Progressi nella diagnostica per immagini mediche che hanno trasformato il settore sanitario

Poco più di cento anni fa, l'avvento dei raggi X era considerato un salto significativo nella diagnosi medica. Nel secolo scorso, la radiografia semplice si è espansa in un campo specializzato: l'imaging medico diagnostico. I raggi X sono stati sfruttati utilizzando una tecnologia migliore tramite scansioni TC digitalizzate e sono emerse nuove tecniche diagnostiche di imaging medico, come la risonanza magnetica e gli ultrasuoni. Le modalità di imaging medicale continuano ad evolversi e perfezionarsi. Con il progredire del processo di imaging effettivo, si verifica un miglioramento parallelo e altrettanto importante nella gestione delle immagini mediche e nel flusso di lavoro associato. In questo articolo, approfondiamo i più importanti progressi nella diagnostica per immagini mediche che hanno trasformato il modo in cui i medici esaminano e trattano i pazienti.

Lo standard DICOM

L'imaging medico viene utilizzato principalmente per diagnosticare malattie e per monitorarne i progressi. È essenziale che le immagini prodotte siano della massima qualità poiché hanno un impatto diretto sui risultati dei pazienti. Per mantenere la qualità, una serie di standard per le immagini mediche è stata sviluppata congiuntamente dall'American Society of Radiology e dalla National Electrical Manufacturers Association. È indicato come standard DICOM, che sta per Digital Imaging and Communications in Medicine. Le immagini prodotte da tutto l'hardware di imaging medicale devono essere conformi alle caratteristiche descritte in questo standard. Inoltre, è disponibile un formato specifico per la memorizzazione e la condivisione di immagini mediche, denominato formato DICOM.

Tutte le apparecchiature di imaging medicale prodotte oggi dovrebbero essere conformi agli standard DICOM. La visualizzazione delle immagini così prodotte non può essere effettuata con i normali programmi di imaging disponibili su un normale PC. È richiesto uno speciale programma di diagnostica per immagini medicali, noto come workstation DICOM. Per l'uso commerciale nella diagnosi medica, tali programmi di diagnostica per immagini mediche devono essere approvati dalla FDA e necessitano di una licenza speciale. Queste misure assicurano che qualsiasi applicazione sviluppata per scopi clinici sia in grado di rappresentare in modo accurato immagini mediche di alta qualità.

Archiviazione PACS

Con l'arrivo della diagnostica per immagini medicali digitalizzate, la necessità di sviluppare pellicole radiografiche è notevolmente diminuita. Tuttavia, le immagini digitali vengono ancora convertite in «pellicole» con l'aiuto di stampanti. Le pellicole per immagini richiedono una conservazione adeguata nelle giuste condizioni per evitare danni nel tempo. Il recupero di queste immagini dallo storage può richiedere molto tempo e richiede personale dedicato per la conservazione dei registri.

PACS, che sta per Picture Archiving and Communications System, elimina la necessità di archiviazione fisica e recupero di film. È fondamentalmente una piattaforma per l'archiviazione virtuale e il recupero di immagini mediche. Il sistema PACS consente di gestire enormi volumi di dati relativi alle immagini mediche. Qualsiasi computer collegato a un server PACS specifico è in grado di recuperare immagini DICOM e visualizzarle e persino modificarle. L'ultima innovazione è stata l'introduzione di PACS basati su cloud, dove invece dell'archiviazione locale, il PACS è ospitato su Internet e qualsiasi utente connesso a Internet, con le giuste credenziali, può accedere alle immagini.

PACS non solo ha semplificato l'archiviazione e il recupero, ma ha anche reso la teleradiologia una realtà. Oggi non è necessario che i radiologi siano presenti nella stessa area in cui vengono acquisite le immagini. Possono visualizzare immagini da diverse posizioni geografiche e fornire la loro opinione di esperti. Attraverso la teleradiologia, un singolo radiologo può generare report per immagini provenienti da più ospedali. Ciò consente di risparmiare tempo e risorse preziose e aiuta a ridurre i costi sanitari.

Immagini in tempo reale

Con l'eliminazione della necessità di sviluppare o stampare film, il processo del flusso di lavoro per l'acquisizione e la visualizzazione di immagini mediche è migliorato. L'imaging in tempo reale è un concetto in cui non vi è alcun ritardo temporale tra l'acquisizione di immagini dal paziente e la loro visualizzazione da parte del medico. I radiologi possono letteralmente visualizzare le immagini mentre il paziente è ancora all'interno dello scanner.

