wikimedia Commons; heimild c: „Raziel“/Wikimedia Commons; heimild d: „Isis“/Wikimedia Commons)

Frá árinu 1970 hafa öflugri tölvur og fullkomnari hugbúnaður gert tölvusneiðmyndatöku að hefðbundinni aðferð við margs konar greiningarrannsóknir. Hún hentar sérstaklega vel til að skoða mjúkvefi, svo sem heilann og iðrin í brjóst- og kviðarholi. Nákvæmnin er slík að læknar geta mælt fyrirferð niður í millimetra. Helsti ókostur tölvusneiðmyndatöku er að sjúklingar verða fyrir margfalt stærri geislaskammti en við hefðbundna röntgenmyndatöku. Börn sem fara í tölvusneiðmyndatöku eru því í aukinni hættu á að fá krabbamein, og hið sama á við um fullorðna sem fara oft í slíkar rannsóknir.

Segulómun

Segulómun (MRI) er læknisfræðileg myndgreiningaraðferð án inngrips. Hún byggist á fyrirbæri í kjarnaeðlisfræði sem uppgötvaðist á fjórða áratug tuttugustu aldar, sem hófst 1930, þegar í ljós kom að efni sem varð fyrir segulsviði og útvarpsbylgjum sendi frá sér útvarpsmerki. Árið 1970 tók læknirinn og vísindamaðurinn Raymond Damadian eftir því að illkynja vefur, það er krabbameinsvefur, sendi frá sér önnur merki en eðlilegur líkamsvefur. Hann sótti um einkaleyfi á fyrsta segulómunartækinu, sem var komið í klíníska notkun snemma á níunda áratug tuttugustu aldar, eftir 1980. Fyrstu segulómunartækin voru frumstæð, en framfarir í stafrænni tölvutækni og rafeindatækni gerðu segulómun öðrum aðferðum fremri við nákvæma myndgreiningu, einkum við leit að æxlum. Annar stór kostur segulómunar er að sjúklingar verða ekki fyrir jónandi geislun.

Ókostir segulómunar eru meðal annars mun meiri kostnaður og óþægindi sjúklings við rannsóknina. Rafseglar segulómunartækisins eru svo öflugir að verja verður rannsóknarherbergið sérstaklega. Sjúklingurinn þarf að vera inni í málmtæki sem líkist röri meðan rannsóknin stendur yfir (sjá Mynd 1.19b), stundum í allt að þrjátíu mínútur. Það getur verið óþægilegt og óhentugt fyrir veika sjúklinga. Tækið er einnig svo hávært að sjúklingar geta orðið kvíðnir eða jafnvel óttaslegnir þótt þeir noti eyrnatappa. Dregið hefur verið nokkuð úr þessum vandamálum með svonefndri „opinni“ segulómun, þar sem sjúklingurinn þarf ekki að vera algerlega umlukinn málmrörinu. Sjúklingar með málmígræði sem innihalda járn, svo sem sauma inni í líkamanum eða tiltekna gervihluta, geta ekki farið í segulómun vegna þess að tækið getur hreyft ígræðin úr stað.

Starfræn segulómun (fMRI), sem nemur breytingar á blóðflæði í tilteknum hlutum líkamans, er í vaxandi mæli notuð til að rannsaka virkni heilasvæða við margvíslega líkamsstarfsemi. Þannig hafa vísindamenn öðlast meiri þekkingu á staðsetningu ólíkrar heilastarfsemi og á frávikum og sjúkdómum í heila.

Jáeindaskönnun

Jáeindaskönnun (PET) er læknisfræðileg myndgreiningaraðferð þar sem svonefnd geislavirk lyf eru notuð. Þessi efni gefa frá sér geislun í skamman tíma og því er tiltölulega öruggt að gefa þau inn í líkamann. Fyrsti jáeindaskanninn var tekinn í notkun árið 1961, en það liðu 15 ár til viðbótar þar til geislavirk lyf voru tekin í notkun með aðferðinni og gerbreyttu möguleikum hennar. Helsti kostur PET er að aðferðin getur sýnt lífeðlisfræðilega starfsemi þeirra líffæra sem verið er að rannsaka — þar á meðal efnaskipti næringarefna og blóðflæði — en tölvusneiðmyndir og segulómun sýna aðeins kyrrstæðar myndir (sjá Mynd 1.19c). PET er mikið notað til að greina fjölmörg heilsufarsvandamál, svo sem hjartasjúkdóma, útbreiðslu krabbameins, tilteknar sýkingar, frávik í heila, beinsjúkdóma og skjaldkirtilssjúkdóma.

Ómskoðun

Ómskoðun er myndgreiningaraðferð þar sem hátíðnihljóðbylgjur eru sendar inn í líkamann og mynda bergmálsmerki sem tölva breytir í rauntímamynd af byggingu og starfsemi líkamans (sjá Mynd 1.19d). Ómskoðun er minnst ífarandi af öllum myndgreiningaraðferðum og því er henni beitt frjálslegar við viðkvæmar aðstæður, svo sem á meðgöngu. Tæknin var fyrst þróuð á fimmta og sjötta áratug tuttugustu aldar, sem hófust 1940 og 1950. Ómskoðun er notuð til að rannsaka starfsemi hjartans, blóðflæði í hálsi eða útlimum, tiltekna sjúkdóma á borð við gallblöðrusjúkdóma og vöxt og þroska fósturs. Helstu ókostir ómskoðunar eru að myndgæðin ráðast að miklu leyti af færni þess sem framkvæmir rannsóknina og að hljóðbylgjurnar komast hvorki gegnum bein né lofttegundir.