Vetenskap och tillämpningar av medicinsk bildbehandling

Kroppens inre organ och ben täcks av hud och andra vävnadsbarriärer och är därför inte synliga för blotta ögat. Termen ”medicinsk bild' används för att hänvisa till tekniker som gör att vi kan se kroppens inre. Den här artikeln hjälper dig att förstå vad som är medicinsk avbildning och hur det spelar en viktig roll i patienthanteringen idag.

Vad är diagnostisk medicinsk bildbehandling?

Diagnos är processen att identifiera en specifik sjukdom eller sjukdom baserat på en grundlig undersökning av patienten. Tyvärr påverkar de flesta sjukdomar och tillstånd delar av kroppen som normalt inte är synliga för blotta ögat. Diagnostisk medicinsk avbildning kan hjälpa till vid diagnos genom att låta oss visualisera eventuella avvikelser som kan finnas i kroppen. Till exempel, hos en patient som har drabbats av ett trauma, medicinsk avbildning kan berätta om några ben är trasiga eller förskjutna.

Hur fungerar Medical Imaging?

Diagnostisk medicinsk avbildning bygger på användning av ”osynliga” vågor, såsom elektromagnetisk strålning, magnetfält, eller ljudvågor. Att lära sig om dessa olika typer av vågor hjälper oss att förstå vad som handlar om medicinsk bildvetenskap . Vågorna härstammar vanligtvis från en källa placerad på ena sidan av kroppen, reser genom kroppen (och genom området av intresse) och träffar en detektor som är placerad på andra sidan kroppen. Vågorna absorberas i varierande grad av olika kroppsvävnader. På så sätt utvecklar detektorn en bild som består av ”skuggor” av olika kroppsvävnader. Tidigare former av medicinsk avbildning, såsom röntgenbilder, använde en fotodetektorplatta, vilket krävde filmbearbetning före visualisering. Avancerad medicinsk avbildning idag gör att bilder kan tas direkt via en detekterande kamera och bilderna kan visas digitalt på en bildskärm.

Vad används medicinsk bildbehandling för?

Även om en stor del av medicinsk avbildning utförs huvudsakligen av diagnostiska skäl, har den också flera andra applikationer. Några av de vanligaste tillämpningarna av medicinsk avbildning beskrivs nedan:

• Spotdiagnos: Som namnet antyder är detta den vanligaste tillämpningen av diagnostisk medicinsk avbildning. En bild kan berätta för oss, en överblick, vad som exakt är fel med patienten. Vanliga röntgenbilder och CT hjälper till att upptäcka frakturer, cystor, tumörer, och anomalier i benet.

• Övervakningav sjukdomsprogression: Diagnostisk medicinsk avbildning används ofta för att bestämma sjukdomsstadium och progression. Hos en patient med cancer kan en kontrastförstärkt CT eller en MR användas för att bestämma det exakta sjukdomsstadiet, medan PET-skanningar kan upptäcka eventuella metastaser. SPECT, en typ av skelettskanning, har visat sig vara användbar för att övervaka progression vid Parkinsons sjukdom.

• Behandlingsplanering: Medicinsk avbildning hjälper också till behandlingsplanering genom att låta kirurger bestämma storleken på en lesion och därmed omfattningen av operationen i förväg. Kirurger kan utföra virtuell kirurgi med medicinsk bildteknik, antingen direkt i programvaran, eller efter import och skapande av stereolitografiska modeller.

• Utvärderaeffekten av behandlingen: PET-skanningar används ofta hos cancerpatienter som genomgår behandling för att kontrollera om behandlingsregimen har varit effektiv för att minska tumörens storlek. Kirurger använder också medicinsk avbildning under ett kirurgiskt ingrepp för att kontrollera om benen har justerats ordentligt eller om implantat har placerats i rätt position. Imaging kan göras för att bedöma långsiktig effekt av behandlingsförfaranden. Till exempel, volymetrisk analys av orbitalinnehåll utförs ofta sex månader efter proceduren för att kontrollera om orbitalreduktion och fixering efter trauma utfördes exakt.

• Åldersrelateradeberäkningar: Ålder kan ofta bestämmas genom att bedöma tillväxten av interna kroppsstrukturer. Till exempel, fostrets ålder och moderns graviditetsålder bestäms ofta genom ultraljud. Vissa röntgenbilder, såsom handhandled och tandröntgenbilder, används ofta för att beräkna patientens ålder om det är okänt eller nödvändigt för juridiska ändamål.

