Lääketieteellisen kuvantamisen tiede ja sovellukset

Iho ja muut kudosesteet peittävät kehomme sisäelimet ja luut, eivätkä ne siksi ole nähtävissä paljaalla silmällä. Termiä ”lääketieteellinen kuvantaminen” käytetään viittaamaan tekniikoihin, joiden avulla voimme tarkastella kehon sisäosia. Tämä artikkeli auttaa ymmärtämään, mitä lääketieteellinen kuvantaminen on ja miten sillä on tärkeä rooli potilaan hoidossa nykyään.

Mitä on diagnostinen lääketieteellinen kuvantaminen?

Diagnoosi on prosessi, jossa tunnistetaan tietty sairaus tai tauti potilaan perusteellisen tutkimuksen perusteella. Valitettavasti useimmat sairaudet ja tilat vaikuttavat kehon alueisiin, jotka eivät normaalisti näy paljaalla silmällä. Diagnostinen lääketieteellinen kuvantaminen voi auttaa diagnoosin tekemisessä antamalla mahdollisuuden visualisoida kehon sisäisiä poikkeavuuksia. Esimerkiksi vamman saaneella potilaalla lääketieteellinen kuvantaminen voi kertoa, onko luita murtunut tai mennyt sijoiltaan.

Miten lääketieteellinen kuvantaminen toimii?

Diagnostinen lääketieteellinen kuvantaminen perustuu ”näkymättömien” aaltojen, kuten sähkömagneettisen säteilyn, magneettikenttien tai ääniaaltojen käyttöön. Näiden erilaisten aaltotyyppien tunteminen auttaa ymmärtämään, mitä lääketieteellinen kuvantamistiede on. Aallot ovat tyypillisesti peräisin lähteestä, joka on sijoitettu kehon toiselle puolelle, ne kulkevat kehon (ja kiinnostuksen kohteena olevan alueen) läpi ja osuvat ilmaisimeen, joka on sijoitettu kehon toiselle puolelle. Eri kehon kudokset absorboivat aaltoja eri tavoin. Näin ilmaisin kehittää kuvan, joka koostuu eri kehon kudosten ”varjoista”. Varhaisemmat lääketieteellisen kuvantamisen muodot, kuten röntgenkuvat, käyttivät valonilmaisinlevyä, joka vaati filmin kehitystä ennen visualisointia. Nykyinen edistynyt lääketieteellinen kuvantaminen mahdollistaa kuvien tallentamisen suoraan ilmaisinkameran kautta ja kuvia voidaan katsella digitaalisesti näytöllä.

Mihin lääketieteellistä kuvantamista käytetään?

Vaikka suuri osa lääketieteellisestä kuvantamisesta tehdään pääasiassa diagnostisista syistä, sillä on myös useita muita sovelluksia. Alla on kuvattu muutama yleisin lääketieteellisen kuvantamisen sovellus:

• Pikadiagnoosi (Spot diagnosis): Kuten nimestä voi päätellä, tämä on diagnostisen lääketieteellisen kuvantamisen yleisin sovellus. Kuva voi kertoa yhdellä silmäyksellä, mikä potilaassa on vikana. Tavalliset röntgenkuvat ja TT-kuvat auttavat havaitsemaan murtumia, kystia, kasvaimia ja luuston poikkeavuuksia.

• Taudin etenemisen seuranta: Diagnostista lääketieteellistä kuvantamista käytetään usein taudin vaiheen ja etenemisen määrittämiseen. Syöpäpotilaalla varjoainetehosteista TT-kuvausta tai magneettikuvausta (MRI) voidaan käyttää taudin tarkan vaiheen määrittämiseen, kun taas PET-skannaukset voivat havaita metastaaseja. SPECT, eräänlainen luustokartta, on todettu hyödylliseksi etenemisen seurannassa Parkinsonin taudissa.

• Hoidon suunnittelu: Lääketieteellinen kuvantaminen auttaa myös hoidon suunnittelussa antamalla kirurgeille mahdollisuuden määrittää leesion koon ja siten leikkauksen laajuuden etukäteen. Kirurgit voivat suorittaa virtuaalikirurgiaa käyttämällä lääketieteellistä kuvantamisteknologiaa joko suoraan ohjelmistossa tai tuomisen ja stereolitografisten mallien luomisen jälkeen.

