Medicinsk bildteknik idag och vart den är på väg

När du hör termen ”medicinsk bild”, den första bilden som kommer att tänka på är en röntgenbild, eller en röntgen som det är mer allmänt känt. Medan röntgenbilder är den äldsta och fortfarande den mest använda metoden för medicinsk avbildning, det finns så mycket mer i detta spännande och innovativa vetenskapsområde idag. I den här artikeln, vi försöker granska det aktuella läget och de senaste framstegen inom medicinsk bildteknik samt avgränsa områden där stora genombrott förväntas inom en inte alltför avlägsen framtid.

Termen ”medicinsk bildteknik” har en bred definition och omfattar alla tekniker som hjälper läkare att se kroppens inre eller områden som inte är synliga för blotta ögat. Visualisering av dessa strukturer kan hjälpa till vid diagnos av sjukdom, behandlingsplanering, behandlingsutförande - till exempel genom bildstyrd intervention, och övervakning och övervakning.

Det stora omfattningen av medicinsk diagnostisk avbildning - vad det innebär

I dag, medicinsk avbildning är en integrerad del av sjukdomsdiagnos och hantering. Den tidigaste formen av diagnostisk medicinsk avbildning var röntgenenheten , introducerad av Roentgen 1895. Sedan dess har radiografisk avbildning kommit långt, och traditionella röntgenstrålar ersätts snabbt av datortomografi (CT), som kombinerar kraften i datorbehandling med röntgenbilder. CT-skannrar tar bilder i tre olika plan. CT-tekniken i sig har genomgått förfining genom åren. Tjockleken på bildskivor har minskat och spiral CT har anlänt vilket dramatiskt minskar bildförvärvstiden.

Magnetisk resonanstomografi (MRI) uppstod i slutet av 1900-talet, vid en tidpunkt då oro över strålningsexponering under medicinsk avbildning var på topp. Detta bildsystem använder naturliga magnetfält för att skaffa bilder av inre kroppsstrukturer. Även om MRI ursprungligen hade begränsad diagnostisk användning, förbättringar i utrustningen har gjort det möjligt att bli den avbildningsmodalitet som valts för mjuka vävnader och vaskulära strukturer. Nyare MR-maskiner är kompakta och öppna enheter som inte längre får patienter att känna sig klaustrofobiska.

Ultraljud är en annan bildmetod som inte använder strålning. Den använder reflekterade ljudvågor för att måla en bild av inre organ. En stor fördel med ultraljud är dess bärbarhet. Det har fått utbredd medicinsk tillämpning såsom för sängundersökningar, studera vaskulära strukturer, och i obstetrik för att bedöma fostrets hälsa.

Andra avancerade medicinska bildtekniker har utnyttjat kraften i kärnradioisotoper. Positronemissionstomografi(PET) gör att radiomärkta molekyler, såsom glukos, kan tas upp av kroppsvävnader. De detekteras sedan av sensorer och deras fördelning ger ledtrådar till diagnosen. Introduktionen av kontrastmedier har lett till platsspecifik avbildning såsom CT-angiografi. Radiomärkt material injiceras i blodomloppet och kärlstrukturer kan enkelt visualiseras. Detta hjälper till att identifiera vaskulära anomalier och blödare. Radiomärkta molekyler kan också tas upp av vissa vävnader, vilket hjälper till att minska en diagnos. Till exempel används teknetium-99 vid benskanning och jod-131 används för att studera sköldkörtelvävnad. Ofta kombineras två eller flera av ovanstående bildtekniker för att ge läkaren en bestämd uppfattning om vad som händer i patientens kropp.

Hur medicinsk bildteknik har utvecklats genom åren

Medicinsk bildteknik har utvecklats med stormsteg genom åren. Detta har inte begränsats till de metoder genom vilka bilder förvärvas. Det har varit en allt större tonvikt på efterbehandling och nyare mer avancerade sätt att dela och lagra medicinska bilder. Tanken här är att dra ut maximal nytta av befintlig teknik och sprida den till så många människor som möjligt.

Inom området diagnostisk medicinsk avbildning, kliniker kan nu manipulera bilder för att få större insikter och information från samma uppsättning data.

