Medicinsk bildteknik idag och vart den är på väg

När du hör termen "medicinsk bildbehandling" är den första bilden som dyker upp en radiograf, eller en röntgenbild som det oftare kallas. Även om röntgenbilder är den äldsta och fortfarande mest använda metoden för medicinsk bildbehandling, finns det så mycket mer inom detta spännande och innovativa vetenskapsområde idag. I den här artikeln försöker vi granska det nuvarande läget och de senaste framstegen inom medicinsk bildteknik, samt beskriva områden där stora genombrott förväntas inom en inte alltför avlägsen framtid.

Termen "medicinsk bildteknik" har en bred definition och omfattar alla tekniker som hjälper medicinsk personal att se kroppens inre eller områden som inte är synliga för blotta ögat. Visualisering av dessa strukturer kan hjälpa till vid diagnos av sjukdomar, behandlingsplanering, utförande av behandling – till exempel genom bildvägledd intervention, samt övervakning och uppföljning.

Den omfattande räckvidden för medicinsk diagnostisk bildbehandling - vad det innebär

Idag är medicinsk bildbehandling en integrerad del av sjukdomsdiagnostik och hantering. Den tidigaste formen av diagnostisk medicinsk bildbehandling var röntgenenheten, som introducerades av Röntgen 1895. Sedan dess har radiografisk bildbehandling kommit långt, och traditionell röntgen ersätts snabbt av datortomografi (DT), som kombinerar kraften i datorbehandling med röntgenbildtagning. DT-skannrar tar bilder i tre olika plan. Själva DT-tekniken har förfinats under åren. Tjockleken på bildsnitten har minskat och spiral-DT har anlänt, vilket dramatiskt minskar tiden för bildinsamling.

Magnetresonanstomografi (MRT) dök upp i slutet av 1900-talet, vid en tidpunkt då oron för strålningsexponering under medicinsk bildbehandling var som störst. Detta bildsystem använder naturliga magnetfält för att ta bilder av inre kroppsstrukturer. Även om MRT initialt hade begränsad diagnostisk användning, har förbättringar av utrustningen gjort att det blivit förstahandsvalet för mjukvävnad och vaskulära strukturer. Nyare MRT-maskiner är kompakta och öppna enheter som inte längre får patienter att känna sig klaustrofobiska.

Ultraljud är en annan bildbehandlingsmodalitet 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, till exempel för undersökningar vid sängkanten, studier av vaskulära strukturer och inom obstetrik för att bedöma fostrets hälsa.

Andra avancerade medicinska bildtekniker har utnyttjat kraften hos nukleära radioisotoper. Positronemissionstomografi (PET) gör det möjligt för radiomärkta molekyler, såsom glukos, att tas upp av kroppens vävnader. De detekteras sedan av sensorer och deras fördelning ger ledtrådar till diagnosen. Införandet av kontrastmedel har lett till platsspecifik bildbehandling såsom DT-angiografi. Radiomärkt material injiceras i blodomloppet och vaskulära strukturer kan enkelt visualiseras. Detta hjälper till att identifiera vaskulära anomalier och blödningar. Radiomärkta molekyler kan också tas upp av vissa vävnader, vilket hjälper till att begränsa en diagnos. Till exempel används teknetium-99 vid skelettscintigrafi 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 pågår i patientens kropp.

Hur medicinsk bildteknik har utvecklats genom åren

Medicinsk bildteknik har utvecklats med stormsteg genom åren. Detta har inte begränsats till de modaliteter genom vilka bilder förvärvas. Det har varit en ständigt ökande betoning på efterbehandling och nyare, mer avancerade sätt att dela och lagra medicinska bilder. Idén här är att utvinna maximal nytta av befintlig teknik och sprida den till så många människor som möjligt.

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

Framsteg inom lagring och hämtning av bilddata

Med de olika typer av bildbehandlingsenheter som används idag och de unika data som de producerar, är integration och enkelhet i samarbete av yttersta intresse för vårdinrättningar och slutanvändare. Nästan alla typer av bilder idag förvärvas digitalt och består av enorma datafiler. En stor 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 formatet DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

DICOM är en standard utvecklad av American College of Radiologists. Alla bilder, inklusive DT-skanningar, MRT, ultraljud och PET-skanningar, ska lagras, hämtas och delas endast i DICOM-formatet. DICOM-formatet har patientuppgifter 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 verktyg för medicinsk bildbehandling

Medicinsk 3D-bildteknik

En annan gren av 3D-rekonstruktion är multiplanär rekonstruktion (MPR). MPR är processen att erhålla nya snitt av bilder från den 3D-rekonstruerade modellen. De nya snitten är i andra plan än de snitt som ursprungligen förvärvades. Detta blir särskilt användbart när man spårar förloppet av stora strukturer såsom aorta.

Intensitetsprojektioner

Bildbehandlingsprogramvara idag har flera funktioner för att hjälpa sjukvårdspersonal att studera sitt intresseområde i detalj. En sådan funktion är intensitetsprojektion. Kliniker kan välja att redigera bilden av ett rekonstruerat område genom att endast visa de maximala eller minimala CT-värdena. Dessa kallas maximala respektive minimala intensitetsprojektioner (MIP och MINIP). De ökar kontrasten mellan intresseområdet och de omgivande normala vävnaderna.

