Technologia obrazowania medycznego dzisiaj i dokąd zmierza

Kiedy słyszysz termin „obraz medyczny”, pierwszym obrazem, który przychodzi na myśl, jest zdjęcie rentgenowskie lub zdjęcie rentgenowskie, jak to jest bardziej znane. Podczas gdy zdjęcia rentgenowskie są najstarszą i nadal najczęściej stosowaną metodą obrazowania medycznego, w tej intrygującej i innowacyjnej dziedzinie nauki jest dziś o wiele więcej. W tym artykule, staramy się dokonać przeglądu obecnego stanu rzeczy i najnowszych osiągnięć w technologii obrazowania medycznego, a także nakreślić obszary, w których spodziewane są poważne przełomy w niezbyt odległej przyszłości.

Termin „technologia obrazowania medycznego” ma szeroką definicję i obejmuje każdą technikę, która pomaga lekarzom oglądać wnętrze ciała lub obszary, które nie są widoczne gołym okiem. Wizualizacja tych struktur może pomóc w diagnostyce choroby, planowanie leczenia, wykonanie leczenia - na przykład poprzez interwencję opartą na obrazie, oraz monitorowanie i nadzór.

Szeroki zakres diagnostyki medycznej - co to pociąga za sobą

Obecnie obrazowanie medyczne jest integralną częścią diagnostyki i zarządzania chorobami. Najwcześniejszą formą diagnostycznego obrazowania medycznego była jednostka rentgenowska , wprowadzona przez firmę Roentgen w 1895 roku. Od tego czasu obrazowanie radiologiczne przeszło długą drogę, a tradycyjne zdjęcia rentgenowskie są szybko zastępowane tomografią komputerową (CT), która łączy moc przetwarzania komputerowego z obrazowaniem rentgenowskim. TK zrobić zdjęcia w trzech różnych płaszczyznach. Sama technologia CT została udoskonalona przez lata. Grubość plasterków obrazu została zmniejszona, a spiralny CT przybył, co znacznie skraca czas akwizycji obrazu.

Rezonans magnetyczny (MRI) pojawił się pod koniec XX wieku, w czasie, gdy obawy o ekspozycję na promieniowanie podczas obrazowania medycznego były na szczycie. Ten system obrazowania wykorzystuje naturalne pola magnetyczne do uzyskiwania obrazów wewnętrznych struktur ciała. Chociaż początkowo MRI miał ograniczone zastosowanie diagnostyczne, ulepszenia sprzętu pozwoliły mu stać się modalnością obrazowania z wyboru dla tkanek miękkich i struktur naczyniowych. Nowsze maszyny MRI to kompaktowe i otwarte urządzenia, które nie powodują już klaustrofobii pacjentów.

Ultrasonografia to kolejna modalność obrazowania, która nie wykorzystuje promieniowania. Wykorzystuje odbite fale dźwiękowe do namalowania obrazu narządów wewnętrznych. Główną zaletą ultradźwięków jest jego przenośność. Zyskał szerokie zastosowanie medyczne, takie jak badania przy łóżku, badanie struktur naczyniowych, oraz w położnictwie do oceny stanu zdrowia płodu.

Inne zaawansowane techniki obrazowania medycznego wykorzystały moc radioizotopów jądrowych. Pozytonowatomografia emisyjna (PET) umożliwia pobieranie cząsteczek znakowanych radioizotopowo, takich jak glukoza, przez tkanki ciała. Są one następnie wykrywane przez czujniki, a ich dystrybucja daje wskazówki do diagnozy. Wprowadzenie środków kontrastowych doprowadziło do obrazowania specyficznego dla miejsca, takiego jak angiografia CT. Materiał znakowany radioodbiornikami jest wstrzykiwany do krwioobiegu, a struktury naczyniowe można łatwo wizualizować. Pomaga to w identyfikacji anomalii naczyniowych i krwawień. Cząsteczki znakowane radioodbiornikami mogą być również pobierane przez niektóre tkanki, co pomaga w zawężeniu diagnozy. Na przykład technet-99 stosuje się w skanowaniu kości, a jod-131 służy do badania tkanki tarczycy. Często dwie lub więcej z powyższych technik obrazowania są łączone, aby dać lekarzowi wyraźne wyobrażenie o tym, co dzieje się w ciele pacjenta.

Jak technologia obrazowania medycznego rozwijała się na przestrzeni lat

Technologia obrazowania medycznego rozwijała się skokowo na przestrzeni lat. Nie ograniczało się to do modalności, za pomocą których pozyskiwane są obrazy. Coraz większy nacisk kładzie się na przetwarzanie postprocesowe 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 dziedzinie diagnostycznego obrazowania medycznego, klinicyści mogą teraz manipulować obrazami, aby uzyskać lepszy wgląd i informacje z tego samego zestawu danych.