L'interpretazione più rapida delle immagini mediche diagnostiche porta a una diagnosi immediata, che a sua volta consente un intervento medico rapido. L'imaging diagnostico medico in tempo reale svolge un ruolo significativo nelle emergenze. Ad esempio, nei pazienti traumatizzati, la lesione intra-addominale era precedentemente determinata mediante laparoscopia diagnostica o lavaggio peritoneale, entrambe procedure invasive. Oggi, tuttavia, lo standard di cura è quello di utilizzare FAST (Focused Abdominal Sonography in Trauma), che utilizza un'ecografia in tempo reale per determinare rapidamente se un paziente ha subito o meno una lesione intra-addominale. L'ecografia in tempo reale viene utilizzata anche per monitorare la salute del feto in utero e valutare i parametri di crescita.

Imaging funzionale

La maggior parte dei sistemi di diagnostica per immagini mediche sono progettati per diagnosticare anomalie anatomiche o strutturali. La moderna diagnostica per immagini mediche, oltre a ciò, può anche valutare le anomalie nella funzione dei tessuti e degli organi. Ciò include il rilevamento di anomalie nei processi fisiologici come il metabolismo e il flusso sanguigno. L'imaging funzionale è in gran parte ottenuto attraverso la medicina nucleare. La medicina nucleare è una specialità della radiologia che prevede l'iniezione di molecole «etichettate» radioattivamente nel corpo. Queste molecole radioattive possono essere assorbite preferenzialmente da organi specifici per vari processi fisiologici. Dopo l'assorbimento, gli organi possono emettere radiazioni, che vengono rilevate da scanner esterni come «punti caldi». Ad esempio, la tomografia ad emissione di positroni (PET) riflette l'assorbimento di glucosio radiomarcato da parte delle cellule. Le cellule che hanno una maggiore attività metabolica, in particolare le cellule tumorali, tendono ad assorbire più glucosio. Questa tecnica viene quindi utilizzata per identificare le aree di metastasi all'interno del corpo. Un'altra tecnica di imaging funzionale è l'uso di scansioni tiroidee, che vengono utilizzate per rilevare l'ipertiroidismo. Queste scansioni dipendono dall'assorbimento di iodio radioattivo da parte delle cellule tiroidee.

La maggior parte delle tecniche di imaging funzionale, se utilizzate da sole, possono essere difficili da interpretare. Questo perché sebbene rilevino aree di attività fisiologica anormale, può essere difficile orientare anatomicamente queste aree. Questo problema può essere superato con una tecnica chiamata fusione di immagini. I moderni programmi di diagnostica per immagini mediche consentono la fusione di due o più tecniche diagnostiche. Ad esempio, la fusione di una scansione PET con una TAC può aiutare a identificare se ci sono o meno metastasi e può anche identificare con precisione le zone anatomiche in cui si è verificata la metastasi.

Tecniche di post-elaborazione

Le tecniche di post-elaborazione si riferiscono agli interventi applicati alle immagini mediche diagnostiche dopo che le immagini sono state acquisite dal paziente. Le tecniche di post-elaborazione vengono generalmente eseguite utilizzando un programma avanzato di diagnostica per immagini mediche. Forniscono al radiologo informazioni che non sono disponibili semplicemente guardando le immagini originali. Alcune delle tecniche di post-elaborazione più utili utilizzate nella diagnostica per immagini mediche sono le seguenti:

• Ricostruzione 3D: Uno svantaggio critico dell'imaging diagnostico medico è che è di natura bidimensionale. Tuttavia, la tecnologia recente consente di visualizzare le immagini come oggetti tridimensionali, prendendo più sezioni di immagini e impilandole insieme. Ciò consente un migliore orientamento anatomico ed è più facile da interpretare. Aiuta anche a comprendere la relazione tra le varie strutture. Un'altra forma di ricostruzione 3D è la ricostruzione multiplanare. In questo, il radiologo può prendere l'oggetto 3D, ruotarlo a piacimento e tagliare a qualsiasi angolo dato, diverso dalle fette originariamente acquisite. Queste tecniche aiutano il radiologo a visualizzare virtualmente la struttura anatomica come se la stesse trattenendo e affettando fisicamente, dando loro un livello di precisione senza pari.

