Medical Imaging Technology Today and Where it is Headed

Wanneer je de term ‘medische beeldvorming’ hoort, is het eerste beeld dat in je opkomt dat van een röntgenfoto, of een röntgenfoto zoals het meer algemeen bekend is. Hoewel röntgenfoto’s de oudste en nog steeds de meest gebruikte methode van medische beeldvorming zijn, is er vandaag de dag nog zo veel meer te beleven op dit intrigerende en innovatieve gebied van de wetenschap. In dit artikel trachten wij een overzicht te geven van de huidige stand van zaken en de laatste vorderingen op het gebied van de medische beeldvormingstechnologie, alsmede gebieden af te bakenen waar in de niet al te verre toekomst belangrijke doorbraken worden verwacht.

De term ‘medische beeldvormingstechnologie’ heeft een brede definitie en omvat elke techniek die medische beroepsbeoefenaren helpt het inwendige van het lichaam te bekijken of gebieden die met het blote oog niet zichtbaar zijn. Visualisatie van deze structuren kan helpen bij de diagnose van ziekten, planning van de behandeling, uitvoering van de behandeling, zoals door middel van beeld-geleide interventie, en monitoring en bewaking.

Het enorme toepassingsgebied van medische diagnostische beeldvorming – wat het inhoudt

Vandaag de dag, medische beeldvorming is een integraal onderdeel van de diagnose en het beheer van ziekten. De vroegste vorm van diagnostische medische beeldvorming was het röntgenapparaat, dat in 1895 door Roentgen werd geïntroduceerd. Sindsdien heeft de radiografische beeldvorming een lange weg afgelegd, en de traditionele röntgenstralen worden snel vervangen door computertomografie (CT), die de kracht van computerverwerking combineert met röntgenbeeldvorming. CT-scanners maken beelden in drie verschillende vlakken. De CT-technologie zelf is in de loop der jaren steeds verder verfijnd. De dikte van de beeldplakken is verminderd en de spiraal CT heeft zijn intrede gedaan, waardoor de opnametijd drastisch wordt verkort.

Magnetic resonance imaging (MRI) is ontstaan aan het einde van de twintigste eeuw, toen de bezorgdheid over blootstelling aan straling bij medische beeldvorming een hoogtepunt bereikte. Dit beeldvormingssysteem maakt gebruik van natuurlijke magnetische velden om beelden te verkrijgen van inwendige lichaamsstructuren. Hoewel de MRI aanvankelijk slechts in beperkte mate voor diagnostische doeleinden kon worden gebruikt, hebben verbeteringen in de apparatuur ertoe geleid dat MRI nu bij uitstek wordt gebruikt voor beeldvorming van weke delen en vasculaire structuren. Nieuwere MRI-machines zijn compacte en open apparaten die de patiënt niet langer een claustrofobisch gevoel geven.

Ultrasografie is een andere beeldvormingsmodaliteit waarbij geen straling wordt gebruikt. Hierbij wordt gebruik gemaakt van weerkaatste geluidsgolven om een beeld te schetsen van inwendige organen. Een groot voordeel van ultrageluid is de draagbaarheid ervan. Het heeft een wijdverbreide medische toepassing gekregen, zoals voor onderzoeken aan het bed, het bestuderen van vasculaire structuren, en in de verloskunde voor het beoordelen van de gezondheid van de foetus.

Andere geavanceerde medische beeldvormingstechnieken hebben gebruik gemaakt van de kracht van nucleaire radio-isotopen. Bij positronemissietomografie (PET) kunnen radioactief gemerkte moleculen, zoals glucose, door lichaamsweefsels worden opgenomen. Zij worden vervolgens door sensoren gedetecteerd en de verdeling ervan geeft aanwijzingen voor de diagnose. De introductie van contrastmiddelen heeft geleid tot plaatsspecifieke beeldvorming, zoals CT-angiografie. Materiaal met radiolabel wordt in de bloedbaan geïnjecteerd en vaatstructuren kunnen gemakkelijk zichtbaar worden gemaakt. Dit helpt bij het identificeren van vasculaire anomalieën en bloedingen. Radioactief gemerkte moleculen kunnen ook door bepaalde weefsels worden opgenomen, wat helpt bij het stellen van een diagnose. Zo wordt technetium-99 gebruikt bij het scannen van botten en jodium-131 bij het bestuderen van schildklierweefsel. Vaak worden twee of meer van de bovengenoemde beeldvormingstechnieken gecombineerd om de arts een duidelijk idee te geven van wat er in het lichaam van de patiënt aan de hand is.

