Medizinische Bildgebungstechnologie heute und wohin sie sich entwickelt

Wenn Sie den Begriff ‚medizinische Bildgebung‘ hören, denken Sie zuerst an eine Röntgenaufnahme, oder Röntgenbild, wie es allgemein bekannt ist. Während Röntgenaufnahmen die älteste und immer noch am häufigsten verwendete Methode der medizinischen Bildgebung sind, gibt es heute so viel mehr in diesem faszinierenden und innovativen Wissenschaftsbereich. In diesem Artikel versuchen wir, den aktuellen Stand der Dinge und die neuesten Fortschritte in der medizinischen Bildgebungstechnologie zu überprüfen sowie Bereiche aufzuzeigen, in denen in naher Zukunft große Durchbrüche erwartet werden.

Der Begriff ‚medizinische Bildgebungstechnologie‘ hat eine breite Definition und umfasst jede Technik, die medizinischen Fachleuten hilft, das Innere des Körpers oder Bereiche zu sehen, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind. Die Visualisierung dieser Strukturen kann bei der Diagnose von Krankheiten, der Behandlungsplanung, der Behandlungsausführung – etwa durch bildgesteuerte Intervention – sowie bei der Überwachung und Kontrolle helfen.

Der enorme Umfang der medizinischen diagnostischen Bildgebung - Was sie beinhaltet

Heute ist die medizinische Bildgebung integraler Bestandteil der Krankheitsdiagnose und des Managements. Die früheste Form der diagnostischen medizinischen Bildgebung war das Röntgengerät, das 1895 von Röntgen eingeführt wurde. Seitdem hat die radiographische Bildgebung einen langen Weg zurückgelegt, und traditionelle Röntgenaufnahmen werden rasch durch die Computertomographie (CT) ersetzt, die die Leistung der Computerverarbeitung mit der Röntgenbildgebung kombiniert. CT-Scanner nehmen Bilder in drei verschiedenen Ebenen auf. Die CT-Technologie selbst wurde im Laufe der Jahre verfeinert. Die Dicke der Bildschichten wurde reduziert und das Spiral-CT wurde eingeführt, was die Bilderfassungszeit drastisch reduziert.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) entstand Ende des zwanzigsten Jahrhunderts, zu einer Zeit, als die Bedenken hinsichtlich der Strahlenbelastung während der medizinischen Bildgebung ihren Höhepunkt erreichten. Dieses Bildgebungssystem nutzt natürliche Magnetfelder, um Bilder von inneren Körperstrukturen zu gewinnen. Obwohl die MRT anfangs nur begrenzten diagnostischen Nutzen hatte, haben Verbesserungen an den Geräten es ihr ermöglicht, zur bevorzugten Bildgebungsmodalität für Weichteilgewebe und Gefäßstrukturen zu werden. Neuere MRT-Geräte sind kompakte und offene Geräte, die Patienten nicht mehr das Gefühl geben, klaustrophobisch zu sein.

Ultraschall (Sonographie) ist eine weitere Bildgebungsmodalität, die keine Strahlung verwendet. Sie nutzt reflektierte Schallwellen, um ein Bild der inneren Organe zu zeichnen. Ein großer Vorteil des Ultraschalls ist seine Tragbarkeit. Er hat breite medizinische Anwendung gefunden, wie etwa für Untersuchungen am Krankenbett, zur Untersuchung von Gefäßstrukturen und in der Geburtshilfe zur Beurteilung der Gesundheit des Fötus.

Andere fortschrittliche medizinische Bildgebungstechniken haben sich die Kraft nuklearer Radioisotope zunutze gemacht. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ermöglicht es, dass radioaktiv markierte Moleküle, wie z. B. Glukose, von Körpergewebe aufgenommen werden. Sie werden dann von Sensoren erkannt und ihre Verteilung gibt Hinweise auf die Diagnose. Die Einführung von Kontrastmitteln hat zu einer ortsspezifischen Bildgebung wie der CT-Angiographie geführt. Radioaktiv markiertes Material wird in den Blutkreislauf injiziert und Gefäßstrukturen können leicht visualisiert werden. Dies hilft bei der Identifizierung von Gefäßanomalien und Blutungen. Radioaktiv markierte Moleküle können auch von bestimmten Geweben aufgenommen werden, was hilft, eine Diagnose einzugrenzen. Zum Beispiel wird Technetium-99 bei der Knochenszintigraphie und Jod-131 zur Untersuchung von Schilddrüsengewebe verwendet. Oft werden zwei oder mehr der oben genannten Bildgebungstechniken kombiniert, um dem Arzt eine definitive Vorstellung davon zu geben, was im Körper des Patienten vor sich geht.

