Medizinische Bildgebungstechnologie heute und wohin sie sich entwickelt

Wenn man den Begriff „medizinische Bildgebung“ hört, ist das erste Bild, das einem in den Sinn kommt, das eines Röntgenbildes oder einer Röntgenaufnahme, wie sie allgemein bekannt ist. Obwohl Röntgenbilder die älteste und immer noch am häufigsten verwendete Methode der medizinischen Bildgebung sind, gibt es in diesem faszinierenden und innovativen Wissenschaftsbereich noch viel mehr. In diesem Artikel versuchen wir, einen Überblick über den aktuellen Stand und die jüngsten Fortschritte in der medizinischen Bildgebungstechnologie zu geben und Bereiche zu beschreiben, in denen in nicht allzu ferner Zukunft große Durchbrüche zu erwarten sind.

Der Begriff „medizinische Bildgebungstechnologie“ ist weit gefasst und umfasst alle Techniken, die medizinischen Fachkräften helfen, das Innere des Körpers oder Bereiche zu sehen, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind. Die Visualisierung dieser Strukturen kann bei der Diagnose von Krankheiten, der Behandlungsplanung, der Durchführung von Behandlungen – z. B. durch bildgesteuerte Eingriffe – sowie bei der Überwachung und Beobachtung helfen.

Das weite Feld der medizinischen diagnostischen Bildgebung – was es beinhaltet

Heute ist die medizinische Bildgebung ein wesentlicher Bestandteil der Krankheitsdiagnose und -behandlung. Die früheste Form der diagnostischen medizinischen Bildgebung war das Röntgengerät, das 1895 von Roentgen eingeführt wurde. Seitdem hat die Röntgenbildgebung einen langen Weg zurückgelegt, und die traditionellen Röntgenstrahlen werden zunehmend durch die Computertomographie (CT) ersetzt, die die Leistungsfähigkeit der Computerverarbeitung mit der Röntgenbildgebung kombiniert. CT-Scanner nehmen Bilder in drei verschiedenen Ebenen auf. Die CT-Technologie selbst wurde im Laufe der Jahre immer weiter verfeinert. Die Dicke der Bildschichten wurde verringert und die Spiral-CT kam auf den Markt, die die Bildaufnahmezeit drastisch verkürzt.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) kam Ende des 20. Jahrhunderts auf, zu einer Zeit, als die Besorgnis über die Strahlenbelastung bei der medizinischen Bildgebung ihren Höhepunkt erreichte. Dieses bildgebende System nutzt natürliche Magnetfelder, um Bilder von inneren Körperstrukturen zu erhalten. Obwohl die MRT anfangs nur begrenzt für diagnostische Zwecke eingesetzt werden konnte, haben Verbesserungen an den Geräten dazu geführt, dass sie zur bevorzugten Bildgebungsmethode für Weichteilgewebe und Gefäßstrukturen geworden ist. Neuere MRT-Geräte sind kompakte und offene Geräte, die bei den Patienten keine Platzangst mehr auslösen.

Die Ultrasonographie ist ein weiteres bildgebendes Verfahren, das ohne Strahlung auskommt. Sie nutzt reflektierte Schallwellen, um ein Bild der inneren Organe zu zeichnen. Ein großer Vorteil des Ultraschalls ist seine Tragbarkeit. Sie findet in der Medizin breite Anwendung, z. B. bei Untersuchungen am Krankenbett, bei der Untersuchung von Gefäßstrukturen und in der Geburtshilfe zur Beurteilung der Gesundheit des Fötus.

Andere fortschrittliche bildgebende Verfahren in der Medizin haben sich die Kraft von Radioisotopen zunutze gemacht. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) können radioaktiv markierte Moleküle, wie z.B. Glukose, von Körpergeweben aufgenommen werden. Diese Moleküle werden dann von Sensoren erfasst, und ihre Verteilung gibt Aufschluss über die Diagnose. Die Einführung von Kontrastmitteln hat zu einer ortsspezifischen Bildgebung wie der CT-Angiographie geführt. Dabei wird radioaktiv markiertes Material in den Blutkreislauf gespritzt, und die Gefäßstrukturen können leicht sichtbar gemacht werden. Dies hilft bei der Erkennung von Gefäßanomalien und Blutungen. Radiomarkierte Moleküle können auch von bestimmten Geweben aufgenommen werden, was zur Eingrenzung einer Diagnose beiträgt. So wird beispielsweise Technetium-99 bei der Knochenszintigraphie und Jod-131 bei der Untersuchung von Schilddrüsengewebe verwendet. Oft werden zwei oder mehr der oben genannten bildgebenden Verfahren kombiniert, um dem Arzt eine genaue Vorstellung davon zu geben, was im Körper des Patienten vor sich geht.

