Programvara för medicinsk bildbehandling idag – Mer än bara bildvisning

Medicinsk bildbehandling är ett av de snabbast växande områdena inom sjukvården. Under de senaste decennierna har det utvecklats till att omfatta flera bildmodaliteter, inklusive DT-undersökningar (CT), MR (magnetkamera), ultraljud och nuklearmedicin, för att nämna några. Tillsammans med framstegen inom hårdvara och enheter som används för att generera medicinska bilder, har enorma framsteg gjorts med de olika typerna av programvara som hanterar dessa bilder.

Introduktionen av DICOM-standarden (Digital Imaging and Communications in Medicine) har bidragit till att säkerställa att kvaliteten på medicinska bilder hålls på en hög nivå. Insamling, lagring, hämtning och delning av medicinska bilder kan endast göras i DICOM-formatet. Varje sjukhus behöver ha en dedikerad DICOM-arbetsstation. I och med PACS (Picture Archiving and Communications System), som är ett virtuellt lagringsområde för digitala DICOM-bilder, har lagring och hämtning av sådana bilder strömlinjeformats.

Marknaden översvämmas av olika typer av programvara för medicinsk bildbehandling för granskning av DICOM-bilder. Detta inkluderar gratis programvara för medicinsk bildbehandling såväl som premiumprogramvara som kan erbjuda mer avancerade funktioner. När radiologer vänjer sig vid den senaste programvaran för medicinsk bildbehandling för granskning och lagring av bilder, vänder tillverkarna sin uppmärksamhet mot andra områden av bildbehandlingsflödet, identifierar problem som behöver lösas och ser om de kan komma med innovativa lösningar för dessa. I den här artikeln går vi igenom de olika typerna av programvara för medicinsk bildbehandling som har utformats för att göra mer än att bara visa DICOM-bilder.

Programvara för medicinsk bildanalys

All programvara som kan "analysera" data som erhålls från medicinska bilder kallas för programvara för medicinsk bildanalys. Analys kan ta formen av att underlätta diagnos, jämföra bilder mellan patienter eller hos samma patient vid olika tidpunkter för att bedöma sjukdomsförlopp och utvärdera prognos. I samband med förbättringen av bildteknik görs stora framsteg vad gäller den analytiska förmågan hos programvara för medicinsk bildbehandling, i strävan att skapa programvara som självständigt kan upptäcka kliniska avvikelser i medicinska bilder.

Vad finns det för behov av programvara för medicinsk bildanalys?

Analys är vanligtvis en kognitiv funktion som utförs av radiologen eller läkaren som granskar den medicinska bilden. Med framstegen inom sjukvården har antalet begärda undersökningar för patienter skjutit i höjden. Medicinska bildresultat är idag tillgängliga med större detaljrikedom och i flera snitt, vilket leder till ett större antal bilder som behöver granskas. Tolkning av så många bilder av en radiolog kräver inte bara enorm skicklighet, det är också tidskrävande och utmattande. Medan arbetsbelastningen för radiologer har mångdubblats under åren, har tillväxten i antalet utbildade radiologer bara speglat hälften av ökningen i arbetsbelastning. Resultatet är en akut personalbrist inom radiologin. En föreslagen lösning på detta problem är användningen av maskiner för att tolka medicinska bilder och upptäcka avvikelser.

Programvara för medicinsk bildanalys använder algoritmer för djupinlärning för att läsa och utvärdera bilder. Den kan gå igenom hundratals bilder åt gången och kan därför hantera stora arbetsbelastningar. Den kan tränas att "flagga" bilder med misstänkta fynd, vilket kan påskynda processerna för radiologer i den meningen att de inte behöver gå igenom alla bilder utan bara fokusera på de som är flaggade.

Vilka produkter för medicinsk bildanalys finns på marknaden?

• Aidoc: Aidoc, ett Tel Aviv-baserat företag, har utvecklat programvara för medicinsk bildanalys som ger diagnostiskt stöd för helkropps-DT. Applikationen analyserar DT-undersökningar av huvud, hals, bröstkorg och buk, och kan upptäcka visuella avvikelser på hög nivå. En fallstudie utförd av företaget visade att användning av Aidoc avsevärt minskade svarstiden för rapporter, särskilt för undersökningar av huvud och hals.

• Arterys: Arterys är ett San Francisco-baserat företag som kombinerar AI-algoritmer för djupinlärning med molntjänster. Programvaran för medicinsk bildanalys har visat sig öka hastigheten och noggrannheten vid analys. Ursprungligen utvecklad för hjärt-MR, har Arterys nu utvecklat liknande applikationer för lever-MR, lung-MR och mammografi, och hjälper till att identifiera patologiska lesioner i dessa regioner.