Wie sich die medizinische Bildgebungstechnologie im Laufe der Jahre entwickelt hat

Die medizinische Bildgebungstechnologie hat sich im Laufe der Jahre sprunghaft entwickelt. Dies beschränkte sich nicht auf die Modalitäten, durch die Bilder erfasst werden. Es wurde immer mehr Wert auf die Nachbearbeitung und neuere, fortschrittlichere Möglichkeiten zum Teilen und Speichern medizinischer Bilder gelegt. Die Idee hierbei ist, den maximalen Nutzen aus bestehenden Technologien zu ziehen und ihn so vielen Menschen wie möglich zugänglich zu machen.

Im Bereich der diagnostischen medizinischen Bildgebung können Kliniker nun Bilder manipulieren, um aus demselben Datensatz größere Einblicke und Informationen zu gewinnen.

Fortschritte bei der Speicherung und dem Abruf von Bilddaten

Bei den verschiedenen Arten von Bildgebungsgeräten, die heute eingesetzt werden, und den einzigartigen Daten, die sie produzieren, sind Integration und einfache Zusammenarbeit für Gesundheitseinrichtungen und Endnutzer von größtem Interesse. Fast alle Arten von Bildern werden heute digital erfasst und bestehen aus riesigen Datenbeständen. Eine wichtige Entwicklung in dieser Hinsicht war die Einführung von PACS (Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem). Es ist eine Plattform, die die integrierte Speicherung und Betrachtung von medizinischen Bildern von verschiedenen Geräten und Systemen ermöglicht. Auf dem PACS-Server werden Bilder hauptsächlich im DICOM (Digitale Bildgebung und Kommunikation in der Medizin) Format gespeichert.

DICOM ist ein Standard, der vom American College of Radiologists entwickelt wurde. Alle Bilder, einschließlich CT-Scans, MRT, Ultraschall und PET-Scans, sollen nur im DICOM-Format gespeichert, abgerufen und geteilt werden. Das DICOM-Format hat Patientendaten in das Bild eingebettet, um Diagnosefehler zu minimieren. Eine Reihe von DICOM-Betrachtungsanwendungen ist auf dem Markt erhältlich, und jede hat eine andere Reihe von Funktionen, die Klinikern bei der Diagnose und Behandlungsplanung helfen.

Fortschrittliche Tools für die medizinische Bildgebung

Medizinische 3D-Bildgebungstechnologie

Ein weiterer Ableger der 3D-Rekonstruktion ist die multiplanare Rekonstruktion (MPR). MPR ist der Prozess, neue Bildschichten aus dem rekonstruierten 3D-Modell zu gewinnen. Die neuen Schichten liegen in anderen Ebenen als die ursprünglich erfassten Schichten. Dies wird besonders nützlich, wenn der Verlauf wichtiger Strukturen wie der Aorta verfolgt wird.

Intensitätsprojektionen

Bildgebungssoftware verfügt heute über mehrere Funktionen, um medizinischen Fachleuten zu helfen, ihren Interessenbereich im Detail zu studieren. Eine solche Funktion ist die Intensitätsprojektion. Kliniker können wählen, das Bild eines rekonstruierten Bereichs zu bearbeiten, indem nur die maximalen oder minimalen CT-Werte angezeigt werden. Diese werden als maximale bzw. minimale Intensitätsprojektionen bezeichnet (MIP und MINIP). Sie erhöhen den Kontrast zwischen dem Interessenbereich und dem umgebenden normalen Gewebe.

