Vor etwas mehr als hundert Jahren wurde das Aufkommen von Röntgenstrahlen als bedeutender Sprung in der medizinischen Diagnose angesehen. Im Laufe des letzten Jahrhunderts hat sich die einfache Radiographie zu einem Spezialgebiet entwickelt - der diagnostischen medizinischen Bildgebung. Röntgenstrahlen wurden mit besserer Technologie durch digitalisierte CT-Scans genutzt, und es sind neue diagnostische medizinische Bildgebungstechniken wie MRT und Ultraschall entstanden. Die Modalitäten der medizinischen Bildgebung entwickeln sich weiter und verfeinern sich. Im Verlauf des eigentlichen Bildgebungsprozesses kommt es zu einer parallelen und ebenso wichtigen Verbesserung des Umgangs mit medizinischen Bildern und des damit verbundenen Arbeitsablaufs. In diesem Artikel befassen wir uns mit den wichtigsten Fortschritten in der medizinisch-diagnostischen Bildgebung, die die Art und Weise, wie Ärzte Patienten untersuchen und behandeln, verändert haben.
Die medizinische Bildgebung wird in erster Linie zur Diagnose von Krankheiten und zur Überwachung ihres Fortschritts eingesetzt. Es ist wichtig, dass die erzeugten Bilder von höchster Qualität sind, da sie einen direkten Einfluss auf die Patientenergebnisse haben. Um die Qualität aufrechtzuerhalten, wurde gemeinsam von der American Society of Radiology und der National Electrical Manufacturers Association eine Reihe von Standards für medizinische Bilder entwickelt. Es wird als DICOM-Standards bezeichnet, was für Digitale Bildgebung und Kommunikation in der Medizin steht. Bilder, die mit allen Geräten für die medizinische Bildgebung erstellt wurden, müssen den in dieser Norm beschriebenen Eigenschaften entsprechen. Darüber hinaus steht ein spezielles Format zum Speichern und Teilen von medizinischen Bildern zur Verfügung, das als DICOM-Format bezeichnet wird.
Alle heute hergestellten medizinischen Bildgebungsgeräte sollen den DICOM-Standards entsprechen. Das Betrachten der so erzeugten Bilder kann nicht mit gewöhnlichen Bildgebungsprogrammen erfolgen, die auf einem normalen PC verfügbar sind. Ein spezielles diagnostisches Bildgebungsprogramm ist erforderlich, das als DICOM-Workstation bezeichnet wird. Für den kommerziellen Einsatz in der medizinischen Diagnostik müssen solche diagnostischen Bildgebungsprogramme von der FDA zugelassen sein und eine spezielle Lizenz benötigen. Diese Maßnahmen stellen sicher, dass jede für klinische Zwecke entwickelte Anwendung in der Lage ist, qualitativ hochwertige medizinische Bilder genau abzubilden.
Mit der Einführung der digitalisierten medizinischen diagnostischen Bildgebung ist die Notwendigkeit, Röntgenfilme zu entwickeln, deutlich zurückgegangen. Digitale Bilder werden jedoch immer noch mit Hilfe von Druckern in „Filme“ umgewandelt. Bildgebungsfilme müssen ordnungsgemäß unter den richtigen Bedingungen gelagert werden, um Schäden im Laufe der Zeit zu vermeiden. Das Abrufen dieser Bilder aus dem Speicher kann ein zeitaufwändiger Prozess sein und erfordert engagiertes Personal für die Aufzeichnung.
PACS, was für Picture Archiving and Communications System steht, macht das physische Speichern und Abrufen von Filmen überflüssig. Es ist im Grunde eine Plattform für das virtuelle Speichern und Abrufen von medizinischen Bildern. PACS ermöglicht die Verarbeitung enormer Datenmengen im Zusammenhang mit medizinischen Bildern. Jeder Computer, der an einen bestimmten PACS-Server angeschlossen ist, kann DICOM-Bilder abrufen und diese anzeigen und sogar ändern. Die neueste Innovation war die Einführung von Cloud-basiertem PACS, bei dem das PACS anstelle des lokalen Speichers im Internet gehostet wird und jeder mit dem Internet verbundene Benutzer mit den richtigen Anmeldeinformationen auf die Bilder zugreifen kann.