Hoe de technologie van de medische beeldvorming zich in de loop der jaren heeft ontwikkeld

De technologie van de medische beeldvorming heeft in de loop der jaren grote sprongen voorwaarts gemaakt. Dit is niet beperkt gebleven tot de modaliteiten waarmee beelden worden verkregen. Er is een steeds grotere nadruk komen te liggen op postprocessing en nieuwere, meer geavanceerde manieren om medische beelden te delen en op te slaan. Het idee hier is om zoveel mogelijk voordeel te halen uit bestaande technologieën en deze te verspreiden onder zoveel mogelijk mensen.

In het domein van de diagnostische medische beeldvorming kunnen clinici nu beelden manipuleren om meer inzichten en informatie te verkrijgen uit dezelfde reeks gegevens.

Vorderingen bij de opslag en het ophalen van beeldvormingsgegevens

Met de verschillende soorten beeldvormingsapparaten die tegenwoordig worden gebruikt en de unieke gegevens die ze produceren, zijn integratie en gemakkelijke samenwerking van het grootste belang voor zorginstellingen en eindgebruikers. Bijna alle soorten beelden worden tegenwoordig digitaal verkregen en bestaan uit enorme gegevensbestanden. Een belangrijke ontwikkeling in dit verband is de invoering van PACS (Picture Archiving and Communications System). Het is een platform dat de geïntegreerde opslag en weergave van medische beelden uit diverse toestellen en systemen mogelijk maakt. In de PACS-server worden beelden hoofdzakelijk opgeslagen in het DICOM-formaat (Digital Imaging and Communications in Medicine).

DICOM is een standaard die is ontwikkeld door het American College of Radiologists. Alle beelden, met inbegrip van CT-scans, MRI, echografie en PET-scans, mogen alleen in het DICOM-formaat worden opgeslagen, opgehaald en gedeeld. In het DICOM-formaat zijn patiëntgegevens in het beeld opgenomen om diagnostische fouten tot een minimum te beperken. Een aantal DICOM viewing applicaties zijn beschikbaar op de markt, en elk heeft een verschillende reeks van functies die clinici helpen bij diagnose en behandeling planning.

Geavanceerde hulpmiddelen voor medische beeldvorming

Medische 3D-beeldvormingstechnologie

Een van de nadelen van bestaande medische beeldvormingstechnieken is dat de resultaten tweedimensionaal zijn, terwijl lichaamsweefsels en -organen driedimensionaal zijn. Om een structuur in drie dimensies te kunnen zien, moeten artsen naar beeldplakken kijken die vanuit verschillende hoeken zijn genomen en vervolgens een mentaal beeld reconstrueren voor interpretatie. Dit is een tijdrovend proces en vatbaar voor fouten. 3D-beeldvorming is al lang een doel voor makers van geavanceerde medische beeldvormingssoftware en -apparatuur. Verscheidene DICOM-toepassingen bieden thans de mogelijkheid van 3D-beeldrendering. Het is meestal gebaseerd op reconstructie van 2D beelden. 3D-reconstructie bespaart clinici de moeite van het doornemen van meerdere doorsnedebeelden en beperkt de aandacht tot het gebied van belang. 3D-beeldvorming maakt ook volumetrische analyse mogelijk, wat een uiterst nuttig hulpmiddel is bij het stellen van een klinische diagnose.

Een andere uitloper van 3D-reconstructie is multiplanaire reconstructie (MPR). MPR is het proces van het verkrijgen van nieuwe slices van beelden van het 3D gereconstrueerde model. De nieuwe beeldpunten liggen in andere vlakken dan de oorspronkelijk verkregen beeldpunten. Dit is bijzonder nuttig bij het volgen van het verloop van belangrijke structuren zoals de aorta.