'Echte' 3D-Bildgebung

Die 3D-Rekonstruktionstechnologie ist immer noch nicht so präzise, wie wir es gerne hätten, und einige Ärzte ziehen es vor, mehrere 2D-Schnitte durchzugehen, um Fehler zu vermeiden. Eine interessante Entwicklung in diesem Bereich ist die 'echte' 3D-Bildgebung. Dieses innovative Bildgebungssystem ermöglicht es Klinikern, eine virtuelle Nachbildung eines Organs oder einer Körperstruktur zu betrachten und damit zu interagieren. Das Bild erscheint in Form eines Hologramms, und Kliniker können die Struktur virtuell drehen, Querschnitte schneiden und wichtige anatomische Orientierungspunkte identifizieren. Ein solches Tool könnte für die Planung von Operationen in der Zukunft unverzichtbar werden.

Bildfusion

Ein fortschrittliches medizinisches Bildgebungstool namens Bildfusion ist in vielen DICOM-Anwendungen verfügbar. Es ermöglicht das Zusammenführen von zwei oder mehr Bildgebungsdatensätzen in einer einzigen Datei. Dies kann die Vorteile verschiedener Bildgebungsmodalitäten kombinieren. Die häufigsten und nützlichsten Bildfusionstechniken sind PET/CT und PET/MRT-Bildfusion, welche die Vorteile von PET-Scan, CT-Scan und MRT kombinieren. PET hilft bei der Identifizierung und Lokalisierung des Interessenbereichs (in der Regel ein bösartiger oder entzündeter Bereich). CT liefert hervorragende anatomische Details über das Ausmaß der Läsion sowie die beteiligten Gewebeebenen. MRT hilft bei der Erzielung einer Weichteilauflösung. Wenn sie kombiniert werden, gibt es eine bemerkenswerte Steigerung der Sensitivität und Spezifität von diagnostischen Bildgebungsuntersuchungen.

Echtzeit-Bildgebung

Traditionell wurde immer davon ausgegangen, dass es eine ‚Verzögerung‘ zwischen dem Zeitpunkt der Bilderfassung und der Interpretation geben würde. Die Verzögerung entsteht durch die Zeit, die benötigt wird, um das Bild zu verarbeiten und vorzubereiten, es dem Radiologen zu präsentieren und dann für den Radiologen, jeden Abschnitt des Bildes zu betrachten und sein Wissen anzuwenden, um es zu interpretieren. Diese Verzögerung kann klinische Ergebnisse erheblich beeinflussen, insbesondere in Notfallsituationen wie Traumata, wo Zeit entscheidend ist.

Heute bieten viele Bildgebungssysteme ‚Echtzeit‘-Ergebnisse, was bedeutet, dass die Verzögerung zwischen Bilderfassung und Interpretation entweder minimal oder gar nicht vorhanden ist. Kliniker können Bilder auf einem Bildschirm betrachten, während sich der Patient noch in der Bildgebungseinheit befindet. Dies verkürzt nicht nur die Verzögerung, sondern hat den zusätzlichen Vorteil, Körpersysteme bei der Arbeit in Echtzeit zu betrachten und dadurch ihre funktionelle Integrität zu beurteilen. Beispielsweise kann die Schluckfunktion der Speiseröhre auf diese Weise auf mögliche Ursachen einer Dysphagie untersucht werden. Ebenso können fetale Bewegungen mit Ultraschall in Echtzeit gesehen werden. Die Kraft der Echtzeit-Bildgebung ermöglicht es Chirurgen, Entscheidungen intraoperativ zu treffen.

Ein Blick in die Zukunft der medizinischen Bildgebungstechnologie

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet die Fähigkeit von Maschinen, menschliche Intelligenz zu simulieren. Dies gilt hauptsächlich für kognitive Funktionen wie Lernen und Problemlösen. Im Kontext der medizinischen Bildgebung kann KI trainiert werden, Anomalien im menschlichen Gewebe zu erkennen – und damit sowohl bei der Diagnose von Krankheiten als auch bei der Überwachung ihrer Behandlung zu helfen. Es gibt drei Wege, auf denen KI Radiologen unterstützen kann. KI kann riesige Datensätze von Bildern und Patienteninformationen mit übermenschlicher Geschwindigkeit durchsuchen. Dies kann Arbeitsabläufe beschleunigen. Zweitens kann KI trainiert werden, Anomalien zu erkennen, die zu klein sind, um mit bloßem Auge wahrgenommen zu werden. Dies kann die Diagnosegenauigkeit verbessern. Drittens kann KI verwendet werden, um frühere Bildscans aus der elektronischen Patientenakte (ePA/EMR) eines Patienten abzurufen und sie dann mit den neuesten Scanergebnissen des Patienten zu vergleichen. Andere Aspekte der ePA des Patienten, wie etwa relevante Krankengeschichten, können ebenfalls abgerufen und zur Erleichterung der Diagnose verwendet werden.