Wie sich die medizinische Bildgebungstechnologie im Laufe der Jahre entwickelt hat

Die medizinische Bildgebungstechnologie hat sich im Laufe der Jahre sprunghaft weiterentwickelt. Dies beschränkt sich nicht nur auf die Modalitäten, mit denen die Bilder aufgenommen werden. Der Schwerpunkt liegt immer mehr auf der Nachbearbeitung und neueren, fortschrittlicheren Methoden zur gemeinsamen Nutzung und Speicherung medizinischer Bilder. Dabei geht es darum, den größtmöglichen Nutzen aus den vorhandenen Technologien zu ziehen und ihn so vielen Menschen wie möglich zugänglich zu machen.

Im Bereich der diagnostischen medizinischen Bildgebung können Kliniker jetzt Bilder manipulieren, um aus denselben Daten mehr Erkenntnisse und Informationen zu gewinnen.

Fortschritte bei der Speicherung und dem Abruf von Bilddaten

Angesichts der verschiedenen Arten von Bildgebungsgeräten, die heute eingesetzt werden, und der einzigartigen Daten, die sie produzieren, sind Integration und einfache Zusammenarbeit von größtem Interesse für Gesundheitseinrichtungen und Endnutzer. Nahezu alle Arten von Bildern werden heute digital erfasst und bestehen aus riesigen Datendateien. Eine wichtige Entwicklung in dieser Hinsicht war die Einführung von PACS (Picture Archiving and Communications System). Dabei handelt es sich um eine Plattform, die die integrierte Speicherung und Betrachtung medizinischer Bilder von verschiedenen Geräten und Systemen ermöglicht. Auf dem PACS-Server werden die Bilder hauptsächlich im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) gespeichert.

DICOM ist ein vom American College of Radiologists entwickelter Standard. Alle Bilder, einschließlich CT-Scans, MRT, Ultraschall und PET-Scans, dürfen nur im DICOM-Format gespeichert, abgerufen und weitergegeben werden. Im DICOM-Format sind die Patientendaten in das Bild eingebettet, um Diagnosefehler zu minimieren. Auf dem Markt gibt es eine Reihe von DICOM-Betrachtungsanwendungen, die jeweils über eine Reihe von Funktionen verfügen, die Klinikern bei der Diagnose und Behandlungsplanung helfen.

Fortschrittliche Tools für die medizinische Bildgebung

Medizinische 3D-Bildgebungstechnologie

Ein Nachteil bestehender medizinischer Bildgebungsverfahren sind ihre zweidimensionalen Ergebnisse, während Körpergewebe und Organe dreidimensional sind. Um eine Struktur dreidimensional zu erfassen, muss der Arzt Bildscheiben aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten und dann ein geistiges Bild zur Interpretation rekonstruieren. Dies ist ein zeitaufwändiger und fehleranfälliger Prozess. Die 3D-Bildgebung ist seit langem ein Ziel für die Hersteller moderner medizinischer Bildgebungssoftware und -geräte. Die 3D-Bildwiedergabe wird inzwischen von mehreren DICOM-Anwendungen angeboten. Sie basiert in der Regel auf der Rekonstruktion von 2D-Bildern. Die 3D-Rekonstruktion erspart dem Arzt die Mühe, sich durch mehrere Schnittbilder zu arbeiten, und beschränkt den Fokus auf den Bereich, der von Interesse ist. Die 3D-Bildgebung ermöglicht auch eine volumetrische Analyse, die für die klinische Diagnose äußerst nützlich ist.

Ein weiterer Ableger der 3D-Rekonstruktion ist die multiplanare Rekonstruktion (MPR). Bei der MPR werden aus dem 3D-rekonstruierten Modell neue Bildschichten gewonnen. Die neuen Schichten liegen in anderen Ebenen als die ursprünglich aufgenommenen Schichten. Dies ist besonders nützlich, wenn der Verlauf größerer Strukturen wie der Aorta verfolgt werden soll.

Intensitätsprojektionen

Bildgebungssoftware verfügt heute über mehrere Funktionen, die Fachleuten im Gesundheitswesen helfen, die für sie interessanten Regionen im Detail zu untersuchen. Eine solche Funktion ist die Intensitätsprojektion. Kliniker können das Bild eines rekonstruierten Bereichs bearbeiten, indem sie nur die maximalen oder minimalen CT-Werte anzeigen lassen. Diese werden als Maximal- bzw. Minimalintensitätsprojektion (MIP bzw. MINIP) bezeichnet. Sie erhöhen den Kontrast zwischen dem interessierenden Bereich und dem umgebenden normalen Gewebe.