Postępy w przechowywaniu i wyszukiwaniu danych obrazowych

Dzięki różnym typom urządzeń do obrazowania stosowanych obecnie i unikalnym danym, które produkują, integracja i łatwość współpracy są najważniejsze dla instytutów opieki zdrowotnej i użytkowników końcowych. Prawie wszystkie typy obrazów są dziś pozyskiwane cyfrowo i składają się z ogromnych plików danych. Ważnym osiągnięciem w tym zakresie było wprowadzenie systemu PACS (Picture Archiving and Communications System). Jest to platforma umożliwiająca zintegrowane przechowywanie i przeglądanie obrazów medycznych z różnych urządzeń i systemów. Na serwerze PACS obrazy są przechowywane głównie w formacie DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) .

DICOM to standard opracowany przez American College of Radiologists. Wszystkie obrazy, w tym tomografia komputerowa, MRI, USG i skany PET, należy przechowywać, pobierać i udostępniać tylko w formacie DICOM. Format DICOM zawiera dane pacjenta osadzone w obrazie, aby zminimalizować błędy diagnostyczne. Na rynku dostępnych jest wiele aplikacji do przeglądania DICOM, a każda z nich ma inny wachlarz funkcji, które pomagają lekarzom w diagnostyce i planowaniu leczenia.

Zaawansowane narzędzia do obrazowania medycznego

Medyczna technologia obrazowania 3D

Kolejnym odgałęzieniem rekonstrukcji 3D jest rekonstrukcja wieloplanarna (MPR). MPR to proces uzyskiwania nowych kawałków obrazów z zrekonstruowanego modelu 3D. Nowe plastry są w płaszczyznach innych niż w przypadku plastrów, które zostały pierwotnie nabyte. Staje się to szczególnie przydatne podczas śledzenia przebiegu głównych struktur, takich jak aorta.

Projekcje intensywności

Oprogramowanie do obrazowania ma dziś wiele funkcji, które pomagają pracownikom służby zdrowia szczegółowo zbadać ich region zainteresowania. Jedną z takich cech jest projekcja intensywności. Lekarze mogą edytować obraz zrekonstruowanego obszaru, wyświetlając tylko maksymalne lub minimalne wartości CT. Nazywa się je odpowiednio projekcjami maksymalnej i minimalnej intensywności (MIP i MINIP). Zwiększają kontrast między obszarem zainteresowania a otaczającymi normalnymi tkankami.

Prawdziwe obrazowanie 3D

Technologia rekonstrukcji 3D nadal nie jest tak precyzyjna, jak byśmy chcieli, a niektórzy lekarze wolą przejść przez wiele sekcji 2D, aby uniknąć błędów. Ciekawym osiągnięciem w tym obszarze jest „Prawdziwe” obrazowanie 3D. Ten innowacyjny system obrazowania umożliwia lekarzom przeglądanie i interakcję z wirtualną repliką organu lub struktury ciała. Obraz pojawia się w formie hologramu, a klinicyści mogą praktycznie obracać strukturę, wyciąć przekroje i zidentyfikować ważne anatomiczne punkty orientacyjne. Takie narzędzie może stać się niezbędne do planowania operacji w przyszłości.

Fuzja obrazu

Zaawansowane narzędzie do obrazowania medycznego zwane fuzją obrazu jest dostępne w wielu aplikacjach DICOM. Pozwala na połączenie dwóch lub więcej zestawów danych obrazowania w jeden plik. Może to łączyć zalety różnych metod obrazowania. Najczęstszymi i najbardziej użytecznymi technikami fuzji obrazu są fuzja obrazów PET/CT i PET/MR, które łączą zalety skanowania PET, tomografii komputerowej i MRI. PET pomaga zidentyfikować i zlokalizować obszar zainteresowania (zwykle obszar złośliwy lub stan zapalny). CT zapewnia doskonałe anatomiczne szczegóły dotyczące zasięgu zmiany, a także zaangażowanych płaszczyzn tkanek. MRI pomaga w osiągnięciu rozdzielczości tkanek miękkich. W połączeniu ze sobą obserwuje się znaczny wzrost czułości i swoistości badań diagnostycznych.

Obrazowanie w czasie rzeczywistym

Tradycyjnie zawsze rozumiano, że między czasem pozyskania obrazu a interpretacją wystąpi „opóźnienie”. Opóźnienie pochodzi z czasu potrzebnego na przetworzenie i przygotowanie obrazu, przedstawienie go radiologowi, a następnie dla radiologa, aby obejrzeć każdą sekcję obrazu i zastosować swoją wiedzę do jego interpretacji. To opóźnienie może znacząco wpłynąć na wyniki kliniczne, zwłaszcza w sytuacjach awaryjnych, takich jak uraz, gdzie najważniejszy jest czas.

Obecnie wiele systemów obrazowania oferuje wyniki „w czasie rzeczywistym” , co oznacza, że opóźnienie między akwizycją a interpretacją obrazu jest minimalne lub wcale. Lekarze mogą wyświetlać obrazy na ekranie, gdy pacjent jest nadal w jednostce obrazowej. To nie tylko ogranicza opóźnienia, ale ma dodatkową zaletę oglądania systemów ciała w pracy w czasie rzeczywistym, a tym samym oceny ich integralności funkcjonalnej. Na przykład funkcję połykania przełyku można ocenić w ten sposób pod kątem możliwych przyczyn dysfagii. Podobnie ruchy płodu można zobaczyć w czasie rzeczywistym za pomocą ultradźwięków. Moc obrazowania w czasie rzeczywistym umożliwia chirurgom podejmowanie decyzji śródoperacyjnie.