PACS hat nicht nur das Speichern und Abrufen vereinfacht, sondern auch die Teleradiologie Wirklichkeit werden lassen. Heute müssen Radiologen nicht mehr in dem Bereich anwesend sein, in dem Bilder aufgenommen werden. Sie können Bilder von verschiedenen geografischen Standorten betrachten und ihre Expertenmeinung abgeben. Mithilfe der Teleradiologie kann ein einziger Radiologe Berichte für Bilder erstellen, die aus mehreren Krankenhäusern stammen. Dies spart wertvolle Zeit und Ressourcen und hilft, die Gesundheitskosten zu senken.
Da keine Filme mehr entwickelt oder gedruckt werden müssen, hat sich der Workflow-Prozess für die Erfassung und Anzeige medizinischer Bilder verbessert. Die Echtzeit-Bildgebung ist ein Konzept, bei dem es keine Zeitverzögerung zwischen der Erfassung von Bildern des Patienten und deren Betrachtung durch den Arzt gibt. Radiologen können Bilder buchstäblich betrachten, während sich der Patient noch im Scanner befindet.
Die schnellere Interpretation diagnostischer medizinischer Bilder führt zu einer sofortigen Diagnose, was wiederum eine schnelle medizinische Intervention ermöglicht. Die medizinische Bildgebung in Echtzeit spielt in Notfällen eine wichtige Rolle. Beispielsweise wurde bei Traumapatienten eine intraabdominale Verletzung früher durch diagnostische Laparoskopie oder Peritonealspülung festgestellt, die beide invasive Eingriffe waren. Heute ist die Standardbehandlung jedoch die Verwendung von FAST (Focused Abdominal Sonography in Trauma), bei der ein Echtzeit-Ultraschall verwendet wird, um schnell festzustellen, ob ein Patient eine intraabdominale Verletzung erlitten hat oder nicht. Die Echtzeit-Ultraschallbildgebung wird auch verwendet, um die Gesundheit des Fötus in der Gebärmutter zu überwachen und Wachstumsparameter zu bewerten.
Die meisten diagnostischen Bildgebungssysteme sind für die Diagnose anatomischer oder struktureller Abnormalitäten konzipiert. Die moderne medizinisch-diagnostische Bildgebung kann darüber hinaus auch Abnormalitäten der Gewebe- und Organfunktion beurteilen. Dies beinhaltet die Erkennung von Abnormalitäten in physiologischen Prozessen wie Stoffwechsel und Blutfluss. Funktionelle Bildgebung wird größtenteils durch Nuklearmedizin erreicht. Die Nuklearmedizin ist eine Spezialität der Radiologie, bei der Moleküle, die radioaktiv „markiert“ werden, in den Körper injiziert werden. Diese radioaktiven Moleküle können bevorzugt von bestimmten Organen für verschiedene physiologische Prozesse aufgenommen werden. Nach der Aufnahme können die Organe Strahlung aussenden, die von externen Scannern als „Hot Spots“ aufgenommen wird. Beispielsweise spiegelt die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) die Aufnahme radioaktiv markierter Glucose durch Zellen wider. Zellen mit erhöhter Stoffwechselaktivität, insbesondere Krebszellen, nehmen tendenziell mehr Glukose auf. Diese Technik wird daher verwendet, um Metastasierungsbereiche im Körper zu identifizieren. Ein weiteres funktionelles bildgebendes Verfahren ist die Verwendung von Schilddrüsenscans, die zur Erkennung von Hyperthyreose eingesetzt werden. Diese Untersuchungen hängen von der Aufnahme von radioaktivem Jod durch Schilddrüsenzellen ab.
