Medicinsk bildteknik idag och vart den är på väg

När du hör termen ”medicinsk bildteknik” är den första bilden som du kommer att tänka på en röntgenbild, eller en röntgenbild som den är mer känd. Även om röntgenbilder är den äldsta och fortfarande den mest använda metoden för medicinsk avbildning finns det idag så mycket mer inom detta fascinerande och innovativa vetenskapsområde. I den här artikeln försöker vi gå igenom det aktuella läget och de senaste framstegen inom medicinsk bildteknik samt avgränsa områden där stora genombrott förväntas inom en inte alltför avlägsen framtid.

Uttrycket ”medicinsk bildteknik” har en bred definition och omfattar alla tekniker som hjälper sjukvårdspersonal att se kroppens inre eller områden som inte är synliga för blotta ögat. Visualisering av dessa strukturer kan underlätta sjukdomsdiagnostik, behandlingsplanering, behandlingsutförande – t.ex. genom bildstyrda ingrepp – samt övervakning och kontroll.

Den stora omfattningen av medicinsk diagnostisk avbildning – vad den innehåller

I dag är medicinsk avbildning en väsentlig del av sjukdomsdiagnostik och -hantering. Den tidigaste formen av medicinsk bilddiagnostik var röntgenapparaten, som introducerades av Roentgen 1895. Sedan dess har den radiografiska avbildningen kommit långt, och traditionell röntgenstrålning ersätts snabbt av datortomografi (CT), som kombinerar databehandlingens kraft med röntgenbilder. Datortomografer tar bilder i tre olika plan. CT-tekniken i sig har förfinats under årens lopp. Bildskivornas tjocklek har minskats och spiral-CT:n har kommit som dramatiskt minskar bildinsamlingstiden.

Magnetisk resonanstomografi (MRI) dök upp i slutet av 1900-talet, vid en tidpunkt då oron för strålningsexponering vid medicinsk avbildning var som störst. Detta bildsystem använder naturliga magnetfält för att ta bilder av kroppens inre strukturer. Även om MRT till en början hade begränsad diagnostisk användning har förbättringar av utrustningen gjort det möjligt för den att bli den bildgivande modaliteten i första hand för mjukvävnader och kärlstrukturer. Nyare MRT-maskiner är kompakta och öppna apparater som inte längre får patienterna att känna klaustrofobi.

Ultrasonografi är en annan avbildningsmetod som inte använder strålning. Den använder reflekterade ljudvågor för att måla upp en bild av inre organ. En stor fördel med ultraljud är dess bärbarhet. Det har fått en utbredd medicinsk tillämpning, t.ex. för undersökningar vid sängkanten, för att studera kärlstrukturer och inom förlossningsvården för att bedöma fostrets hälsa.

Andra avancerade medicinska avbildningstekniker har utnyttjat kraften hos nukleära radioisotoper. Positronemissionstomografi (PET) gör det möjligt för radiomärkta molekyler, t.ex. glukos, att tas upp av kroppsvävnader. De upptäcks sedan av sensorer och deras fördelning ger ledtrådar till diagnosen. Införandet av kontrastmedel har lett till platsspecifik avbildning, t.ex. CT-angiografi. Radiomärkt material injiceras i blodomloppet och kärlstrukturer kan lätt visualiseras. Detta hjälper till att identifiera vaskulära anomalier och blödningar. Radiomärkta molekyler kan också tas upp av vissa vävnader, vilket bidrar till att begränsa diagnosen. Till exempel används technetium-99 vid skanning av ben och jod-131 vid undersökning av sköldkörtelvävnad. Ofta kombineras två eller flera av ovanstående avbildningstekniker för att ge läkaren en bestämd uppfattning om vad som pågår i patientens kropp.

Hur tekniken för medicinsk avbildning har utvecklats under årens lopp

Tekniken för medicinsk avbildning har utvecklats med stormsteg under årens lopp. Detta har inte begränsats till de modaliteter genom vilka bilderna förvärvas. Det har varit en ständigt ökande betoning på efterbehandling och nyare mer avancerade sätt att dela och lagra medicinska bilder. Tanken här är att dra maximal nytta av befintlig teknik och sprida den till så många människor som möjligt.

Inom området för diagnostisk medicinsk avbildning kan kliniker nu manipulera bilder för att få större insikter och information från samma uppsättning data.

Framsteg i lagring och hämtning av bilddata

Med tanke på de olika typer av bilddiagnostik som används idag och de unika data som de producerar är integration och enkelt samarbete av största intresse för sjukvårdsinstitut och slutanvändare. Nästan alla typer av bilder förvärvas idag digitalt och består av enorma datafiler. En viktig utveckling i detta avseende har varit införandet av PACS (Picture Archiving and Communications System). Det är en plattform som möjliggör integrerad lagring och visning av medicinska bilder från olika apparater och system. I PACS-servern lagras bilderna huvudsakligen i DICOM-formatet (Digital Imaging and Communications in Medicine).