Echte 3D-Bildgebung

Die 3D-Rekonstruktionstechnologie ist immer noch nicht so präzise, wie wir es uns wünschen würden, und einige Ärzte ziehen es vor, mehrere 2D-Schnitte zu machen, um Fehler zu vermeiden. Eine interessante Entwicklung in diesem Bereich ist die „echte“ 3D-Bildgebung. Dieses innovative Bildgebungssystem ermöglicht es Ärzten, eine virtuelle Nachbildung eines Organs oder einer Körperstruktur zu betrachten und mit ihr zu interagieren. Das Bild erscheint in Form eines Hologramms, und der Arzt kann die Struktur virtuell drehen, Querschnitte anfertigen und wichtige anatomische Orientierungspunkte erkennen. Ein solches Werkzeug könnte in Zukunft für die Planung von Operationen unverzichtbar werden.

Bildfusion

Ein fortschrittliches Werkzeug für die medizinische Bildgebung, die sogenannte Bildfusion, ist in vielen DICOM-Anwendungen verfügbar. Es ermöglicht die Zusammenführung von zwei oder mehr Bildgebungsdatensätzen in einer einzigen Datei. Dadurch können die Vorteile verschiedener Bildgebungsmodalitäten kombiniert werden. Die häufigsten und nützlichsten Bildfusionstechniken sind die PET/CT- und PET/MR-Bildfusion, die die Vorteile von PET-Scan, CT-Scan und MRT kombinieren. PET hilft bei der Identifizierung und Lokalisierung des interessierenden Bereichs (in der Regel ein bösartiger oder entzündeter Bereich). Die CT liefert hervorragende anatomische Details über das Ausmaß der Läsion und die betroffenen Gewebeebenen. Die MRT hilft bei der Auflösung des Weichteilgewebes. Die Kombination dieser Verfahren führt zu einer bemerkenswerten Steigerung der Empfindlichkeit und Spezifität diagnostischer Bildgebungsuntersuchungen.

Echtzeit-Bildgebung

Traditionell wurde immer davon ausgegangen, dass es eine „Verzögerung“ zwischen dem Zeitpunkt der Bildaufnahme und der Bildauswertung geben würde. Diese Verzögerung ergibt sich aus der Zeit, die benötigt wird, um das Bild zu verarbeiten und vorzubereiten, es dem Radiologen vorzulegen und dann den einzelnen Bildausschnitt zu betrachten und sein Wissen zur Interpretation anzuwenden. Diese Verzögerung kann sich erheblich auf die klinischen Ergebnisse auswirken, insbesondere in Notfallsituationen wie Traumata, in denen Zeit ein entscheidender Faktor ist.

Heutzutage bieten viele Bildgebungssysteme „Echtzeit“-Ergebnisse an, was bedeutet, dass die Verzögerung zwischen Bildaufnahme und -interpretation entweder minimal oder überhaupt nicht ist. Der Arzt kann die Bilder auf einem Bildschirm betrachten, während sich der Patient noch in der Bildgebungseinheit befindet. Dies verkürzt nicht nur die Zeitspanne, sondern hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass er die Körpersysteme in Echtzeit bei der Arbeit beobachten und so ihre funktionelle Integrität beurteilen kann. So kann beispielsweise die Schluckfunktion der Speiseröhre auf diese Weise auf mögliche Ursachen einer Dysphagie untersucht werden. In ähnlicher Weise können die Bewegungen des Fötus mit Ultraschall in Echtzeit beobachtet werden. Die Leistungsfähigkeit der Echtzeit-Bildgebung ermöglicht es Chirurgen, intraoperativ Entscheidungen zu treffen.

