Technologia obrazowania medycznego dzisiaj i gdzie jest kierowana

Gdy słyszysz termin „obrazowanie medyczne”, pierwszym obrazem, który przychodzi na myśl jest obraz radiograficzny lub rentgenowski, jak to jest bardziej powszechnie znane. Podczas gdy radiogramy są najstarszą i nadal najczęściej stosowaną metodą obrazowania medycznego, jest o wiele więcej do tej intrygującej i innowacyjnej dziedziny nauki dzisiaj. W tym artykule, staramy się przejrzeć obecny stan rzeczy i najnowsze osiągnięcia w technologii obrazowania medycznego, jak również wyznaczyć obszary, w których główne przełomy są przewidywane w niedalekiej przyszłości.

Termin „technologia obrazowania medycznego” ma szeroką definicję i obejmuje każdą technikę, która pomaga pracownikom medycznym zobaczyć wnętrze ciała lub obszary, które nie są widoczne gołym okiem. Wizualizacja tych struktur może pomóc w diagnozowaniu choroby, planowaniu leczenia, wykonywaniu leczenia – np. poprzez interwencję kierowaną obrazem – oraz monitorowaniu i nadzorze.

The Vast Scope of Medical Diagnostic Imaging – What it Entails

Dzisiaj obrazowanie medyczne jest integralną częścią diagnostyki i zarządzania chorobami. Najwcześniejszą formą diagnostyki obrazowej była jednostka rentgenowska, wprowadzona przez Roentgena w 1895 roku. Od tego czasu obrazowanie radiograficzne przeszło długą drogę, a tradycyjne zdjęcia rentgenowskie są szybko zastępowane przez tomografię komputerową (CT), która łączy moc przetwarzania komputerowego z obrazowaniem rentgenowskim. Tomografy komputerowe wykonują zdjęcia w trzech różnych płaszczyznach. Z biegiem lat sama technologia tomografii komputerowej uległa udoskonaleniu. Grubość plasterków obrazu została zmniejszona i pojawiła się spiralna tomografia komputerowa, która znacznie skraca czas akwizycji obrazu.

Rezonans magnetyczny (MRI) pojawił się pod koniec XX wieku, w czasie, gdy obawy dotyczące narażenia na promieniowanie podczas obrazowania medycznego były największe. Ten system obrazowania wykorzystuje naturalne pola magnetyczne do pozyskiwania obrazów wewnętrznych struktur ciała. Chociaż początkowo MRI miał ograniczone zastosowanie diagnostyczne, udoskonalenie sprzętu pozwoliło mu stać się metodą obrazowania z wyboru dla tkanek miękkich i struktur naczyniowych. Nowsze maszyny MRI to kompaktowe i otwarte urządzenia, które nie powodują już u pacjentów uczucia klaustrofobii.

Ultrasonografia to kolejna metoda obrazowania, która nie wykorzystuje promieniowania. Wykorzystuje ona odbite fale dźwiękowe do malowania obrazu narządów wewnętrznych. Główną zaletą ultrasonografii jest jej przenośność. Zyskała ona szerokie zastosowanie w medycynie, np. do badań przyłóżkowych, badania struktur naczyniowych oraz w położnictwie do oceny stanu zdrowia płodu.

Inne zaawansowane techniki obrazowania medycznego wykorzystały moc radioizotopów jądrowych. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) umożliwia pobieranie przez tkanki ciała cząsteczek znakowanych radioaktywnie, takich jak glukoza. Są one następnie wykrywane przez czujniki, a ich rozmieszczenie daje wskazówki do postawienia diagnozy. Wprowadzenie środków kontrastowych umożliwiło obrazowanie specyficzne dla danego miejsca, takie jak angiografia TK. Materiał znakowany radiologicznie jest wstrzykiwany do krwiobiegu i struktury naczyniowe mogą być łatwo uwidocznione. Pomaga to w identyfikacji anomalii naczyniowych i krwawień. Cząsteczki znakowane radiologicznie mogą być również pobierane przez określone tkanki, co pomaga w zawężeniu diagnozy. Na przykład technet-99 jest stosowany w skanowaniu kości, a jod-131 jest używany do badania tkanki tarczycy. Często łączy się dwie lub więcej z powyższych technik obrazowania, aby dać lekarzowi konkretny obraz tego, co dzieje się w ciele pacjenta.