• Proiezioni di intensità: Questo si basa sulla premessa che diverse strutture all'interno del corpo assorbiranno e rifletteranno diverse quantità di radiazioni, che si rifletterebbero nei loro numeri CT. Nelle proiezioni di massima intensità (MIP), vengono visualizzate solo le regioni con i numeri CT più alti. La MIP è più utile nell'angiografia TC, dove aiuta a distinguere i grandi vasi sanguigni da altre strutture anatomiche. Nelle proiezioni a intensità minima (MINIP), vengono visualizzate solo le regioni con i numeri CT più bassi. MINIP è estremamente utile nelle malattie del parenchima polmonare, che si presentano come valori TC ipo-attenuati. Ad esempio, nei pazienti con bronchiolite ostruttiva costrittiva, le alterazioni della TC sono estremamente sottili. L'uso di MINIP può rendere più evidenti queste modifiche.

Alcune tecnologie dirompenti per il futuro dell'imaging medicale

Intelligenza artificiale

L'intelligenza artificiale (AI) è un fronte entusiasmante che sta lentamente facendo breccia nell'imaging diagnostico medico. L'intelligenza artificiale è la capacità delle macchine di prendere decisioni cognitive, come l'apprendimento e la risoluzione dei problemi. Alimentando algoritmi di deep learning dei computer, possono imparare a distinguere tra vari modelli digitali e possono quindi aiutare nella diagnosi. Un team di ricercatori della Stanford University, ad esempio, ha sviluppato un tale algoritmo per le radiografie del torace. I ricercatori affermano che utilizzando questo algoritmo, i computer possono riconoscere la presenza o l'assenza di polmonite meglio dei radiologi. Il team di radiologia di UCSF nel frattempo sta collaborando con GE per sviluppare una serie di algoritmi che possono aiutare a distinguere tra radiografie del torace normali e anormali. Un'altra applicazione medica, chiamata Viz, aiuta a schermare più immagini in diversi database ospedalieri alla ricerca di ostruzioni di grandi vasi (LVO), che sono indicative di un ictus imminente. Se viene rilevato un LVO, il software può avvisare sia lo specialista dell'ictus che il medico di base del paziente per garantire che il paziente riceva un trattamento tempestivo.

Integrazione di sistemi di imaging

Mentre PACS memorizza le immagini mediche, altre informazioni mediche vengono archiviate in sistemi diversi. Ad esempio, i sistemi informativi sanitari (HIS) memorizzano informazioni relative all'anamnesi del paziente, ai dettagli clinici e alle indagini di laboratorio. I sistemi informativi radiologici (RIS) gestiscono i dati di imaging oltre alle immagini reali, come riferimenti, richieste, dettagli di fatturazione e interpretazioni. Tutti questi sistemi di informazione sono separati l'uno dall'altro. Tuttavia, nel trattare con un paziente, un medico deve spesso avere tutti questi dettagli insieme a portata di mano per fare una diagnosi e pianificare il trattamento. L'integrazione di tutti i sistemi informativi in un'unica cartella clinica a cui è possibile accedere tramite un unico server può aiutare a semplificare il flusso di lavoro e migliorare sia la precisione che la produttività.

Quali sono le sfide mentre la diagnostica per immagini medicali continua ad evolversi?

• Aumento dei costi sanitari: poiché l'imaging medico-diagnostico continua a progredire, ogni nuovo sviluppo ha un costo. Il costo della tecnologia stessa, il costo della ricerca e il costo di implementazione si riflettono infine come un parametro: l'aumento del costo dell'assistenza sanitaria per il paziente. Forse è per questo che i paesi in via di sviluppo si affidano ancora all'imaging manuale a raggi X e ai film sviluppati manualmente per la diagnosi delle malattie di base e riservano tecniche di imaging avanzate per condizioni di salute più complesse. Tuttavia, se tutti vogliono beneficiare dei progressi nella diagnostica per immagini medico-diagnostiche, devono essere compiuti sforzi per mantenere il costo delle nuove tecnologie mediche a livelli accessibili.

• Protezione dei dati e della privacy dei pazienti: poiché l'imaging medico-diagnostico si basa maggiormente sulle tecnologie basate sul Web, le informazioni sui pazienti vengono caricate e archiviate online. Esiste una protezione di base, in quanto solo account utente specifici di proprietà di medici e ospedali possono accedere ai server PACS. Quando le immagini vengono esportate per scopi didattici o di ricerca, c'è un'opzione per anonimizzare i dati che potrebbero essere utilizzati per identificare i pazienti. Anche così, ci sono state preoccupazioni sulla violazione dei dati e sulla perdita della privacy dei pazienti. È urgente adottare misure politiche che garantiscano la protezione dei dati di imaging medicale sui server PACS.

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