Medicinsk bildbehandling: Olika tekniker och applikationer

Det finns flera typer av diagnostisk medicinsk avbildning, beroende på den fysiska naturen hos de använda vågorna och metoden för bildtagning. Det finns ingen enda bildteknik som är överlägsen resten eftersom var och en har sina egna fördelar och nackdelar. Baserat på dessa begränsningar, radiologer idag har hittat en specifik ”nisch” som passar bäst för varje bildmodalitet:

ultraljud

Som indikeras av dess namn använder ultraljud ljudvågor för att skaffa medicinska bilder. Eftersom det inte involverar elektromagnetisk strålning är det förmodligen den säkraste formen av diagnostisk medicinsk avbildning. Ljudvågorna rör sig från ultraljudssonden genom en ledande gel in i kroppen. Vågorna träffade sedan olika anatomiska strukturer inuti kroppen och studsar tillbaka. De fångas och omvandlas till bilder som kan visas på en bildskärm. En specialiserad form av ultraljud, kallad Doppler, gör att vi kan visualisera blodets rörelse i blodkärlen.

Röntgenbilder

Röntgenbilder är den tidigaste formen av medicinsk diagnostisk avbildning. De används vanligtvis för att visualisera ben och har till stor del ersatts av mer avancerade medicinska bildsystem. Den traditionella röntgenbilden är dock fortfarande användbar i vissa kliniska situationer:

• Mammografi: Detta är en röntgenbild av bröstet. Det används som ett screeningverktyg hos kvinnor för att upptäcka bröstcancer.

• Fluoroskopi: Denna teknik använder röntgenbilder i kombination med ett kontrastmedel som antingen injiceras eller sväljs. Kontrastmedlets väg följs via röntgenbilder för att bestämma hinder, sår och andra patologiska processer.

Datortomografi

I denna teknik ligger patienten inom en CT-kammare, som innehåller både detektorn och källan. Källan och detektorn ligger mittemot varandra och reser i en båge runt patienten och får bilder seriellt. Bilder tas i skivor på några millimeter vardera och i tre olika axlar - vilket ger koronala, axiell, och sagittala sektioner. Dessa avsnitt kan sedan rekonstrueras för att bilda en tredimensionell bild. CT-bilder har mycket större detaljer jämfört med traditionella röntgenbilder. i alla fall, CT-skanning ger en betydligt högre strålningsdos till kroppen.

Magnetisk resonanstomografi

Denna diagnostiska medicinska bildteknik använder radiovågor inom ett magnetfält. Människokroppen består till stor del av vatten. När de placeras i MR-skannern, vätejonerna i vattenmolekylerna anpassar sig efter fältet. När radiofrekvensvågor appliceras ändras denna justering och därefter återgår jonerna till sin ursprungliga position. Dessa justeringsändringar registreras och bearbetas för att skapa en bild. MR är användbar för att visualisera mjukvävnadsstrukturer som muskler, senor och gemensamma utrymmen. Även om det inte finns någon strålningsrisk kan MR vara farligt för personer som har metallimplantat på grund av användningen av ett starkt magnetfält. Detta inkluderar patienter som har konstgjorda leder, pacemakers eller andra typer av implantat.

Kärnmedicin Imaging

Denna teknik innebär användning av radioaktiva molekyler som kallas ”spårare”. Spårarna sväljs antingen eller injiceras i blodomloppet. En gång i kroppen tas spårämnen upp av specifika vävnader. Gammastrålarna som släpps ut av dessa spårämnen fångas på en gammakamera och omvandlas till digitaliserade bilder. Spårämnen kan väljas utifrån den region som är av intresse. Till exempel kräver avbildning av sköldkörteln radioaktivt jod, eftersom denna förening företrädesvis tas upp av sköldkörtelceller. Benskanning för infektionssjukdom använder teknetium, gallium eller indium. Områden som tar upp materialet kommer att avge mer strålning och kommer att visas som ”hot spots” på förvärvade bilder.

En speciell typ av nukleär avbildning är positronemissionstomografi (PET). Det kan använda en radioaktiv form av glukos. Glukos tas företrädesvis upp av celler som har en hög metabolism, såsom cancerceller. Således, denna avancerade diagnostiska bildteknik kan hjälpa till att identifiera avlägsna metastaser hos cancerpatienter.

Vad finns i beredskap för framtiden för medicinsk avbildning?