Mehrere Unternehmen waren erfolgreich bei der Integration von KI in Bildgebungssysteme, aber keines davon ist bisher für den kommerziellen Einsatz verfügbar. Ein Beispiel für KI-integrierte medizinische Bildgebungssoftware ist Viz, das sowohl die Erkennung als auch die Zeit bis zur Behandlung bei Patienten mit Verschlüssen großer Gefäße (LVOs) verbessert. Die Software ist in der Lage, mehrere Bilder über mehrere Krankenhausdatenbanken hinweg auf LVOs zu überprüfen. Wenn ein LVO erkannt wird, kann die Software sowohl den Schlaganfallspezialisten als auch den Hausarzt des Patienten alarmieren, um sicherzustellen, dass der Patient eine sofortige Behandlung erhält. Für eine zeitkritische Krankheit wie Schlaganfall hat dies den Effekt, die Ergebnisse erheblich zu verbessern und die Kostenbelastung für das Gesundheitssystem zu reduzieren.

Cloud-basierte Anwendungen

Sowohl der rasante Fortschritt in der Bildgebungstechnologie als auch der allgegenwärtige Einsatz medizinischer Bilder im Gesundheitswesen haben zu einer Dringlichkeit geführt, innovative Wege zum Speichern und Teilen medizinischer Bilddaten zu finden. Vor diesem Hintergrund hat sich die Cloud-Technologie als einer der führenden Bestimmungsfaktoren für die Zukunft der medizinischen Bildgebungstechnologie herausgestellt. Cloud-Technologie ermöglicht die Speicherung und den Austausch von Daten unabhängig vom geografischen Standort mit Hilfe des Internets. Cloud-basierte medizinische Bildgebungsanwendungen erleichtern die Speicherung und den Abruf von Bilddateien im DICOM-Format. Sie erhöhen die Effizienz und senken die Kosten. Gesundheitsfachkräfte können weltweit an medizinischen Bilddaten zusammenarbeiten. Das Endergebnis sind bessere Gesundheitsergebnisse für Patienten.

Cloud-basierte Anwendungen verbessern auch den ‚Blockchain‘-Prozess. Eine ‚Blockchain‘ ist vereinfacht gesagt das Hinzufügen eines neuen digitalen Datensatzes zu einem alten, so wie das Hinzufügen eines neuen Glieds zu einer bestehenden physischen Kette. In der Cloud verfügbare Bilder können einer Blockchain hinzugefügt werden, was die medizinischen Informationen des Patienten dann für jeden Arzt überall auf der Welt zugänglich macht.

PostDICOM - Auf dem neuesten Stand der medizinischen Bildgebungstechnologie

PostDICOM kombiniert das Beste der neuesten medizinischen Bildgebungstechnologie. Es ist eine von nur wenigen Cloud-basierten DICOM-Betrachtungsanwendungen auf dem Markt. Die auf dem Cloud-PACS-Server gespeicherten DICOM-Dateien sind mit SSL-Verschlüsselung gesichert. PostDICOM integriert medizinische 3D-Bildgebungstechnologie und bietet fortschrittliche Bildbearbeitungsfunktionen, einschließlich multiplanarer Rekonstruktion, Intensitätsprojektion (Maximum, Durchschnitt und Minimum) und Bildfusion. Auch klinische Dokumente können mit der Anwendung gespeichert und betrachtet werden. Sie ist kompatibel mit allen gängigen Betriebssystemen (Windows, Mac OS, Linux) und kann von Laptops, Tablets und Smartphones aus aufgerufen werden. Das Beste daran ist, dass es für Basisbenutzer absolut kostenlos ist, Cloud-Speicherplatz zu testen.