Vilka begränsningar finns det för programvara för medicinsk bildanalys?

I slutändan är programvara för medicinsk bildanalys bara så bra som de datoralgoritmer den bygger på. En dator "ser" inte saker och kan inte tänka, och dess resultat baseras på en serie siffror och algoritmer. Resultaten som genereras är därför baserade på de algoritmer som den har programmerats med. Det finns därför gott om utrymme för fel här eftersom tekniken fortfarande är ny. Även om programvara för medicinsk bildanalys verkligen kan minska radiologens arbetsbelastning, är den ännu inte redo att helt ersätta radiologen. Den är fortfarande i sin linda och används inte lika ofta som sin mindre automatiserade motsvarighet, programvara för medicinsk bildbehandling (image processing software).

Programvara för medicinsk bildbehandling

Programvara för medicinsk bildbehandling omvandlar i huvudsak bilder efter att de har samlats in. Medan vissa grupper anser att programvara för medicinsk bildbehandling är en del av programvara för medicinsk bildanalys, gör den inte mycket för att analysera bilder. Icke desto mindre gör bearbetningen jobbet med manuell analys enklare för radiologen. Medicinsk bildbehandling är av tre typer – bildsegmentering, bildregistrering och bildvisualisering.

Bildsegmentering

Segmentering syftar på processen att dela upp en enda bild i små delar eller segment. Helst ska dessa segment vara meningsfulla, det vill säga varje segment ska avbilda en annan struktur eller organ.

Programvara för medicinsk bildsegmentering kan utföra följande funktioner:

• Lokalisera intresseområdet (ROI): Programvaran kan identifiera avvikelser i intresseområdet, inklusive tumörer, knölar och andra patologier.

• Urskilja anatomiska gränser: Segmenteringsprogramvara kan identifiera gränserna för kroppsstrukturer såsom blodkärl.

• Mäta volymer: Programvara för medicinsk bildsegmentering kan användas för att beräkna volymerna av specifika strukturer såsom anatomiska håligheter eller tumörer. Det är särskilt användbart för att övervaka förändringar i tumörstorlek under behandlingens gång.

Bildregistrering

Bildregistrering är en process som gör att bilder kan justeras på rätt sätt. I denna teknik bekantar sig datorn med en serie "målbilder". När den matas med en ny bild, omvandlas denna nya "källbild" för att bli liknande i justering som målbilden. Bildregistrering kan uppnås med tre metoder – transformationsmodeller, likhetsfunktioner och optimeringsprocedurer.

Tillämpningar av bildregistrering genom programvara för medicinsk bildbehandling:

• Bildfusion: Vid bildfusion kan medicinska bilddata som kommer från olika källor slås samman till en enda datauppsättning. Detta är extremt användbart för att förstå hur anatomi korrelerar med funktionella processer. Till exempel ger DT-undersökningar strukturell information, medan PET-undersökningar ger metabolisk information. Genom att använda bildfusion kan båda uppsättningarna information erhållas genom en enda datauppsättning.

• Studera förändringar över tid: Bildregistrering kan användas för att jämföra en serie bilder över tid. Detta är användbart för att bedöma förändringar inom samma bildsession, såsom hjärtrörelser eller andningsfunktion. Det kan också tillämpas på långsiktiga förändringar, såsom att övervaka sjukdomsförlopp över några år.

• Karakterisera anatomiska egenskaper: Bildregistrering kan också jämföra bilder mellan olika individer i en population. Detta kan användas för att karakterisera anatomiska egenskaper i en given population.

• Interventionella ingrepp: Datorassisterad kirurgi möjliggörs med bildregistrering. Genom att applicera den preoperativa DT- eller MR-bilden i den intraoperativa miljön blir bildvägledd kirurgi möjlig.

Bildvisualisering

Programvara för medicinsk bildvisualisering förändrar sättet som den ursprungliga datauppsättningen kan visas på. Detta möjliggör analys från olika synvinklar. Visualisering är i huvudsak processen att utforska data, omvandla den vid behov och sedan visa den med större djup och tydlighet jämfört med den ursprungliga datauppsättningen. Det finns flera efterbehandlingstekniker som möjliggör medicinsk bildvisualisering.

