Lääketieteellinen kuvantamisteknologia tänään ja mihin se on menossa

Kun kuulee termin ”lääketieteellinen kuvantaminen”, ensimmäisenä tulee mieleen röntgenkuva tai röntgenkuva, kuten se yleisemmin tunnetaan. Vaikka röntgenkuvaus on vanhin ja edelleen yleisimmin käytetty lääketieteellisen kuvantamisen menetelmä, tällä kiehtovalla ja innovatiivisella tieteenalalla on nykyään paljon muutakin. Tässä artikkelissa pyrimme tarkastelemaan lääketieteellisen kuvantamistekniikan nykytilannetta ja viimeisimpiä edistysaskeleita sekä hahmottelemaan alueita, joilla odotetaan suuria läpimurtoja lähitulevaisuudessa.

Käsitteellä ”lääketieteellinen kuvantamistekniikka” on laaja määritelmä, ja se kattaa kaikenlaisen tekniikan, joka auttaa lääketieteen ammattilaisia tarkastelemaan kehon sisätiloja tai alueita, jotka eivät ole paljain silmin nähtävissä. Näiden rakenteiden visualisointi voi auttaa sairauden diagnosoinnissa, hoidon suunnittelussa, hoidon toteuttamisessa – esimerkiksi kuvaohjatun toimenpiteen avulla – sekä seurannassa ja valvonnassa.

Lääketieteellisen diagnostisen kuvantamisen laaja kirjo – mitä se sisältää

Tänä päivänä lääketieteellinen kuvantamistekniikka on olennainen osa sairauksien diagnosointia ja hoitoa. Varhaisin lääketieteellisen diagnostisen kuvantamisen muoto oli röntgenlaite, jonka Röntgen esitteli vuonna 1895. Sittemmin röntgenkuvaus on kehittynyt pitkälle, ja perinteiset röntgensäteet on nopeasti korvattu tietokonetomografialla (CT), jossa yhdistyvät tietokoneen käsittelyn teho ja röntgenkuvaus. TT-skannerit ottavat kuvia kolmessa eri tasossa. Itse tietokonetomografiatekniikka on kehittynyt vuosien varrella. Kuvasiivujen paksuutta on pienennetty, ja käyttöön on tullut spiraalitietokonetomografia, joka lyhentää huomattavasti kuvien ottoaikaa.

Magneettiresonanssikuvaus (MRI) syntyi 1900-luvun lopulla, jolloin huoli lääketieteellisen kuvantamisen aiheuttamasta säteilyaltistuksesta oli suurimmillaan. Tämä kuvantamisjärjestelmä käyttää luonnollisia magneettikenttiä kuvien ottamiseen kehon sisäisistä rakenteista. Vaikka magneettikuvauksella oli aluksi vain rajallinen diagnostinen käyttö, laitteiston parannusten ansiosta siitä on tullut pehmytkudosten ja verisuonirakenteiden ensisijainen kuvantamismenetelmä. Uudemmat magneettikuvauslaitteet ovat kompakteja ja avoimia laitteita, jotka eivät enää aiheuta potilaille klaustrofobista tunnetta.

Ultrasonografia on toinen kuvantamismenetelmä, jossa ei käytetä säteilyä. Se käyttää heijastuneita ääniaaltoja piirtääkseen kuvan sisäelimistä. Ultraäänen suuri etu on sen siirrettävyys. Se on saavuttanut laajan lääketieteellisen käytön esimerkiksi vuodeosastotutkimuksissa, verisuonirakenteiden tutkimisessa ja synnytyslääketieteessä sikiön terveyden arvioinnissa.

Muut kehittyneet lääketieteelliset kuvantamistekniikat ovat hyödyntäneet ydinradioisotooppien voimaa. Positroniemissiotomografia (PET) mahdollistaa radiomerkittyjen molekyylien, kuten glukoosin, ottamisen kehon kudoksiin. Anturit havaitsevat ne, ja niiden jakautuminen antaa viitteitä diagnoosista. Kontrastiaineiden käyttöönotto on johtanut kohdekohtaiseen kuvantamiseen, kuten TT-angiografiaan. Radiomerkittyä ainetta ruiskutetaan verenkiertoon, ja verisuonirakenteet voidaan helposti visualisoida. Tämä auttaa tunnistamaan verisuonipoikkeavuudet ja verenvuodot. Radiomerkityt molekyylit voivat myös imeytyä tiettyihin kudoksiin, mikä auttaa diagnoosin rajaamisessa. Esimerkiksi teknetium-99:ää käytetään luun tähystyksessä ja jodi-131:tä kilpirauhaskudoksen tutkimisessa. Usein kaksi tai useampi edellä mainituista kuvantamistekniikoista yhdistetään, jotta lääkäri saa tarkan käsityksen siitä, mitä potilaan kehossa tapahtuu.