• Hoidon tehon arviointi: PET-skannauksia käytetään usein hoitoa saavilla syöpäpotilailla tarkistamaan, onko hoito-ohjelma ollut tehokas kasvaimen koon pienentämisessä. Kirurgit käyttävät lääketieteellistä kuvantamista myös kirurgisen toimenpiteen aikana tarkistaakseen, ovatko luut linjassa oikein tai onko implantit asetettu oikeaan asentoon. Kuvantamista voidaan tehdä hoitotoimenpiteiden pitkän aikavälin tehon arvioimiseksi. Esimerkiksi silmäkuopan sisällön volumetrinen analyysi tehdään usein kuusi kuukautta toimenpiteen jälkeen sen tarkistamiseksi, suoritettiinko silmäkuopan reduktio ja kiinnitys trauman jälkeen tarkasti.

• Ikään liittyvät laskelmat: Ikä voidaan usein määrittää arvioimalla kehon sisäisten rakenteiden kasvua. Esimerkiksi sikiön ikä ja äidin raskausikä määritetään usein ultraäänellä. Tiettyjä röntgenkuvia, kuten ranteen ja hampaiden röntgenkuvia, käytetään laajalti potilaan iän laskemiseen, jos se on tuntematon tai tarpeen oikeudellisiin tarkoituksiin.

Lääketieteellinen kuvantaminen: Monipuoliset teknologiat ja sovellukset

On olemassa useita diagnostisen lääketieteellisen kuvantamisen tyyppejä, riippuen käytettyjen aaltojen fyysisestä luonteesta ja kuvan sieppausmenetelmästä. Ei ole olemassa yhtä ainoaa kuvantamisteknologiaa, joka olisi ylivoimainen muihin verrattuna, sillä jokaisella on omat etunsa ja haittansa. Näiden rajoitusten perusteella radiologit ovat nykyään löytäneet kullekin kuvantamismodatliteetille parhaiten sopivan erityisen ”lokeron”:

Ultraääni

Kuten nimestä voi päätellä, ultraääni käyttää ääniaaltoja lääketieteellisten kuvien hankkimiseen. Koska siihen ei liity sähkömagneettista säteilyä, se on luultavasti turvallisin diagnostisen lääketieteellisen kuvantamisen muoto. Ääniaallot kulkevat ultraäänianturista johtavan geelin läpi kehoon. Aallot osuvat sitten erilaisiin anatomisiin rakenteisiin kehon sisällä ja heijastuvat takaisin. Ne siepataan ja muunnetaan kuviksi, joita voidaan katsella näytöllä. Ultraäänen erikoismuoto, jota kutsutaan Doppleriksi, antaa meille mahdollisuuden visualisoida veren liikettä verisuonissa.

Röntgenkuvat

Röntgenkuvat ovat lääketieteellisen diagnostisen kuvantamisen varhaisin muoto. Niitä käytetään tyypillisesti luiden visualisointiin, ja ne on suurelta osin korvattu edistyneemmillä lääketieteellisillä kuvantamisjärjestelmillä. Perinteinen röntgenkuva on kuitenkin edelleen hyödyllinen tietyissä kliinisissä tilanteissa:

• Mammografia: Tämä on rinnan röntgenkuvaus. Sitä käytetään seulontatyökaluna naisilla rintasyövän havaitsemiseen.

• Läpivalaisu (Fluoroscopy): Tämä tekniikka käyttää röntgenkuvia yhdistettynä varjoaineeseen, joka joko injektoidaan tai niellään. Varjoaineen reittiä seurataan röntgenkuvilla tukosten, haavaumien ja muiden patologisten prosessien määrittämiseksi.

Tietokonetomografia (TT)

Tässä tekniikassa potilas makaa TT-kammiossa, joka sisältää sekä ilmaisimen että lähteen. Lähde ja ilmaisin sijaitsevat vastakkain ja liikkuvat kaaressa potilaan ympäri, hankkien kuvia sarjassa. Kuvat otetaan muutaman millimetrin viipaleina ja kolmella eri akselilla – tuottaen koronaali-, aksiaali- ja sagittaalileikkeitä. Nämä leikkeet voidaan sitten rekonstruoida muodostamaan kolmiulotteinen kuva. TT-kuvissa on huomattavasti enemmän yksityiskohtia verrattuna perinteisiin röntgenkuviin. TT-skannaus antaa kuitenkin keholle huomattavasti suuremman annoksen säteilyä.