Tillämpningar av bildvisualisering genom programvara för medicinsk bildbehandling:

• 3D-rekonstruktion: Programvara för medicinsk 3D-bildbehandling är nästan alltid inbyggd i vanliga program för medicinsk bildbehandling. 3D-rekonstruktion innebär att alla snitt som förvärvats i en enda datauppsättning läggs samman och kombineras till en enda bild. Detta gör att operatörer enkelt kan tolka avvikelser eftersom det finns bättre anatomisk orientering jämfört med enskilda snitt. Programvara för medicinsk 3D-bildbehandling hjälper också till med snabbare identifiering av avvikelser. Större detaljrikedom kan sedan visualiseras med 2D-visualisering vid behov.

• 2D-visualisering: Detta är en omvändning av 3D-rekonstruktionstekniken. Den kan användas för att antingen visa originalbilddata från 3D- eller 4D-rekonstruktioner, eller så kan den användas för att visa olika snitt från den ursprungliga datauppsättningen. Ett exempel på 2D-visualisering är multiplanär reformatering (MPR), som gör att nya snitt kan göras från 3D- och 4D-rekonstruktioner, i plan som skiljer sig från de ursprungliga planen. MPR finner tillämpning vid visualisering av krökta strukturer, inklusive ryggradskanalen och blodkärl. De flesta typer av programvara för medicinsk 3D-bildbehandling tillåter även MPR.

Programvara för medicinsk bildhantering

Den samtidiga ökningen av antalet patienter som genomgår diagnostisk medicinsk bildbehandling och kvaliteten på de medicinska bilder som samlas in, vilket innebär enorma datafiler, har lett till att massiva volymer av datauppsättningar hanteras av vårdcentraler och sjukhus. Lagring, hämtning och hantering av denna enorma volym bilddata kan vara en utmaning i sig. Programvara för medicinsk bildhantering gör denna process enklare genom att organisera och integrera sådana datauppsättningar.

Programvara för medicinsk bildhantering består av en PACS-server som kan integreras med en vanlig DICOM-arbetsstation. En standardprogramvara för medicinsk bildhantering bör ha följande funktioner:

• Ersätter fysisk arkivering genom att lagra alla medicinska bilddatauppsättningar digitalt på ett organiserat sätt.

• Ger radiologer tillgång till medicinsk bilddata från vilken geografisk plats som helst och tillåter flera användare att visa data samtidigt på olika system.

• Tillåter export av bilder till andra filformat, så att de kan användas för undervisning, lärande eller för att sprida bilder genom publikationer och webbplatser.

• Möjliggör integration av medicinsk bilddata med patientdata i andra register, såsom elektroniska patientjournaler, hälsoinformationssystem och radiologiska informationssystem (RIS).

Programvara för dosspårning av medicinska bilder

En stor nackdel med medicinsk bildbehandling är strålningsexponering. Att mäta stråldosen under bildinsamling är nu möjligt med spårningsprogramvara.

Varför är programvara för dosspårning nödvändig?

Med den ökande användningen av DT-ledd diagnostik och intervention, inklusive nuklearmedicinska undersökningar och angiografi, har det skett en stadig ökning av både patienters och läkares exponering för strålning. Myndigheter har noterat detta och gjort det obligatoriskt att spåra mängden strålning som patienter får och föra in detta i deras journaler. Det krävs också att man spårar mängden strålning som läkare utsätts för under sitt arbete.

Vilka tillgängliga applikationer för dosspårning finns det?

För att hjälpa till med dosspårning har flera utvecklare av programvara för medicinsk bildhantering tagit fram lösningar. Till exempel erbjuder GE ett program som heter DoseWatch. Det spårar stråldosen som administreras till patienter vid en viss institution. Data kan klassificeras enligt den enskilda enheten, protokollet eller operatören så att det blir enkelt att identifiera dosavvikelser. Andra applikationer som Sectra erbjuder webbaserad dosspårning. Sectra är certifierat av American College of Radiologists och kan skicka dosdata från ett sjukhus direkt till deras Dose Index Registry.

PostDICOM – En heltäckande lösning för medicinsk bildbehandling

PostDICOM integrerar de funktioner för medicinsk bildbehandling som vi har beskrivit ovan i ett funktionsspäckat program. Det är en sofistikerad programvara för medicinsk bildhantering som möjliggör molnbaserad lagring och hämtning av medicinska bilder. PostDICOM är kompatibelt med flera operativsystem, inklusive Windows, Linux, Mac OS och Android. Denna gratis programvara för medicinsk bildbehandling erbjuder avancerade visualiseringsalternativ och är integrerad med programvara för medicinsk bildsegmentering. Ytterligare lagring kan köpas till en nominell kostnad. Besök postdicom.com för att lära dig mer om denna praktiska programvara.