När medicinsk avbildning fortsätter att utvecklas, forskare hittar sätt att förbättra diagnos och behandlingsplanering. Ett av de mest spännande områdena som för närvarande forskas är tillämpningen av artificiell intelligens (AI) på medicinsk avbildning. Artificiell intelligens är förmågan hos programvara eller maskiner att replikera kognitivt tänkande som uppvisas av människor. De kan därför hjälpa till med problemlösningsuppgifter. AI inom medicinsk avbildning kan driva nya gränser med avseende på både diagnos av sjukdomar samt planering och övervakning av behandlingseffektivitet. Följande är några tillämpningar av AI i medicinsk avbildning:

• Identifieraintressanta skivor: En enda CT- eller MR-skanning av en patient kan generera bokstavligen hundratals bilder, eftersom varje skiva bara är några millimeter lång. För radiologen kan det vara en mycket tidskrävande process att gå igenom varje enskild skiva för att upptäcka avvikelser. AI kan användas för att sikta igenom alla skivor och plocka upp endast de skivor som är av intresse för radiologen.

• Upptäckafinare avvikelser: Mycket små skillnader i färg eller kontrast kanske inte är synliga för blotta ögat. Dessa skillnader kan emellertid signalera den tidiga starten av invasiv sjukdom. AI kan användas för att plocka upp till och med små skillnader, vilket hjälper till med diagnostisk noggrannhet som inte kan uppnås med manuella medel.

• Hämtagamla poster: AI kan gå igenom databaser för att hämta äldre bilder från patienternas hälsojournaler. Dessa bilder kan användas för jämförelse med alla aktuella bilder tagna. Detta kan användas för att bedöma sjukdomsprogression eller utvärdering av effekten av behandlingen.

• Storskaligscreening: En ny tillämpning av AI i medicinsk avbildning är storskalig medicinsk screening. En ny artificiell intelligensbaserad applikation utvecklades för att screena medicinska bilder över flera sjukhusdatabaser. AI utbildades för att upptäcka stora fartygsobstruktion, ett tidigt tecken på stroke. Om detta fungerar kan ansökan varna patienten och strokespecialisten på en prioriterad basis. Det kommer att minska tiden till behandling, vilket kan förbättra patientens resultat avsevärt.

• Förberedadiagnostiska rapporter: AI skulle kunna översätta avvikelser i färg och kontrast till faktiska diagnostiska resultat. Detta kan göras genom att mata information baserat på tidigare ärendeposter. Med hjälp av diagnostisk information kan AI också användas för att generera avbildningsrapporter.

DICOM och PACS - kärnan i medicinsk bildkommunikation

Medicinska bilder är trots allt bara bilder. Ju bättre kvalitet på en bild, desto mer information kan den ge. Med detta i åtanke släppte National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ett standardformat av hög kvalitet för visning och lagring av medicinska bilder. DICOM, som står för Digital Imaging and Communications in Medicine, är globalt accepterat. Det kan inte nås av vanliga datorprogram. Särskilda program, kallas DICOM-tittare, behövs för att visa och redigera dagens medicinska bilder.

Eftersom DICOM-baserade bilder är av hög kvalitet och flera bilder från en enda patientskanning kräver mycket lagringsutrymme, särskilda arrangemang måste göras för att lagra och hämta bilder i DICOM-format. Databasen och serversystemet som lagrar DICOM-bilder kallas PACS (Picture Archiving and Communication System). I allmänhet har varje sjukhus sin egen interna PACS-server, och bilder som förvärvats från patienter på sjukhuset ensam lagras där. Nackdelen med detta är att patienter som byter sjukhus av olika skäl kanske inte kan komma åt tidigare bilder.

Introduktionen av molnbaserade PACS har gjort visning och åtkomst till DICOM-filer mycket enklare. Molntekniken gör att DICOM-filer kan lagras och bearbetas via internet. Dessa filer kan nås var som helst, med hjälp av vilken enhet som helst som har nödvändiga behörigheter och programvara. Det förenklar åtkomst till patientens journaler från olika geografiska platser.

PostDICOM: Få ut det mesta av avancerad medicinsk bildbehandling

PostDICOM är en spännande, banbrytande programvara som uppfyller de senaste kraven på medicinsk bildteknik . Det är en smart DICOM-tittare som inte bara hjälper dig att visa medicinska bilder, den erbjuder också avancerade verktyg så att du kan extrahera maximal information ur varje bild. Dessa verktyg inkluderar tredimensionella och multiplanära rekonstruerade bilder, maximal och minsta intensitetsprojektioner, och bildfusion av två eller flera bildmetoder. PostDICOM är det enda DICOM-programmet som tillåter molnbaserad bildvisning. Den är kompatibel med alla operativsystem, inklusive Windows, iOS, Linux och Android.

PostDICOM är för dig att använda - så prova idag! Du kan utöka molnlagringsutrymmet till en nominell avgift.