Die meisten funktionellen Bildgebungsverfahren können, wenn sie alleine verwendet werden, schwierig zu interpretieren sein. Dies liegt daran, dass sie zwar Bereiche mit abnormaler physiologischer Aktivität erkennen, es jedoch schwierig sein kann, diese Bereiche anatomisch auszurichten. Dies kann durch eine Technik, die als Bildfusion bezeichnet wird, überwunden werden. Moderne diagnostische Bildgebungsprogramme ermöglichen die Fusion von zwei oder mehr Diagnosetechniken. Beispielsweise kann die Fusion eines PET-Scans mit einem CT-Scan helfen, festzustellen, ob Metastasen vorliegen oder nicht, und auch die anatomischen Zonen, in denen Metastasen aufgetreten sind, genau identifizieren.
Nachbearbeitungstechniken beziehen sich auf Interventionen, die auf diagnostische medizinische Bilder angewendet werden, nachdem die Bilder vom Patienten aufgenommen wurden. Nachbearbeitungstechniken werden normalerweise mithilfe eines fortschrittlichen diagnostischen Bildgebungsprogramms durchgeführt. Sie liefern dem Radiologen Informationen, die nicht verfügbar sind, indem sie sich nur die Originalbilder ansehen. Einige der nützlichsten Nachbearbeitungstechniken, die in der medizinischen diagnostischen Bildgebung verwendet werden, sind:
3D-Rekonstruktion: Ein kritischer Nachteil der medizinisch-diagnostischen Bildgebung besteht darin, dass sie zweidimensional ist. Nichtsdestotrotz ermöglicht die neueste Technologie die Betrachtung von Bildern als dreidimensionale Objekte, indem mehrere Bildscheiben aufgenommen und gestapelt werden. Dies ermöglicht eine bessere anatomische Orientierung und ist einfacher zu interpretieren. Es hilft auch, die Beziehung zwischen verschiedenen Strukturen zu verstehen. Eine andere Form der 3D-Rekonstruktion ist die multiplanare Rekonstruktion. Dabei kann der Radiologe das 3D-Objekt aufnehmen, nach Belieben drehen und in einem beliebigen Winkel schneiden, der sich von den ursprünglich erfassten Schnitten unterscheidet. Diese Techniken helfen dem Radiologen, die anatomische Struktur virtuell zu betrachten, als würden sie sie physisch festhalten und schneiden, was ihnen ein unübertroffenes Maß an Genauigkeit verleiht.
Intensitätsprojektionen: Dies basiert auf der Prämisse, dass verschiedene Strukturen im Körper unterschiedliche Strahlungsmengen absorbieren und reflektieren, was sich in ihren CT-Zahlen widerspiegeln würde. In Projektionen mit maximaler Intensität (MIP) werden nur Regionen mit den höchsten CT-Zahlen angezeigt. MIP ist am nützlichsten in der CT-Angiographie, wo es hilft, große Blutgefäße von anderen anatomischen Strukturen zu unterscheiden. In Projektionen mit minimaler Intensität (MINIP) werden nur die Regionen mit den niedrigsten CT-Zahlen angezeigt. MINIP ist äußerst nützlich bei Lungenparenchym-Erkrankungen, die sich als hypoattenuierte CT-Werte präsentieren. Beispielsweise sind bei Patienten mit konstriktiver obstruktiver Bronchiolitis CT-Veränderungen äußerst subtil. Die Verwendung von MINIP kann diese Änderungen auffälliger machen.