Miten lääketieteellinen kuvantamistekniikka on kehittynyt vuosien varrella

Lääketieteellinen kuvantamistekniikka on kehittynyt harppauksin vuosien varrella. Tämä ei ole rajoittunut vain niihin menetelmiin, joiden avulla kuvia hankitaan. Yhä enemmän huomiota on kiinnitetty jälkikäsittelyyn ja uusiin kehittyneempiin tapoihin jakaa ja tallentaa lääketieteellisiä kuvia. Ajatuksena on saada mahdollisimman suuri hyöty irti nykyisistä tekniikoista ja levittää sitä mahdollisimman monelle ihmiselle.

Lääketieteellisen diagnostiikan kuvantamisen alalla lääkärit voivat nyt manipuloida kuvia saadakseen samasta aineistosta enemmän oivalluksia ja tietoa.

Kuvantamisdatan tallennuksen ja haun edistysaskeleet

Tänä päivänä käytössä olevien erityyppisten kuvantamislaitteiden ja niiden tuottamien ainutlaatuisten tietojen vuoksi integraatio ja yhteistyön helppous ovat terveydenhuollon laitosten ja loppukäyttäjien kannalta ensiarvoisen tärkeitä. Lähes kaikentyyppiset kuvat hankitaan nykyään digitaalisesti ja ne koostuvat valtavista datatiedostoista. Merkittävä kehitysaskel tässä suhteessa on ollut PACS-järjestelmän (Picture Archiving and Communications System) käyttöönotto. Se on alusta, joka mahdollistaa lääketieteellisten kuvien integroidun tallentamisen ja katselun eri laitteista ja järjestelmistä. PACS-palvelimelle kuvat tallennetaan pääasiassa DICOM-muodossa (Digital Imaging and Communications in Medicine).

DICOM on American College of Radiologistsin kehittämä standardi. Kaikki kuvat, mukaan lukien CT-, MRI-, ultraääni- ja PET-kuvat, on tallennettava, haettava ja jaettava ainoastaan DICOM-muodossa. DICOM-muodossa potilastiedot on upotettu kuvaan diagnoosivirheiden minimoimiseksi. Markkinoilla on saatavilla useita DICOM-katselusovelluksia, ja jokaisessa on erilaisia ominaisuuksia, jotka auttavat lääkäreitä diagnosoinnissa ja hoidon suunnittelussa.

Edistyneet lääketieteelliset kuvantamistyökalut

Lääketieteellinen 3D-kuvantamisteknologia

Yksi nykyisten lääketieteellisten kuvantamistekniikoiden haittapuoliksi on muodostunut kaksiulotteiset tulokset, kun taas elimistön kudokset ja elimet ovat kolmiulotteisia. Rakenteen hahmottaminen kolmiulotteisena edellyttää, että lääkärit tarkastelevat eri kulmista otettuja kuvaviipaleita ja rekonstruoivat sitten mielikuvan tulkintaa varten. Tämä on aikaa vievä ja virhealtis prosessi. 3D-kuvantaminen on jo pitkään ollut kehittyneiden lääketieteellisten kuvantamisohjelmistojen ja -laitteiden valmistajien tavoitteena. Useat DICOM-sovellukset tarjoavat nyt 3D-kuvien renderointia. Se perustuu yleensä 2D-kuvien rekonstruointiin. 3D-rekonstruktio säästää lääkäreitä useiden leikkauskuvien läpikäymiseltä ja rajoittaa huomion kiinnostavaan alueeseen. 3D-kuvantaminen mahdollistaa myös volumetrisen analyysin, joka on erittäin hyödyllinen väline kliinistä diagnoosia tehtäessä.

Toinen 3D-rekonstruktio on monitasorekonstruktio (multiplanar reconstruction, MPR). MPR on prosessi, jossa 3D-rekonstruoidusta mallista saadaan uusia kuvasiivuja. Uudet viipaleet ovat eri tasoilla kuin alun perin otetut viipaleet. Tästä on hyötyä erityisesti silloin, kun seurataan suurten rakenteiden, kuten aortan, kulkua.

Intensiteettiprojektiot

Kuvantamisohjelmistoissa on nykyään useita ominaisuuksia, jotka auttavat terveydenhuollon ammattilaisia tutkimaan kiinnostuksen kohteena olevaa aluetta yksityiskohtaisesti. Yksi tällainen ominaisuus on intensiteettiprojektio. Kliinikot voivat halutessaan muokata rekonstruoidun alueen kuvaa näyttämällä vain suurimmat tai pienimmät CT-arvot. Näitä kutsutaan maksimi- ja minimi-intensiteettiprojektioiksi (MIP ja MINIP). Ne lisäävät kontrastia kiinnostuksen kohteena olevan alueen ja ympäröivien normaalien kudosten välillä.