How Medical Imaging Technology has Progressed Over the Years

Medical imaging technology has progressed by leaps and bounds over the years. To nie było ograniczone do modalności, przez które obrazy są nabywane. Coraz większy nacisk kładzie się na postprocessing i nowsze, bardziej zaawansowane sposoby udostępniania i przechowywania obrazów medycznych. Chodzi o to, aby wydobyć maksymalne korzyści z istniejących technologii i rozpowszechnić je wśród jak największej liczby osób.

W sferze diagnostyki obrazowej, klinicyści mogą teraz manipulować obrazami, aby uzyskać większy wgląd i informacje z tego samego zestawu danych.

Postępy w przechowywaniu i odzyskiwaniu danych obrazowych

Wobec różnych typów urządzeń do obrazowania stosowanych obecnie i unikalnych danych, które wytwarzają, integracja i łatwość współpracy mają pierwszorzędne znaczenie dla instytutów opieki zdrowotnej i użytkowników końcowych. Prawie wszystkie rodzaje obrazów są obecnie pozyskiwane cyfrowo i składają się z ogromnych plików danych. Ważnym wydarzeniem w tym zakresie było wprowadzenie systemu PACS (Picture Archiving and Communications System). Jest to platforma, która pozwala na zintegrowane przechowywanie i przeglądanie obrazów medycznych pochodzących z różnych urządzeń i systemów. W serwerze PACS obrazy przechowywane są głównie w formacie DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

DICOM jest standardem opracowanym przez American College of Radiologists. Wszystkie obrazy, w tym tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny, ultrasonografia i skany PET mają być przechowywane, wyszukiwane i udostępniane wyłącznie w formacie DICOM. Format DICOM zawiera szczegóły dotyczące pacjenta osadzone w obrazie w celu zminimalizowania błędów diagnostycznych. Na rynku dostępnych jest wiele aplikacji do przeglądania obrazów DICOM, a każda z nich ma inny zestaw funkcji, które pomagają klinicystom w diagnozowaniu i planowaniu leczenia.

Zaawansowane narzędzia obrazowania medycznego

Medyczna technologia obrazowania 3D

Jedną z wad istniejących technik obrazowania medycznego są ich dwuwymiarowe wyniki, podczas gdy tkanki i organy ciała są trójwymiarowe. Wyobrażenie sobie struktury w trzech wymiarach wymaga od klinicystów spojrzenia na plasterki obrazu wykonane pod różnymi kątami, a następnie zrekonstruowania mentalnego obrazu do interpretacji. Jest to proces czasochłonny i podatny na błędy. Obrazowanie 3D od dawna było celem twórców zaawansowanego oprogramowania i urządzeń do obrazowania medycznego. Renderowanie obrazów 3D jest obecnie oferowane przez kilka aplikacji DICOM. Zwykle opiera się ono na rekonstrukcji obrazów 2D. Rekonstrukcja 3D oszczędza klinicystom kłopotów z przeglądaniem wielu przekrojów obrazów i zawęża obszar zainteresowania. Obrazowanie 3D pozwala również na analizę wolumetryczną, która jest niezwykle użytecznym narzędziem przy stawianiu diagnozy klinicznej.

Innym odgałęzieniem rekonstrukcji 3D jest rekonstrukcja wielopłaszczyznowa (MPR). MPR jest procesem uzyskiwania nowych plasterków obrazu z modelu zrekonstruowanego w 3D. Nowe plasterki są w innych płaszczyznach niż te, które zostały pierwotnie pozyskane. Staje się to szczególnie przydatne podczas śledzenia przebiegu głównych struktur, takich jak aorta.

Projekcje intensywności

Oprogramowanie do obrazowania ma obecnie wiele funkcji ułatwiających pracownikom służby zdrowia szczegółowe badanie regionu zainteresowania. Jedną z takich funkcji jest projekcja intensywności. Klinicyści mogą wybrać edycję obrazu zrekonstruowanego obszaru poprzez wyświetlanie tylko maksymalnych lub minimalnych wartości CT. Są one nazywane odpowiednio projekcjami maksymalnej i minimalnej intensywności (MIP i MINIP). Zwiększają one kontrast między obszarem zainteresowania a otaczającymi go normalnymi tkankami.