Künstliche Intelligenz (KI) ist eine aufregende Front, die langsam in die medizinische diagnostische Bildgebung vordringt. Künstliche Intelligenz ist die Fähigkeit von Maschinen, kognitive Entscheidungen wie Lernen und Problemlösung zu treffen. Indem sie Computern Deep-Learning-Algorithmen zuführen, können sie lernen, zwischen verschiedenen digitalen Mustern zu unterscheiden, und können so bei der Diagnose helfen. Ein Forscherteam der Stanford University hat beispielsweise einen solchen Algorithmus für Röntgenaufnahmen des Brustkorbs entwickelt. Die Forscher behaupten, dass Computer mithilfe dieses Algorithmus das Vorhandensein oder Fehlen einer Lungenentzündung besser erkennen können als Radiologen. Das Radiologie-Team von UCSF arbeitet inzwischen mit GE zusammen, um eine Reihe von Algorithmen zu entwickeln, die helfen können, zwischen normalen und abnormalen Röntgenaufnahmen des Brustkorbs zu unterscheiden. Eine weitere medizinische Anwendung namens Viz hilft dabei, mehrere Bilder in mehreren Krankenhausdatenbanken auf große Gefäßverschlüsse (LVO) zu überprüfen, die auf einen bevorstehenden Schlaganfall hinweisen. Wenn ein LVO erkannt wird, kann die Software sowohl den Schlaganfallspezialisten als auch den Hausarzt des Patienten alarmieren, um sicherzustellen, dass der Patient umgehend behandelt wird.
Während PACS medizinische Bilder speichert, werden andere medizinische Informationen in verschiedenen Systemen gespeichert. Gesundheitsinformationssysteme (HIS) speichern beispielsweise Informationen zur Krankengeschichte des Patienten, zu klinischen Details und Laboruntersuchungen. Radiologische Informationssysteme (RIS) verwalten Bilddaten unabhängig von den tatsächlichen Bildern, wie Empfehlungen, Anforderungen, Rechnungsdetails und Interpretationen. Alle diese Informationssysteme sind voneinander getrennt. Im Umgang mit einem Patienten muss ein Arzt jedoch häufig alle diese Details zusammen zur Hand haben, um eine Diagnose zu stellen und eine Behandlung zu planen. Die Integration aller Informationssysteme in eine einzige Krankenakte, auf die über einen einzigen Server zugegriffen werden kann, kann dazu beitragen, den Arbeitsablauf zu optimieren und sowohl die Genauigkeit als auch den Durchsatz zu verbessern
Steigende Gesundheitskosten: Da die diagnostische Bildgebung weiter voranschreitet, ist jede neue Entwicklung mit Kosten verbunden. Die Kosten der Technologie selbst, die Forschungskosten und die Kosten für die Implementierung spiegeln sich schließlich als ein Parameter wider - die gestiegenen Kosten für die Gesundheitsversorgung des Patienten. Vielleicht verlassen sich Entwicklungsländer deshalb immer noch auf manuelle Röntgenbildgebung und manuell entwickelte Filme zur Diagnose von Grunderkrankungen und reservieren fortschrittliche Bildgebungstechniken für komplexere Gesundheitszustände. Wenn jedoch alle von Fortschritten in der diagnostischen medizinischen Bildgebung profitieren sollen, müssen Anstrengungen unternommen werden, um die Kosten für neue medizinische Technologien auf einem erschwinglichen Niveau zu halten.
Schutz von Patientendaten und Privatsphäre: Da die diagnostische Bildgebung stärker auf webbasierte Technologien angewiesen ist, werden Patienteninformationen online hochgeladen und gespeichert. Es gibt einen grundlegenden Schutz, da nur bestimmte Benutzerkonten, die Ärzten und Krankenhäusern gehören, auf PACS-Server zugreifen können. Wenn Bilder zu Lehr- oder Forschungszwecken exportiert werden, besteht die Möglichkeit, Daten zu anonymisieren, die zur Identifizierung von Patienten verwendet werden könnten. Trotzdem gab es Bedenken hinsichtlich einer Datenverletzung und des Verlusts der Privatsphäre von Patienten. Es ist dringend erforderlich, politische Maßnahmen zu ergreifen, die den Schutz von medizinischen Bildgebungsdaten auf PACS-Servern gewährleisten.
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