Todellinen 3D-kuvantaminen

3D-rekonstruktiotekniikka ei ole vieläkään niin tarkkaa kuin haluaisimme sen olevan, ja jotkut lääkärit käyvät mieluummin läpi useita 2D-leikkauksia virheiden välttämiseksi. Mielenkiintoinen kehitysaskel tällä alalla on ”todellinen” 3D-kuvantaminen. Tämän innovatiivisen kuvantamisjärjestelmän avulla lääkärit voivat tarkastella elimen tai kehon rakenteen virtuaalista kopiota ja olla vuorovaikutuksessa sen kanssa. Kuva näkyy hologrammina, ja lääkärit voivat virtuaalisesti pyörittää rakennetta, leikata poikkileikkauksia ja tunnistaa elintärkeitä anatomisia maamerkkejä. Tällaisesta työkalusta voi tulla tulevaisuudessa välttämätön leikkausten suunnittelussa.

Kuvafuusio

Edistynyt lääketieteellinen kuvantamistyökalu, jota kutsutaan kuvafuusioksi, on saatavilla monissa DICOM-sovelluksissa. Sen avulla voidaan yhdistää kaksi tai useampia kuvantamistietoaineistoja yhdeksi tiedostoksi. Näin voidaan yhdistää eri kuvantamismenetelmien edut. Yleisimpiä ja käyttökelpoisimpia kuvien fuusiotekniikoita ovat PET/CT- ja PET/MR-kuvien fuusio, joissa yhdistyvät PET-kuvauksen, CT-kuvauksen ja MRI-kuvauksen edut. PET auttaa tunnistamaan ja paikallistamaan kiinnostuksen kohteena olevan alueen (yleensä pahanlaatuinen tai tulehtunut alue). CT antaa erinomaiset anatomiset tiedot vaurion laajuudesta ja mukana olevista kudostasoista. Magneettikuvaus auttaa pehmytkudosten erottelukyvyn saavuttamisessa. Kun ne yhdistetään, diagnostisten kuvantamistutkimusten herkkyys ja spesifisyys lisääntyvät huomattavasti.

Reaaliaikainen kuvantaminen

Traditionaalisesti on aina ajateltu, että kuvan ottamisen ja sen tulkinnan välillä on ”viive”. Viive johtuu ajasta, joka kuluu kuvan käsittelyyn ja valmisteluun, sen esittämiseen radiologille ja sen jälkeen siihen, että radiologi tarkastelee kuvan jokaista osaa ja soveltaa tietojaan kuvan tulkintaan. Tämä viive voi vaikuttaa merkittävästi kliinisiin tuloksiin erityisesti hätätilanteissa, kuten traumoissa, joissa aika on erittäin tärkeää.

Tänä päivänä monet kuvantamisjärjestelmät tarjoavat ”reaaliaikaisia” tuloksia, mikä tarkoittaa, että viive kuvan ottamisen ja tulkinnan välillä on joko minimaalinen tai sitä ei ole lainkaan. Lääkärit voivat tarkastella kuvia näytöltä, kun potilas on vielä kuvantamisyksikössä. Tämä ei ainoastaan lyhennä viivettä, vaan sillä on myös se lisäetu, että kehon järjestelmiä voidaan tarkastella reaaliajassa ja siten arvioida niiden toiminnallista eheyttä. Esimerkiksi ruokatorven nielemistoimintaa voidaan arvioida tällä tavoin mahdollisten nielemishäiriöiden syiden varalta. Samoin sikiön liikkeet voidaan nähdä reaaliajassa ultraäänellä. Reaaliaikaisen kuvantamisen teho mahdollistaa kirurgien päätösten tekemisen intraoperatiivisesti.