Sann 3D-bildbehandling

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

Bildfusion

Ett avancerat medicinskt bildbehandlingsverktyg som kallas bildfusion finns tillgängligt i många DICOM-applikationer. Det möjliggör sammanslagning av två eller flera bilddatauppsättningar till en enda fil. Detta kan kombinera fördelarna med olika bildbehandlingsmodaliteter. De vanligaste och mest användbara teknikerna för bildfusion är PET/DT och PET/MR-bildfusion, som kombinerar fördelarna med PET-undersökning, DT-undersökning och MRT. PET hjälper till att identifiera och lokalisera intresseområdet (vanligtvis ett malignt eller inflammerat område). DT ger utmärkta anatomiska detaljer om lesionens utbredning samt de inblandade vävnadsplanen. MRT hjälper till att uppnå upplösning av mjukvävnad. När de kombineras sker en anmärkningsvärd ökning av sensitiviteten och specificiteten i diagnostiska bildutredningar.

Bildbehandling i realtid

Traditionellt har det alltid varit underförstått 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 granska varje sektion av bilden och tillämpa sin kunskap för att tolka den. Denna fördröjning kan avsevärt påverka kliniska resultat, särskilt i akuta situationer som trauma, där tiden är avgörande.

Idag erbjuder många bildsystem resultat i realtid, vilket innebär att fördröjningen mellan bildinsamling och tolkning antingen är minimal eller obefintlig. Kliniker kan se bilder på en skärm medan patienten fortfarande är i bildbehandlingsenheten. Detta minskar inte bara fördröjningen, utan har den extra fördelen att man kan se kroppssystem i arbete i realtid och därmed bedöma deras funktionella integritet. Till exempel kan matstrupen sväljfunktion utvärderas på detta sätt för möjliga orsaker till dysfagi. På samma sätt kan fosterrörelser ses i realtid med ultraljud. Kraften i realtidsbildbehandling gör det möjligt för kirurger att fatta beslut intraoperativt.

En inblick i framtiden för medicinsk bildteknik

Artificiell intelligens

Artificiell intelligens (AI) hänvisar till maskiners förmåga att simulera mänsklig intelligens. Detta gäller främst kognitiva funktioner, såsom inlärning och problemlösning. Inom ramen för medicinsk bildbehandling kan AI tränas för att upptäcka anomalier i mänsklig vävnad – och därmed hjälpa både vid diagnos av sjukdomar och övervakning av deras behandling. Det finns tre sätt på vilka AI kan hjälpa radiologer. AI kan sålla igenom enorma datamängder av bilder och patientinformation med övermänsklig hastighet. Detta kan påskynda arbetsflöden. För det andra kan AI tränas för att upptäcka anomalier som är för små för att urskiljas med blotta ögat. Detta kan förbättra diagnostisk noggrannhet. För det tredje kan AI användas för att hämta tidigare bildskanningar från en patients elektroniska journal (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 diagnosen.

Flera företag har varit framgångsrika med att införliva AI i bildsystem, men inget av dem är tillgängligt för kommersiellt bruk ännu. Ett exempel på AI-integrerad medicinsk bildbehandlingsprogramvara är Viz, som förbättrar både upptäckt och tid till behandling hos patienter med stora kärlocklusioner (LVO). Programvaran kan screena flera bilder över flera sjukhusdatabaser för LVO. Om en LVO upptäcks kan programvaran varna både strokespecialisten och patientens primärvårdsläkare för att säkerställa att patienten får snabb behandling. För en tidskritisk sjukdom som stroke har detta effekten att avsevärt förbättra resultaten och minska kostnadsbördan för sjukvårdssystemet.

Molnbaserade applikationer

Både den snabba utvecklingen inom bildteknik och den allestädes närvarande användningen av medicinska bilder inom sjukvården har resulterat i ett brådskande behov av att hitta innovativa sätt att lagra och dela medicinska bilddata. Mot denna bakgrund har molnteknik framträtt som en av de ledande faktorerna för framtiden inom medicinsk bildteknik. Molnteknik möjliggör lagring och delning av data oberoende av geografisk plats med hjälp av internet. Molnbaserade applikationer för medicinsk bildbehandling underlättar lagring och hämtning av bildfiler i DICOM-formatet. De ökar effektiviteten och minskar kostnaderna. Sjukvårdspersonal kan samarbeta kring medicinska bilddata från hela världen. Slutresultatet är bättre hälsoresultat för patienter.

Molnbaserade applikationer förbättrar också blockkedjeprocessen. En "blockkedja", 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 tillgängliga i molnet kan läggas till i en blockkedja, vilket sedan gör patientens medicinska information tillgänglig för vilken läkare som helst, var som helst i världen.

PostDICOM - I framkant av medicinsk bildteknik

PostDICOM kombinerar det bästa av det senaste inom medicinsk bildteknik. Det är en av få molnbaserade DICOM-visningsapplikationer som finns där ute. DICOM-filerna som lagras på Cloud PACS-servern är säkrade med SSL-kryptering. PostDICOM införlivar medicinsk 3D-bildteknik och erbjuder avancerade bildmanipuleringsfunktioner, inklusive multiplanär rekonstruktion, intensitetsprojektion (maximal, medel och minimal) samt bildfusion. Kliniska dokument kan också lagras och visas med applikationen. Den är kompatibel med alla större operativsystem (Windows, Mac OS, Linux) och kan nås från bärbara datorer, surfplattor och smartphones. Bäst av allt är att det för grundläggande användare är helt gratis att prova molnlagringsutrymme.