Prawdziwe obrazowanie 3D

Technologia rekonstrukcji 3D nadal nie jest tak precyzyjna, jak byśmy sobie tego życzyli, i niektórzy lekarze wolą przechodzić przez wiele przekrojów 2D, aby uniknąć błędów. Ciekawym osiągnięciem w tej dziedzinie jest obrazowanie „True” 3D. Ten innowacyjny system obrazowania pozwala klinicystom na oglądanie i interakcję z wirtualną repliką organu lub struktury ciała. Obraz jest wyświetlany w formie hologramu, a klinicyści mogą wirtualnie obracać strukturę, wycinać przekroje i identyfikować istotne anatomiczne punkty orientacyjne. Takie narzędzie może stać się niezbędne do planowania operacji w przyszłości.

Image Fusion

Zaawansowane narzędzie obrazowania medycznego zwane fuzją obrazów jest dostępne w wielu aplikacjach DICOM. Umożliwia ono łączenie dwóch lub więcej zestawów danych obrazowych w jeden plik. W ten sposób można połączyć zalety różnych metod obrazowania. Najczęstszymi i najbardziej użytecznymi technikami fuzji obrazów są PET/CT i PET/MR, które łączą zalety skanowania PET, tomografii komputerowej i MRI. PET pomaga w identyfikacji i lokalizacji obszaru zainteresowania (zwykle złośliwego lub objętego stanem zapalnym). Tomografia komputerowa dostarcza doskonałych szczegółów anatomicznych dotyczących rozległości zmiany oraz płaszczyzn tkanek objętych badaniem. MRI pomaga w uzyskaniu rozdzielczości tkanek miękkich. Połączenie tych metod pozwala na znaczne zwiększenie czułości i swoistości diagnostycznych badań obrazowych.

Real-time Imaging

Tradycyjnie zawsze uważano, że istnieje „opóźnienie” między momentem uzyskania obrazu a jego interpretacją. Opóźnienie to wynika z czasu potrzebnego na przetworzenie i przygotowanie obrazu, przedstawienie go radiologowi, a następnie na obejrzenie przez radiologa każdego fragmentu obrazu i zastosowanie jego wiedzy do interpretacji. Opóźnienie to może znacząco wpływać na wyniki kliniczne, zwłaszcza w sytuacjach nagłych, takich jak urazy, gdzie czas ma kluczowe znaczenie.

Dzisiaj wiele systemów obrazowania oferuje wyniki w czasie rzeczywistym, co oznacza, że opóźnienie między uzyskaniem obrazu a jego interpretacją jest minimalne lub nie ma go wcale. Lekarze mogą oglądać obrazy na ekranie, gdy pacjent nadal znajduje się w jednostce obrazowania. Pozwala to nie tylko skrócić czas oczekiwania, ale także daje dodatkową korzyść w postaci możliwości oglądania w czasie rzeczywistym pracujących układów organizmu, a tym samym oceny ich integralności funkcjonalnej. Na przykład można w ten sposób ocenić funkcję połykania przełyku pod kątem możliwych przyczyn dysfagii. Podobnie, ruchy płodu mogą być obserwowane w czasie rzeczywistym za pomocą ultradźwięków. Potęga obrazowania w czasie rzeczywistym umożliwia chirurgom podejmowanie decyzji śródoperacyjnie.