Katsaus lääketieteellisen kuvantamisteknologian tulevaisuuteen

Tekoäly

Tekoälyllä (AI) tarkoitetaan koneiden kykyä simuloida ihmisen älykkyyttä. Tämä koskee lähinnä kognitiivisia toimintoja, kuten oppimista ja ongelmanratkaisua. Lääketieteellisen kuvantamisen yhteydessä tekoäly voidaan kouluttaa havaitsemaan poikkeavuuksia ihmiskudoksessa, mikä auttaa sekä sairauksien diagnosoinnissa että niiden hoidon seurannassa. Tekoäly voi auttaa radiologeja kolmella tavalla. Tekoäly voi seuloa valtavia kuva- ja potilastietoaineistoja yli-inhimillisellä nopeudella. Tämä voi nopeuttaa työnkulkuja. Toiseksi tekoäly voidaan kouluttaa havaitsemaan poikkeavuuksia, jotka ovat liian pieniä paljain silmin havaittaviksi. Tämä voi parantaa diagnostiikan tarkkuutta. Kolmanneksi tekoälyä voidaan käyttää aiempien kuvantamiskuvien hakemiseen potilaan sähköisestä potilastiedostosta (EMR) ja niiden vertaamiseen potilaan viimeisimpiin kuvantamistuloksiin. Myös muita potilaan sähköisen potilastietorekisterin osia, kuten asiaankuuluvaa sairaushistoriaa, voidaan hakea ja käyttää diagnoosin helpottamiseksi.

Monet yritykset ovat onnistuneet sisällyttämään tekoälyä kuvantamisjärjestelmiin, mutta yksikään niistä ei ole vielä saatavilla kaupalliseen käyttöön. Yksi esimerkki tekoälyyn integroidusta lääketieteellisestä kuvantamisohjelmistosta on Viz, joka parantaa sekä havaitsemista että hoitoaikaa potilailla, joilla on suurten verisuonten tukoksia (LVO). Ohjelmisto pystyy seulomaan useita kuvia useiden sairaaloiden tietokannoista LVO:n varalta. Jos LVO havaitaan, ohjelmisto voi hälyttää sekä aivohalvausasiantuntijan että potilaan perusterveydenhuollon lääkärin, jotta varmistetaan, että potilas saa nopeasti hoitoa. Aivohalvauksen kaltaisessa ajallisesti sidotussa sairaudessa tämä parantaa huomattavasti hoitotuloksia ja vähentää terveydenhuoltojärjestelmän kustannusrasitusta.

Pilvipohjaiset sovellukset

Kahden asian, kuvantamisteknologian nopean kehityksen ja lääketieteellisten kuvien kaikkialle ulottuvan käytön vuoksi terveydenhuollossa, on kiireesti löydettävä uusia innovatiivisia tapoja lääketieteellisten kuvantamistietojen tallentamiseen ja jakamiseen. Tätä taustaa vasten pilviteknologia on noussut yhdeksi tärkeimmistä lääketieteellisen kuvantamisteknologian tulevaisuutta määrittävistä tekijöistä. Pilviteknologia mahdollistaa tietojen tallentamisen ja jakamisen maantieteellisestä sijainnista riippumatta internetin avulla. Pilvipohjaiset lääketieteellisen kuvantamisen sovellukset helpottavat DICOM-muotoisten kuvantamistiedostojen tallentamista ja hakemista. Ne lisäävät tehokkuutta ja vähentävät kustannuksia. Terveydenhuollon ammattilaiset voivat tehdä yhteistyötä lääketieteellisten kuvantamistietojen parissa eri puolilta maailmaa. Lopputuloksena ovat paremmat terveystulokset potilaille.

Pilvipohjaiset sovellukset parantavat myös ”lohkoketjuprosessia”. Yksinkertaistettuna ”lohkoketju” on uuden digitaalisen tietueen lisääminen vanhaan tietueeseen, aivan kuten uuden linkin lisääminen olemassa olevaan fyysiseen ketjuun. Pilvipalvelussa saatavilla olevat kuvat voidaan lisätä lohkoketjuun, jolloin potilaan lääketieteelliset tiedot ovat kenen tahansa lääkärin saatavilla kaikkialla maailmassa.

PostDICOM – Lääketieteellisen kuvantamisteknologian kärjessä

PostDICOMissa yhdistyvät lääketieteellisen kuvantamisteknologian viimeisimmät parhaat puolet. Se on yksi harvoista pilvipohjaisista DICOM-katselusovelluksista. PACS-pilvipalvelimelle tallennetut DICOM-tiedostot on suojattu SSL-salauksella. PostDICOM sisältää lääketieteellisen 3D-kuvantamisteknologian ja tarjoaa kehittyneitä kuvankäsittelyominaisuuksia, kuten monitasorekonstruktiota, intensiteettiprojektiota (maksimi, keskiarvo ja minimi) ja kuvien yhdistämistä. Sovelluksella voidaan myös tallentaa ja tarkastella kliinisiä asiakirjoja. Se on yhteensopiva kaikkien tärkeimpien käyttöjärjestelmien kanssa (Windows, Mac OS, Linus), ja sitä voidaan käyttää kannettavista tietokoneista, tableteista ja älypuhelimista. Mikä parasta, peruskäyttäjille se on täysin ilmainen, ja ilmaiseen käyttöön sisältyy 50 Gt pilvitallennustilaa.