Framsteg inom lagring och hämtning av bilddata

Med de olika typerna av bildenheter som används idag och de unika data som de producerar, integration och enkel samarbete är av största intresse för vårdinstitut och slutanvändare. Nästan alla typer av bilder idag förvärvas digitalt och består av enorma datafiler. En viktig utveckling i detta avseende har varit införandet av PACS (Picture Archiving and Communications System). Det är en plattform som möjliggör integrerad lagring och visning av medicinska bilder från olika enheter och system. På PACS-servern lagras bilder huvudsakligen i DICOM-formatet (Digital Imaging and Communications in Medicine) .

DICOM är en standard utvecklad av American College of Radiologists. Alla bilder, inklusive CT-skanningar, MR, ultraljud, och PET-skanningar ska lagras, hämtas, och delas endast i DICOM-format. DICOM-formatet har patientdetaljer inbäddade i bilden för att minimera diagnostiska fel. Ett antal DICOM-visningsapplikationer finns tillgängliga på marknaden, och var och en har olika funktioner som hjälper kliniker vid diagnos och behandlingsplanering.

Avancerade medicinska bildverktyg

Medicinsk 3D-bildteknik

En annan utlöpare av 3D-rekonstruktion är multiplanar rekonstruktion (MPR). MPR är processen att få nya skivor av bilder från den 3D-rekonstruerade modellen. De nya skivorna är i plan annorlunda än för de skivor som ursprungligen förvärvades. Detta blir särskilt användbart när man spårar loppet av större strukturer som aorta.

Intensitet projektioner

Bildprogramvara har idag flera funktioner som hjälper vårdpersonal att studera deras intresseregion i detalj. En sådan funktion är intensitetsprojektion. Kliniker kan välja att redigera bilden av ett rekonstruerat område genom att endast visa högsta eller minsta CT-värden. Dessa kallas maximal och minsta intensitetsprognoser (MIP och MINIP). De ökar kontrasten mellan intresseområdet och de omgivande normala vävnaderna.

Sann 3D-avbildning

3D-rekonstruktionsteknik är fortfarande inte så exakt som vi skulle vilja att den ska vara, och vissa läkare föredrar att gå igenom flera 2D-sektioner för att undvika fel. En intressant utveckling inom detta område är ”True” 3D-avbildning. Detta innovativa bildsystem gör det möjligt för kliniker att se och interagera med en virtuell kopia av ett organ eller kroppsstruktur. Bilden visas i form av ett hologram, och kliniker kan praktiskt taget rotera strukturen, skära tvärsnitt och identifiera vitala anatomiska landmärken. Ett sådant verktyg kan bli oumbärligt för planering av operationer i framtiden.

Bild Fusion

Ett avancerat medicinskt bildverktyg som kallas bildfusion finns i många DICOM-applikationer. Det gör det möjligt att slå samman två eller flera bilddatauppsättningar till en enda fil. Detta kan kombinera fördelarna med olika bildmetoder. De vanligaste och mest användbara bildfusionsteknikerna är PET/CT och PET/MR-bildfusion, som kombinerar fördelarna med PET-skanning, CT-skanning och MR. PET hjälper till att identifiera och lokalisera intresseområdet (vanligtvis ett malignt eller inflammerat område). CT ger utmärkt anatomisk detalj av omfattningen av lesionen såväl som de involverade vävnadsplanen. MRI hjälper till att uppnå mjukdelsupplösning. När de kombineras tillsammans, det finns en anmärkningsvärd ökning av känsligheten och specificiteten hos diagnostiska bildundersökningar.

Realtidsavbildning

Traditionellt har man alltid förstått att det skulle finnas en ”fördröjning” mellan den tidpunkt då bilden förvärvas och när den tolkas. Fördröjningen kommer från den tid det tar att bearbeta och förbereda bilden, presentera den för radiologen, och sedan för radiologen att se varje avsnitt av bilden och tillämpa sin kunskap för att tolka den. Denna fördröjning kan påverka kliniska resultat avsevärt, särskilt i nödsituationer som trauma, där tiden är avgörande.