DICOM är en standard som utvecklats av American College of Radiologists. Alla bilder, inklusive datortomografi, MRT, ultraljud och PET-undersökningar ska lagras, hämtas och delas endast i DICOM-formatet. I DICOM-formatet finns patientuppgifter inbäddade i bilden för att minimera diagnostiska fel. Ett antal program för DICOM-visning finns på marknaden, och alla har olika funktioner som hjälper kliniker vid diagnos och behandlingsplanering.

Avancerade verktyg för medicinsk avbildning

Medicinsk 3D-avbildningsteknik

En av nackdelarna med befintliga medicinska avbildningstekniker har varit att de är tvådimensionella, medan kroppens vävnader och organ är tredimensionella. För att uppfatta en struktur i tre dimensioner krävs att kliniker tittar på bildskivor tagna från olika vinklar och sedan rekonstruerar en mental bild för tolkning. Detta är en tidskrävande process som är känslig för fel. 3D-avbildning har länge varit ett mål för tillverkare av avancerad programvara och utrustning för medicinsk avbildning. 3D-bildåtergivning erbjuds nu av flera DICOM-tillämpningar. Den bygger vanligtvis på rekonstruktion av 2D-bilder. Med 3D-rekonstruktion slipper klinikerna gå igenom flera sektionsbilder och fokuserar på det område som är av intresse. 3D-bildåtergivning möjliggör också volymetrisk analys, vilket är ett mycket användbart verktyg när man ska ställa en klinisk diagnos.

En annan avknoppning av 3D-rekonstruktion är multiplanär rekonstruktion (MPR). MPR är processen att erhålla nya bildskivor från den 3D-rekonstruerade modellen. De nya skivorna ligger i andra plan än för de skivor som ursprungligen förvärvades. Detta blir särskilt användbart när man följer förloppet av stora strukturer som aorta.

Intensitetsprojektioner

Avbildningsprogram har idag flera funktioner som hjälper sjukvårdspersonal att detaljstudera sin region av intresse. En sådan funktion är intensitetsprojektion. Kliniker kan välja att redigera bilden av ett rekonstruerat område genom att endast visa de maximala eller minimala CT-värdena. Dessa kallas maximal respektive minimal intensitetsprojektion (MIP och MINIP). De ökar kontrasten mellan det intressanta området och de omgivande normala vävnaderna.

Sannolik 3D-avbildning

Tekniken för 3D-rekonstruktion är fortfarande inte så exakt som vi skulle vilja att den var, och vissa läkare föredrar att gå igenom flera 2D-sektioner för att undvika fel. En intressant utveckling på detta område är ”äkta” 3D-avbildning. Detta innovativa bildsystem gör det möjligt för kliniker att se och interagera med en virtuell kopia av ett organ eller en kroppsstruktur. Bilden visas i form av ett hologram, och kliniker kan virtuellt rotera strukturen, skära tvärsnitt och identifiera viktiga anatomiska landmärken. Ett sådant verktyg kan bli oumbärligt för att planera operationer i framtiden.

Bildfusion

Ett avancerat verktyg för medicinsk avbildning som kallas bildfusion finns i många DICOM-tillämpningar. Det gör det möjligt att slå samman två eller flera bilddatamängder till en enda fil. Detta kan kombinera fördelarna med olika avbildningsmodaliteter. De vanligaste och mest användbara bildfusionsteknikerna är PET/CT- och PET/MR-bildfusion, som kombinerar fördelarna med PET-skanning, CT-skanning och MRT. PET hjälper till att identifiera och lokalisera det intressanta området (vanligtvis ett malignt eller inflammerat område). CT ger utmärkta anatomiska detaljer om skadans utbredning samt de vävnadsplan som är involverade. MRT hjälper till att uppnå upplösning av mjukvävnad. När de kombineras tillsammans sker en anmärkningsvärd ökning av känsligheten och specificiteten hos diagnostiska bildundersökningar.

Real-time Imaging

Traditionellt sett har det alltid varit underförstått att det skulle finnas en ”fördröjning” mellan den tidpunkt då bilden förvärvas och den tidpunkt då den tolkas. Fördröjningen beror på den tid det tar att bearbeta och förbereda bilden, presentera den för radiologen och sedan för radiologen att se varje del av bilden och tillämpa sina kunskaper för att tolka den. Denna fördröjning kan ha en betydande inverkan på de kliniska resultaten, särskilt i akuta situationer, t.ex. vid trauma, där tiden är av yttersta vikt.