Intensiteitsprojecties

Gebruikers van beeldvormingssoftware beschikken tegenwoordig over meerdere functies waarmee zij hun interessegebied in detail kunnen bestuderen. Een van die functies is intensiteitsprojectie. Artsen kunnen ervoor kiezen om het beeld van een gereconstrueerd gebied te bewerken door alleen de maximale of minimale CT-waarden weer te geven. Dit worden respectievelijk de maximale en minimale intensiteitsprojecties (MIP en MINIP) genoemd. Zij verhogen het contrast tussen het betrokken gebied en de omliggende normale weefsels.

True 3D Imaging

3D-reconstructietechnologie is nog steeds niet zo nauwkeurig als we zouden willen, en sommige artsen geven er de voorkeur aan meerdere 2D-doorsneden te doorlopen om fouten te voorkomen. Een interessante ontwikkeling op dit gebied is “True” 3D-beeldvorming. Dit innovatieve beeldvormingssysteem stelt artsen in staat een virtuele replica van een orgaan of lichaamsstructuur te bekijken en ermee te interageren. Het beeld verschijnt in de vorm van een hologram en clinici kunnen de structuur virtueel roteren, dwarsdoorsneden maken en vitale anatomische herkenningspunten identificeren. Een dergelijk hulpmiddel zou in de toekomst onmisbaar kunnen worden voor de planning van operaties.

Image Fusion

Een geavanceerd hulpmiddel voor medische beeldvorming, beeldfusie genaamd, is beschikbaar in veel DICOM-toepassingen. Hiermee kunnen twee of meer beeldgegevensbestanden tot één bestand worden samengevoegd. Hierdoor kunnen de voordelen van verschillende beeldvormingsmodaliteiten worden gecombineerd. De meest frequente en nuttige beeldfusietechnieken zijn PET/CT en PET/MR beeldfusie, waarbij de voordelen van de PET-scan, de CT-scan en de MRI-scan worden gecombineerd. PET helpt bij het identificeren en lokaliseren van het betrokken gebied (meestal een kwaadaardig of ontstoken gebied). CT geeft uitstekende anatomische details van de omvang van de laesie en de betrokken weefselvlakken. MRI helpt bij het verkrijgen van resolutie van de weke delen. In combinatie met elkaar is er een opmerkelijke verbetering van de gevoeligheid en specificiteit van diagnostische beeldvormingsonderzoeken.

Real-time Imaging

Traditioneel werd er altijd van uitgegaan dat er een “vertraging” zou zijn tussen het tijdstip waarop het beeld wordt verkregen en dat waarop het wordt geïnterpreteerd. De vertraging is het gevolg van de tijd die nodig is om het beeld te verwerken en voor te bereiden, het aan de radioloog te presenteren, en vervolgens voor de radioloog om elk deel van het beeld te bekijken en zijn kennis toe te passen om het te interpreteren. Dit tijdsverschil kan een aanzienlijke invloed hebben op de klinische resultaten, vooral in noodsituaties zoals trauma’s, waar tijd van essentieel belang is.

Vandaag de dag bieden veel beeldvormingssystemen ‘real time’ resultaten, wat betekent dat het tijdsverschil tussen beeldverwerving en interpretatie minimaal of helemaal niet is. Artsen kunnen de beelden op een scherm bekijken terwijl de patiënt zich nog in de beeldvormingsafdeling bevindt. Dit vermindert niet alleen de wachttijd, maar heeft als bijkomend voordeel dat het lichaamssystemen in real time aan het werk kan zien en zo hun functionele integriteit kan beoordelen. Zo kan bijvoorbeeld de slikfunctie van de slokdarm worden beoordeeld op mogelijke oorzaken van dysfagie. Evenzo kunnen foetale bewegingen in real time worden waargenomen met echografie. De kracht van real-time beeldvorming maakt het voor chirurgen mogelijk om intraoperatief beslissingen te nemen.