Ein Blick in die Zukunft der medizinischen Bildgebungstechnologie

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet die Fähigkeit von Maschinen, menschliche Intelligenz zu simulieren. Dies gilt vor allem für kognitive Funktionen wie Lernen und Problemlösen. Im Zusammenhang mit der medizinischen Bildgebung kann KI so trainiert werden, dass sie Anomalien im menschlichen Gewebe erkennt und so sowohl bei der Diagnose von Krankheiten als auch bei der Überwachung ihrer Behandlung hilft. Es gibt drei Möglichkeiten, wie KI Radiologen unterstützen kann. KI kann riesige Datensätze von Bildern und Patienteninformationen mit übermenschlicher Geschwindigkeit durchforsten. Dies kann die Arbeitsabläufe beschleunigen. Zweitens kann KI darauf trainiert werden, Anomalien zu erkennen, die zu klein sind, um sie mit bloßem Auge zu erkennen. Dies kann die Diagnosegenauigkeit verbessern. Drittens kann KI eingesetzt werden, um frühere Bildgebungsscans aus der elektronischen Patientenakte (EMR) abzurufen und sie dann mit den neuesten Scanergebnissen des Patienten zu vergleichen. Auch andere Aspekte der Patientenakte, wie z. B. die einschlägige Krankengeschichte, können abgerufen und zur Erleichterung der Diagnose verwendet werden.

Einige Unternehmen haben erfolgreich KI in bildgebende Systeme integriert, aber bisher ist noch keines davon für den kommerziellen Einsatz verfügbar. Ein Beispiel für eine KI-integrierte Software für die medizinische Bildgebung ist Viz, die sowohl die Erkennung als auch die Zeit bis zur Behandlung von Patienten mit großen Gefäßverschlüssen (LVO) verbessert. Die Software ist in der Lage, mehrere Bilder aus verschiedenen Krankenhausdatenbanken auf LVOs zu überprüfen. Wird ein LVO entdeckt, kann die Software sowohl den Schlaganfall-Spezialisten als auch den Hausarzt des Patienten alarmieren, um sicherzustellen, dass der Patient umgehend behandelt wird. Bei einer zeitgebundenen Krankheit wie dem Schlaganfall hat dies den Effekt, dass die Ergebnisse erheblich verbessert und die Kostenbelastung für das Gesundheitssystem verringert werden.

Cloud-basierte Anwendungen

Die rasanten Fortschritte in der Bildgebungstechnologie und die allgegenwärtige Verwendung medizinischer Bilder im Gesundheitswesen haben dazu geführt, dass dringend innovative Wege zur Speicherung und gemeinsamen Nutzung medizinischer Bilddaten gefunden werden müssen. Vor diesem Hintergrund hat sich die Cloud-Technologie als eine der wichtigsten Determinanten für die Zukunft der medizinischen Bildgebungstechnologie herausgestellt. Die Cloud-Technologie ermöglicht die Speicherung und gemeinsame Nutzung von Daten unabhängig vom geografischen Standort mit Hilfe des Internets. Cloud-basierte Anwendungen für die medizinische Bildgebung erleichtern die Speicherung und den Abruf von Bilddateien im DICOM-Format. Sie steigern die Effizienz und senken die Kosten. Angehörige der Gesundheitsberufe können weltweit gemeinsam an medizinischen Bildgebungsdaten arbeiten. Das Endergebnis sind bessere Gesundheitsergebnisse für Patienten.

Cloud-basierte Anwendungen verbessern auch den „Blockchain“-Prozess. Eine „Blockchain“ ist, einfach ausgedrückt, die Hinzufügung eines neuen digitalen Datensatzes zu einem alten, genau wie das Hinzufügen eines neuen Glieds zu einer bestehenden physischen Kette. Bilder, die in der Cloud verfügbar sind, können zu einer Blockchain hinzugefügt werden, die dann die medizinischen Informationen des Patienten für jeden Arzt überall auf der Welt zugänglich macht.

PostDICOM – Auf dem neuesten Stand der medizinischen Bildgebungstechnologie

PostDICOM kombiniert das Beste der neuesten medizinischen Bildgebungstechnologie. Es ist eine der wenigen Cloud-basierten DICOM-Anzeigeanwendungen auf dem Markt. Die auf dem Cloud-PACS-Server gespeicherten DICOM-Dateien sind mit SSL-Verschlüsselung gesichert. PostDICOM beinhaltet die medizinische 3D-Bildgebungstechnologie und bietet fortschrittliche Bildbearbeitungsfunktionen, einschließlich multiplanarer Rekonstruktion, Intensitätsprojektion (Maximum, Durchschnitt und Minimum) und Bildfusion. Auch klinische Dokumente können mit der Anwendung gespeichert und betrachtet werden. Sie ist mit allen gängigen Betriebssystemen (Windows, Mac OS, Linus) kompatibel und kann von Laptops, Tablets und Smartphones aus genutzt werden. Das Beste daran ist, dass es für Basisnutzer absolut kostenlos ist und die kostenlose Nutzung mit 50 GB Cloud-Speicherplatz einhergeht.