Magneettikuvaus (MRI)

Tämä diagnostinen lääketieteellinen kuvantamisteknologia hyödyntää radioaaltoja magneettikentässä. Ihmiskeho koostuu suurelta osin vedestä. Kun keho asetetaan MRI-skanneriin, vesimolekyylien vetyionit asettuvat kentän mukaisesti. Kun radiotaajuusaaltoja käytetään, tämä kohdistus muuttuu, ja sen jälkeen ionit palaavat alkuperäiseen asentoonsa. Nämä kohdistuksen muutokset tallennetaan ja käsitellään kuvan luomiseksi. MRI on hyödyllinen pehmytkudosrakenteiden, kuten lihasten, jänteiden ja nivelvälien, visualisointiin. Vaikka säteilyvaaraa ei ole, MRI voi olla vaarallinen ihmisille, joilla on metalli-implantteja voimakkaan magneettikentän käytön vuoksi. Tähän kuuluvat potilaat, joilla on tekoniveliä, sydämentahdistimia tai muita implantteja.

Isotooppilääketieteen kuvantaminen

Tämä tekniikka sisältää radioaktiivisten molekyylien, joita kutsutaan ”merkkiaineiksi”, käytön. Merkkiaineet joko niellään tai injektoidaan verenkiertoon. Kun ne ovat kehossa, tietyt kudokset ottavat merkkiaineet vastaan. Näiden merkkiaineiden lähettämät gammasäteet siepataan gammakameralla ja muunnetaan digitoiduiksi kuviksi. Merkkiaineet voidaan valita kiinnostuksen kohteena olevan alueen perusteella. Esimerkiksi kilpirauhasen kuvantaminen vaatii radioaktiivista jodia, koska kilpirauhassolut ottavat ensisijaisesti tämän yhdisteen vastaan. Luustokartta infektiosairauksia varten käyttää teknetiumia, galliumia tai indiumia. Alueet, jotka ottavat aineen vastaan, lähettävät enemmän säteilyä ja näkyvät ”kuumina pisteinä” hankituissa kuvissa.

Erityinen isotooppikuvantamisen tyyppi on positroniemissiotomografia (PET). Se voi käyttää glukoosin radioaktiivista muotoa. Glukoosi otetaan ensisijaisesti soluihin, joilla on korkea aineenvaihduntanopeus, kuten syöpäsoluihin. Siten tämä edistynyt diagnostinen kuvantamistekniikka voi auttaa tunnistamaan etäpesäkkeitä syöpäpotilailla.

Mitä lääketieteellisen kuvantamisen tulevaisuus tuo tullessaan?

Kun lääketieteellinen kuvantaminen kehittyy edelleen, tutkijat löytävät tapoja parantaa diagnoosia ja hoidon suunnittelua. Yksi jännittävimmistä tällä hetkellä tutkimuksen alla olevista alueista on tekoälyn (AI) soveltaminen lääketieteelliseen kuvantamiseen. Tekoäly on ohjelmistojen tai koneiden kyky jäljitellä ihmisten osoittamaa kognitiivista ajattelua. Ne voivat siten auttaa ongelmanratkaisutehtävissä. Tekoäly lääketieteellisessä kuvantamisessa voi avata uusia rajoja sekä sairauksien diagnosoinnissa että hoidon tehon suunnittelussa ja seurannassa. Seuraavassa on joitakin tekoälyn sovelluksia lääketieteellisessä kuvantamisessa:

• Kiinnostavien leikkeiden tunnistaminen: Yksi potilaan TT- tai MRI-skannaus voi tuottaa kirjaimellisesti satoja kuvia, koska jokainen leike on vain muutaman millimetrin pituinen. Radiologille jokaisen yksittäisen leikkeen läpikäyminen poikkeavuuksien havaitsemiseksi voi olla erittäin aikaa vievä prosessi. Tekoälyä voidaan käyttää kaikkien leikkeiden seulomiseen ja vain niiden leikkeiden poimimiseen, jotka kiinnostavat radiologia.

• Hienovaraisempien poikkeavuuksien havaitseminen: Hyvin pienet erot värissä tai kontrastissa eivät välttämättä näy paljaalla silmällä. Nämä erot voivat kuitenkin olla merkki invasiivisen taudin varhaisesta alkamisesta. Tekoälyä voidaan käyttää havaitsemaan jopa pienimmät erot, mikä auttaa diagnostisessa tarkkuudessa, jota ei voida saavuttaa manuaalisesti.

• Vanhojen tietojen haku: Tekoäly voi käydä läpi tietokantoja hakeakseen vanhempia kuvia potilaiden terveystiedoista. Näitä kuvia voidaan käyttää vertailuun nykyisten otettujen kuvien kanssa. Tätä voidaan käyttää taudin etenemisen arviointiin tai hoidon tehon arviointiin.