Spojrzenie w przyszłość technologii obrazowania medycznego

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencja (AI) odnosi się do zdolności maszyn do symulacji ludzkiej inteligencji. Dotyczy to głównie funkcji poznawczych, takich jak uczenie się i rozwiązywanie problemów. W kontekście obrazowania medycznego sztuczną inteligencję można przeszkolić w zakresie wykrywania anomalii w tkance ludzkiej, pomagając w ten sposób zarówno w diagnozowaniu chorób, jak i monitorowaniu ich leczenia. Istnieją trzy sposoby, w jakie sztuczna inteligencja może pomóc radiologom. Sztuczna inteligencja może przeszukiwać ogromne zbiory danych obrazów i informacji o pacjentach z nadludzkimi prędkościami. Może to przyspieszyć przepływy pracy. Po drugie, sztuczną inteligencję można wyszkolić w wykrywaniu anomalii, które są zbyt małe, aby można je było rozpoznać gołym okiem. Może to poprawić dokładność diagnostyczną. Po trzecie, sztuczną inteligencję można wykorzystać do pobrania wcześniejszych skanów obrazowych z elektronicznej dokumentacji medycznej pacjenta (EMR), a następnie porównania ich z najnowszymi wynikami skanowania pacjenta. Inne aspekty EMR pacjenta, takie jak jakikolwiek stosowny wywiad medyczny, można również pobrać i wykorzystać w celu ułatwienia diagnozy.

Kilka firm odniosło sukces w włączeniu sztucznej inteligencji do systemów obrazowania, ale żaden z nich nie jest jeszcze dostępny do użytku komercyjnego. Jednym z przykładów oprogramowania do obrazowania medycznego zintegrowanego ze sztuczną inteligencją jest Viz, które poprawia zarówno wykrywanie, jak i czas leczenia u pacjentów z dużymi niedrożnością naczyń (LVO). Oprogramowanie jest w stanie przesiewać wiele obrazów w kilku szpitalnych bazach danych dla LVO. W przypadku wykrycia LVO oprogramowanie może ostrzec zarówno specjalistę od udaru mózgu, jak i lekarza podstawowej opieki zdrowotnej pacjenta, aby upewnić się, że pacjent otrzyma natychmiastowe leczenie. W przypadku choroby związanej z czasem, takiej jak udar, ma to wpływ na znaczną poprawę wyników i zmniejszenie obciążenia kosztów systemu opieki zdrowotnej.

Aplikacje oparte na chmurze

Zarówno szybki postęp w technologii obrazowania, jak i wszechobecne wykorzystanie obrazów medycznych w służbie zdrowia spowodowały pilną potrzebę znalezienia innowacyjnych sposobów przechowywania i udostępniania danych dotyczących obrazowania medycznego. Na tym tle technologia chmury stała się jednym z wiodących wyznaczników przyszłości technologii obrazowania medycznego. Technologia chmury umożliwia przechowywanie i udostępnianie danych niezależnie od położenia geograficznego za pomocą Internetu. Aplikacje do obrazowania medycznego w chmurze ułatwiają przechowywanie i pobieranie plików obrazowych w formacie DICOM. Zwiększają wydajność i obniżają koszty. Pracownicy służby zdrowia mogą współpracować nad danymi dotyczącymi obrazowania medycznego z całego świata. Efektem końcowym są lepsze wyniki zdrowotne dla pacjentów.

Aplikacje oparte na chmurze poprawiają również proces „blockchain” . „Blockchain”, w prostych słowach, to dodanie nowego rekordu cyfrowego do starego, podobnie jak dodanie nowego łącza do istniejącego łańcucha fizycznego. Obrazy dostępne w chmurze można dodać do łańcucha bloków, dzięki czemu informacje medyczne pacjenta są dostępne każdemu lekarzowi na całym świecie.

PostDICOM - W czołówce technologii obrazowania medycznego

PostDICOM łączy w sobie najlepsze z najnowszych technologii obrazowania medycznego. Jest to jedna z niewielu opartych na chmurze aplikacji do przeglądania DICOM. Pliki DICOM przechowywane na serwerze PACS w chmurze są zabezpieczone szyfrowaniem SSL. PostDICOM wykorzystuje medyczną technologię obrazowania 3D i oferuje zaawansowane funkcje manipulacji obrazem, w tym rekonstrukcję wielopłaszczyznową, projekcję intensywności (maksimum, średnia i minimalna) oraz fuzję obrazu. Dokumenty kliniczne można również przechowywać i przeglądać za pomocą aplikacji. Jest kompatybilny ze wszystkimi głównymi systemami operacyjnymi (Windows, Mac OS, Linus) i można uzyskać do niego dostęp z laptopów, tabletów i smartfonów. Najlepszy ze wszystkich, dla podstawowych użytkowników, wypróbowanie przestrzeni dyskowej w chmurze jest całkowicie bezpłatne.