Wgląd w przyszłość technologii obrazowania medycznego

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencja (AI) odnosi się do zdolności maszyn do symulowania ludzkiej inteligencji. Dotyczy to głównie funkcji poznawczych, takich jak uczenie się i rozwiązywanie problemów. W kontekście obrazowania medycznego, AI może być szkolona do wykrywania anomalii w ludzkiej tkance – tym samym pomagając zarówno w diagnozowaniu chorób, jak i monitorowaniu ich leczenia. Istnieją trzy sposoby, w jakie AI może wspomagać radiologów. SI może z nadludzką szybkością przeszukiwać ogromne zbiory danych obrazów i informacji o pacjentach. Może to przyspieszyć przepływ pracy. Po drugie, SI może być szkolona do wykrywania anomalii, które są zbyt małe, aby można je było dostrzec gołym okiem. Może to poprawić dokładność diagnostyki. Po trzecie, SI może być wykorzystywana do pobierania wcześniejszych skanów obrazowych z elektronicznej dokumentacji medycznej pacjenta (EMR), a następnie porównywania ich z wynikami najnowszych skanów pacjenta. Inne aspekty EMR pacjenta, takie jak każda istotna historia medyczna, mogą również zostać pobrane i wykorzystane do ułatwienia diagnozy.

Kilku firmom udało się włączyć AI do systemów obrazowania, ale żadna z nich nie jest jeszcze dostępna do użytku komercyjnego. Jednym z przykładów zintegrowanego z AI oprogramowania do obrazowania medycznego jest Viz, które poprawia zarówno wykrywanie, jak i czas leczenia u pacjentów z niedrożnością dużych naczyń (LVO). Oprogramowanie jest w stanie przesiewać wiele obrazów z kilku szpitalnych baz danych w poszukiwaniu LVO. W przypadku wykrycia LVO, oprogramowanie może powiadomić zarówno specjalistę od udaru, jak i lekarza podstawowej opieki zdrowotnej pacjenta, aby zapewnić, że pacjent otrzyma szybkie leczenie. W przypadku choroby związanej z upływem czasu, takiej jak udar, skutkuje to znaczną poprawą wyników i zmniejszeniem obciążenia systemu opieki zdrowotnej kosztami.

Aplikacje oparte na chmurze

Zarówno szybki postęp w technologii obrazowania, jak i wszechobecne wykorzystanie obrazów medycznych w opiece zdrowotnej spowodowały pilną potrzebę znalezienia innowacyjnych sposobów przechowywania i udostępniania danych obrazowania medycznego. W tym kontekście, technologia chmury pojawiła się jako jeden z głównych wyznaczników przyszłości technologii obrazowania medycznego. Technologia chmury umożliwia przechowywanie i udostępnianie danych niezależnie od lokalizacji geograficznej za pomocą Internetu. Aplikacje obrazowania medycznego oparte na chmurze ułatwiają przechowywanie i wyszukiwanie plików obrazowych w formacie DICOM. Zwiększają one wydajność i obniżają koszty. Pracownicy służby zdrowia mogą współpracować nad danymi obrazowania medycznego z całego świata. Efektem końcowym są lepsze wyniki zdrowotne dla pacjentów.

Aplikacje oparte na chmurze usprawniają również proces „blockchain”. Blockchain”, w prostych słowach, to dodanie nowego cyfrowego zapisu do starego, podobnie jak dodanie nowego ogniwa do istniejącego łańcucha fizycznego. Obrazy dostępne w chmurze mogą zostać dodane do blockchaina, który następnie sprawia, że informacje medyczne pacjenta są dostępne dla każdego lekarza na całym świecie.

PostDICOM – On the Cutting Edge of Medical Imaging Technology

PostDICOM łączy w sobie to, co najlepsze w najnowszej technologii obrazowania medycznego. Jest to jedna z zaledwie kilku aplikacji do przeglądania plików DICOM w chmurze. Pliki DICOM przechowywane na serwerze PACS w chmurze są zabezpieczone za pomocą szyfrowania SSL. PostDICOM wykorzystuje medyczną technologię obrazowania 3D i oferuje zaawansowane funkcje manipulacji obrazem, w tym rekonstrukcję wielopłaszczyznową, projekcję intensywności (maksymalna, średnia i minimalna) oraz fuzję obrazów. Za pomocą aplikacji można również przechowywać i przeglądać dokumenty kliniczne. Aplikacja jest kompatybilna ze wszystkimi głównymi systemami operacyjnymi (Windows, Mac OS, Linus), a dostęp do niej można uzyskać z laptopów, tabletów i smartfonów. Co najlepsze, dla podstawowych użytkowników jest ona całkowicie bezpłatna, a bezpłatne użytkowanie wiąże się z 50 GB przestrzeni dyskowej w chmurze.