• Laajamittainen seulonta: Uusi tekoälyn sovellus lääketieteellisessä kuvantamisessa on laajamittainen lääketieteellinen seulonta. Äskettäin kehitetty tekoälypohjainen sovellus kehitettiin seulomaan lääketieteellisiä kuvia useiden sairaaloiden tietokannoista. Tekoäly koulutettiin havaitsemaan suurten suonten tukos, joka on aivohalvauksen varhainen merkki. Jos tämä toimii, sovellus voi hälyttää potilaan ja aivohalvausasiantuntijan prioriteettipohjaisesti. Se lyhentää hoitoon pääsyä, mikä voi parantaa merkittävästi potilastuloksia.

• Diagnostisten raporttien valmistelu: Tekoäly pystyisi kääntämään värin ja kontrastin poikkeavuudet todellisiksi diagnostisiksi löydöksiksi. Tämä voitaisiin tehdä syöttämällä tietoja aikaisempien potilaskertomusten perusteella. Diagnostisten tietojen avulla tekoälyä voidaan käyttää myös kuvantamisraporttien luomiseen.

DICOM ja PACS – lääketieteellisen kuvantamisviestinnän ydin

Lääketieteelliset kuvat ovat loppujen lopuksi vain kuvia. Mitä parempi kuvan laatu on, sitä enemmän tietoa se voi tarjota. Tämä mielessä pitäen National Electrical Manufacturers Association (NEMA) julkaisi standardin, korkealaatuisen muodon lääketieteellisten kuvien katseluun ja tallentamiseen. DICOM, joka on lyhenne sanoista Digital Imaging and Communications in Medicine, on maailmanlaajuisesti hyväksytty. Sitä ei voida käyttää tavallisilla tietokoneohjelmilla. Erityisiä ohjelmistosovelluksia, joita kutsutaan DICOM-katseluohjelmiksi, tarvitaan nykyaikaisten lääketieteellisten kuvien katseluun ja muokkaamiseen.

Koska DICOM-pohjaiset kuvat ovat korkealaatuisia ja useat kuvat yhdestä potilasskannauksesta vaativat paljon tallennustilaa, on tehtävä erityisjärjestelyjä kuvien tallentamiseksi ja hakemiseksi DICOM-muodossa. Tietokanta- ja palvelinjärjestelmää, joka tallentaa DICOM-kuvia, kutsutaan nimellä PACS (Picture Archiving and Communication System). Yleensä jokaisella sairaalalla on oma sisäinen PACS-palvelimensa, ja kuvat, jotka on hankittu potilailta vain kyseisessä sairaalassa, tallennetaan sinne. Tämän haittapuolena on, että potilaat, jotka vaihtavat sairaalaa eri syistä, eivät välttämättä pääse käsiksi menneisiin kuviin.

Pilvipohjaisen PACS:n käyttöönotto on tehnyt DICOM-tiedostojen katselusta ja käytöstä paljon helpompaa. Pilviteknologia mahdollistaa DICOM-tiedostojen tallentamisen ja käsittelyn internetin kautta. Näihin tiedostoihin pääsee käsiksi mistä tahansa käyttämällä mitä tahansa laitetta, jolla on tarvittavat käyttöoikeudet ja ohjelmistot. Se yksinkertaistaa potilaan sairauskertomusten käyttöä eri maantieteellisistä sijainneista.

PostDICOM: Ota kaikki irti edistyneestä lääketieteellisestä kuvantamisesta

PostDICOM on jännittävä, huippuluokan ohjelmistosovellus, joka täyttää uusimman lääketieteellisen kuvantamisteknologian vaatimukset. Se on älykäs DICOM-katseluohjelma, joka ei ainoastaan auta sinua katselemaan lääketieteellisiä kuvia, vaan tarjoaa myös edistyneitä työkaluja, jotta voit saada maksimaalisen tiedon irti kustakin kuvasta. Näihin työkaluihin kuuluvat kolmiulotteiset ja monitasoiset rekonstruoidut kuvat, maksimi- ja minimi-intensiteettiprojektiot sekä kahden tai useamman kuvantamismodatliteetin kuvan fuusio. PostDICOM on ainoa DICOM-sovellus, joka mahdollistaa pilvipohjaisen kuvien katselun. Se on yhteensopiva kaikkien käyttöjärjestelmien kanssa, mukaan lukien Windows, iOS, Linux ja Android.

PostDICOM on sinun käytettävissäsi – kokeile sitä jo tänään! Voit laajentaa pilvitallennustilaa nimellistä maksua vastaan.