I dag, många bildsystem erbjuder ”realtid” -resultat , vilket innebär att fördröjningen mellan bildförvärv och tolkning antingen är minimal eller ingen alls. Kliniker kan se bilder på en skärm medan patienten fortfarande befinner sig i bildenheten. Detta minskar inte bara fördröjningen, det har den extra fördelen att se kroppssystem på jobbet i realtid och därmed bedöma deras funktionella integritet. Till exempel kan sväljfunktionen i matstrupen utvärderas på detta sätt för möjliga orsaker till dysfagi. På samma sätt kan fostrets rörelser ses i realtid med ultraljud. Kraften i realtidsavbildning gör det möjligt för kirurger att fatta beslut intraoperativt.

En inblick i framtiden för medicinsk bildteknik

Konstgjord intelligens

Artificiell intelligens (AI) avser maskinernas förmåga att simulera mänsklig intelligens. Detta gäller främst kognitiva funktioner, såsom lärande och problemlösning. Inom ramen för medicinsk avbildning, AI kan tränas för att upptäcka avvikelser i mänsklig vävnad - vilket hjälper både vid diagnos av sjukdomar och övervaka deras behandling. Det finns tre sätt på vilka AI kan hjälpa radiologer. AI kan söka igenom enorma datamängder med bilder och patientinformation i övermänskliga hastigheter. Detta kan påskynda arbetsflöden. För det andra kan AI tränas för att upptäcka avvikelser som är för små för att kunna urskiljas med blotta ögat. Detta kan förbättra diagnostisk noggrannhet. För det tredje kan AI användas för att hämta tidigare avbildningsskanningar från en patients elektroniska journaler (EMR) och sedan jämföra dem med patientens senaste skanningsresultat. Andra aspekter av patientens EMR, såsom relevant medicinsk historia, kan också hämtas och användas för att underlätta diagnos.

Flera företag har lyckats integrera AI i bildsystem, men ingen av dem är tillgängliga för kommersiellt bruk ännu. Ett exempel på AI-integrerad medicinsk bildprogramvara är Viz, vilket förbättrar både detektion och tid till behandling hos patienter med stora kärlhinder (LVOs). Programvaran kan screena flera bilder över flera sjukhusdatabaser för LVOs. Om en LVO upptäcks kan programvaran varna både strokespecialisten och patientens primärvårdsläkare för att säkerställa att patienten får snabb behandling. För en tidsbunden sjukdom som stroke, detta har effekten av att kraftigt förbättra resultaten och minska kostnadsbördan för hälso- och sjukvården.

Molnbaserade program

Både den snabba utvecklingen inom bildteknik och den allestädes närvarande användningen av medicinska bilder inom vården har resulterat i ett brådskande behov av att hitta innovativa sätt att lagra och dela medicinsk bilddata. Mot denna bakgrund, molnteknik har framstått som en av de ledande determinanterna för framtiden för medicinsk bildteknik. Molnteknik möjliggör lagring och delning av data oberoende av geografisk plats med hjälp av internet. Molnbaserade medicinska bildapplikationer underlättar lagring och hämtning av bildfiler i DICOM-format. De ökar effektiviteten och minskar kostnaderna. Hälso- och sjukvårdspersonal kan samarbeta om medicinsk bilddata från hela världen. Slutresultatet är bättre hälsoutfall för patienter.

Molnbaserade applikationer förbättrar också ”blockchain” -processen . En ”blockchain”, i enkla termer, är tillägget av en ny digital post till en gammal, precis som att lägga till en ny länk till en befintlig fysisk kedja. Bilder som finns tillgängliga i molnet kan läggas till i en blockchain, vilket gör patientens medicinska information tillgänglig för alla läkare överallt i världen.

PostDICOM - I framkant av medicinsk bildteknik

PostDICOM kombinerar det bästa av det senaste inom medicinsk bildteknik. Det är en av några få molnbaserade DICOM-visningsapplikationer där ute. DICOM-filerna som lagras på molnet PACS-servern är säkrade med SSL-kryptering. PostDICOM innehåller medicinsk 3D-bildteknik och erbjuder avancerade bildmanipuleringsfunktioner, inklusive multiplanar rekonstruktion, intensitetsprojektion (maximalt, medelvärde och minimum) och bildfusion. Kliniska dokument kan också lagras och ses med ansökan. Den är kompatibel med alla större operativsystem (Windows, Mac OS, Linus), och kan nås från bärbara datorer, surfplattor och smartphones. Bäst av allt, för grundläggande användare är det helt gratis att prova molnlagringsutrymme.