Een blik in de toekomst van de medische beeldvormingstechnologie

Artificiële intelligentie

Artificiële intelligentie (AI) verwijst naar het vermogen van machines om menselijke intelligentie te simuleren. Dit geldt vooral voor cognitieve functies, zoals leren en probleemoplossing. In de context van medische beeldvorming kan AI worden getraind om afwijkingen in menselijk weefsel op te sporen en zo te helpen bij zowel de diagnose van ziekten als het toezicht op de behandeling ervan. Er zijn drie manieren waarop AI radiologen kan bijstaan. AI kan bovenmenselijk snel enorme datasets van beelden en patiëntinformatie doorzoeken. Dit kan de workflow versnellen. Ten tweede kan AI worden getraind om afwijkingen te detecteren die te klein zijn om met het blote oog te worden waargenomen. Dit kan de nauwkeurigheid van de diagnose verbeteren. Ten derde kan AI worden gebruikt om eerdere beeldvormende scans uit het elektronisch medisch dossier (EMR) van een patiënt op te halen en deze vervolgens te vergelijken met de meest recente scanresultaten van de patiënt. Andere aspecten van het EMR van de patiënt, zoals de relevante medische voorgeschiedenis, kunnen ook worden opgehaald en gebruikt om de diagnose te vergemakkelijken.

Er zijn verschillende bedrijven die met succes AI in beeldvormingssystemen hebben geïntegreerd, maar geen van hen is tot nu toe beschikbaar voor commercieel gebruik. Een voorbeeld van in AI geïntegreerde software voor medische beeldvorming is Viz, dat zowel de opsporing als de tijd tot behandeling verbetert bij patiënten met obstructies van grote bloedvaten (LVO’s). De software kan meerdere beelden uit verschillende ziekenhuisdatabanken screenen op LVO’s. Als een LVO wordt gedetecteerd, kan de software zowel de beroertespecialist als de huisarts van de patiënt waarschuwen om ervoor te zorgen dat de patiënt snel wordt behandeld. Voor een tijdgebonden ziekte als een beroerte heeft dit tot gevolg dat de resultaten sterk verbeteren en de kosten voor de gezondheidszorg dalen.

Cloudgebaseerde toepassingen

Zowel de snelle vooruitgang in beeldvormingstechnologie als het alomtegenwoordige gebruik van medische beelden in de gezondheidszorg hebben geleid tot een dringende behoefte aan innovatieve manieren om medische beeldvormingsgegevens op te slaan en te delen. Tegen deze achtergrond is cloud-technologie naar voren gekomen als een van de belangrijkste bepalende factoren voor de toekomst van de medische beeldvormingstechnologie. Cloudtechnologie maakt het mogelijk gegevens op te slaan en te delen, onafhankelijk van de geografische locatie, met behulp van het internet. Cloud-gebaseerde toepassingen voor medische beeldvorming vergemakkelijken de opslag en het ophalen van beeldvormingsbestanden in DICOM-formaat. Zij verhogen de efficiëntie en verlagen de kosten. Professionals in de gezondheidszorg kunnen samenwerken aan medische beeldvormingsgegevens van over de hele wereld. Het eindresultaat is betere gezondheidsresultaten voor patiënten.

Op cloud gebaseerde toepassingen verbeteren ook het ‘blockchain’-proces. Een ‘blockchain’ is, simpel gezegd, de toevoeging van een nieuw digitaal record aan een oud record, net als het toevoegen van een nieuwe schakel aan een bestaande fysieke keten. Beelden die in de cloud beschikbaar zijn, kunnen aan een blockchain worden toegevoegd, waardoor de medische informatie van de patiënt toegankelijk wordt voor elke arts waar ook ter wereld.

PostDICOM – On the Cutting Edge of Medical Imaging Technology

PostDICOM combineert het beste van het nieuwste op het gebied van medische beeldvormingstechnologie. Het is een van de weinige cloud-based DICOM viewing applicaties die er zijn. De DICOM bestanden opgeslagen op de cloud PACS server zijn beveiligd met SSL encryptie. PostDICOM bevat medische 3D-beeldvormingstechnologie en biedt geavanceerde functies voor beeldmanipulatie, waaronder multiplanaire reconstructie, intensiteitsprojectie (maximum, gemiddelde en minimum), en beeldfusie. Klinische documenten kunnen ook worden opgeslagen en bekeken met de toepassing. De applicatie is compatibel met alle belangrijke besturingssystemen (Windows, Mac OS, Linus) en kan worden gebruikt vanaf laptops, tablets en smartphones. Het beste van alles is dat het voor basisgebruikers helemaal gratis is, en het gratis gebruik wordt geleverd met 50 GB cloudopslagruimte.