I dag erbjuder många bildsystem ”realtidsresultat”, vilket innebär att fördröjningen mellan bildförvärv och tolkning antingen är minimal eller obefintlig. Kliniker kan se bilderna på en skärm medan patienten fortfarande befinner sig i bilddiagnostiken. Detta minskar inte bara fördröjningen, utan har den ytterligare fördelen att man kan se kroppssystem i arbete i realtid och på så sätt bedöma deras funktionella integritet. På detta sätt kan t.ex. matstrupens sväljningsfunktion utvärderas för att hitta möjliga orsaker till dysfagi. På samma sätt kan fosterrörelser ses i realtid med ultraljud. Kraften hos realtidsbilder gör det möjligt för kirurger att fatta beslut intraoperativt.

En glimt av framtiden för medicinsk bildteknik

Konstgjord intelligens

Konstgjord intelligens (AI) hänvisar till maskiners förmåga att simulera mänsklig intelligens. Detta gäller främst kognitiva funktioner, t.ex. inlärning och problemlösning. Inom ramen för medicinsk avbildning kan artificiell intelligens tränas för att upptäcka anomalier i mänsklig vävnad – vilket underlättar både diagnostisering av sjukdomar och övervakning av deras behandling. Det finns tre sätt på vilka AI kan hjälpa radiologer. AI kan sålla igenom enorma datamängder av bilder och patientinformation i övermänskliga hastigheter. Detta kan påskynda arbetsflöden. För det andra kan AI tränas för att upptäcka anomalier som är för små för att urskiljas med blotta ögat. Detta kan förbättra den diagnostiska noggrannheten. För det tredje kan artificiell intelligens användas för att hämta tidigare bildundersökningar från patientens elektroniska patientjournal (EMR) och sedan jämföra dem med patientens senaste undersökningsresultat. Andra aspekter av patientens EMR, t.ex. eventuell relevant sjukdomshistoria, kan också hämtas och användas för att underlätta diagnosen.

Flera företag har lyckats införliva artificiell intelligens i bildbehandlingssystem, men inget av dem är än så länge tillgängligt för kommersiell användning. Ett exempel på AI-integrerad programvara för medicinsk avbildning är Viz, som förbättrar både upptäckt och tid till behandling hos patienter med stora kärlobstruktioner (LVO). Programvaran kan granska flera bilder i flera sjukhusdatabaser för att hitta LVOs. Om en LVO upptäcks kan programvaran varna både strokespecialisten och patientens primärvårdsläkare för att se till att patienten får snabb behandling. För en tidsbunden sjukdom som stroke har detta effekten att resultaten förbättras avsevärt och att kostnadsbördan för hälso- och sjukvårdssystemet minskas.

Molnbaserade tillämpningar

Både de snabba framstegen inom bildteknik och den allestädes närvarande användningen av medicinska bilder inom hälso- och sjukvården har resulterat i ett brådskande behov av att hitta innovativa sätt att lagra och dela medicinska bilddata. Mot denna bakgrund har molnteknik framstått som en av de viktigaste faktorerna för framtiden för medicinsk bildteknik. Molntekniken gör det möjligt att lagra och dela data oberoende av geografisk plats med hjälp av Internet. Molnbaserade tillämpningar för medicinsk avbildning underlättar lagring och hämtning av bildfiler i DICOM-format. De ökar effektiviteten och minskar kostnaderna. Hälso- och sjukvårdspersonal kan samarbeta om medicinska bilddata från hela världen. Slutresultatet blir bättre hälsoresultat för patienterna.

Molnbaserade tillämpningar förbättrar också ”blockchain”-processen. En ”blockkedja” är i enkla termer ett tillägg av ett nytt digitalt register till ett gammalt, precis som att lägga till en ny länk till en befintlig fysisk kedja. Bilder som finns tillgängliga i molnet kan läggas till i en blockkedja, vilket sedan gör patientens medicinska information tillgänglig för vilken läkare som helst var som helst i världen.

PostDICOM – i framkant av tekniken för medicinsk avbildning

PostDICOM kombinerar det bästa av det senaste inom tekniken för medicinsk avbildning. Det är ett av få molnbaserade program för DICOM-visning som finns på marknaden. De DICOM-filer som lagras på PACS-servern i molnet är säkrade med SSL-kryptering. PostDICOM innehåller medicinsk 3D-bildteknik och erbjuder avancerade bildbehandlingsfunktioner, inklusive multiplanär rekonstruktion, intensitetsprojektion (maximal, genomsnittlig och minimal) och bildfusion. Kliniska dokument kan också lagras och visas med programmet. Den är kompatibel med alla större operativsystem (Windows, Mac OS, Linus) och kan nås från bärbara datorer, surfplattor och smartphones. Det bästa av allt är att det är helt gratis för basanvändare, och vid gratis användning ingår 50 GB lagringsutrymme i molnet.