La Scienza e le Applicazioni dell'Imaging Medico

Gli organi interni e le ossa del nostro corpo sono coperti dalla pelle e da altre barriere tissutali, e non sono quindi visibili a occhio nudo. Il termine 'imaging medico' è usato per riferirsi alle tecniche che ci permettono di visualizzare l'interno del corpo. Questo articolo La aiuterà a capire cos'è l'imaging medico e come svolge un ruolo importante nella gestione del paziente oggi.

Cos'è l'Imaging Medico Diagnostico?

La diagnosi è il processo di identificazione di una malattia o disturbo specifico basato su un esame approfondito del paziente. Sfortunatamente, la maggior parte delle malattie e delle condizioni colpisce aree del corpo che non sono normalmente visibili a occhio nudo. L'imaging medico diagnostico può aiutare nella diagnosi permettendoci di visualizzare eventuali anomalie che potrebbero esistere all'interno del corpo. Ad esempio, in un paziente che ha subito un trauma, l'imaging medico può dirci se ci sono ossa rotte o lussate.

Come funziona l'Imaging Medico?

L'imaging medico diagnostico si basa sull'uso di onde 'invisibili', come radiazioni elettromagnetiche, campi magnetici o onde sonore. Imparare a conoscere questi diversi tipi di onde ci aiuta a capire in cosa consiste la scienza dell'imaging medico. Le onde hanno tipicamente origine da una fonte posta su un lato del corpo, viaggiano attraverso il corpo (e attraverso la regione di interesse) e colpiscono un rilevatore posto sull'altro lato del corpo. Le onde vengono assorbite in misura variabile dai diversi tessuti corporei. In questo modo il rilevatore sviluppa un'immagine composta da 'ombre' dei vari tessuti corporei. Le forme precedenti di imaging medico, come le radiografie, utilizzavano una lastra fotorivelatrice, che richiedeva l'elaborazione della pellicola prima della visualizzazione. L'imaging medico avanzato oggi consente di catturare direttamente le immagini attraverso una telecamera di rilevamento e le immagini possono essere visualizzate digitalmente su un monitor.

A cosa serve l'Imaging Medico?

Sebbene gran parte dell'imaging medico venga eseguita principalmente per motivi diagnostici, ha anche diverse altre applicazioni. Alcune delle applicazioni più comuni dell'imaging medico sono descritte di seguito:

• Diagnosi immediata: Come suggerisce il nome, questa è l'applicazione più comune dell'imaging medico diagnostico. Un'immagine può dirci, a colpo d'occhio, cosa c'è esattamente che non va nel paziente. Radiografie semplici e TC aiutano a rilevare fratture, cisti, tumori e anomalie ossee.

• Monitoraggio della progressione della malattia: L'imaging medico diagnostico viene spesso utilizzato per determinare lo stadio e la progressione della malattia. In un paziente con cancro, una TC con mezzo di contrasto o una RM possono essere utilizzate per determinare lo stadio esatto della malattia, mentre le scansioni PET possono rilevare eventuali metastasi. La SPECT, un tipo di scintigrafia ossea, è stata trovata utile per monitorare la progressione nella malattia di Parkinson.

• Pianificazione del trattamento: L'imaging medico aiuta anche nella pianificazione del trattamento consentendo ai chirurghi di determinare in anticipo la dimensione di una lesione e quindi l'estensione dell'intervento chirurgico. I chirurghi possono eseguire interventi chirurgici virtuali utilizzando la tecnologia di imaging medico, direttamente nel software o dopo aver importato e creato modelli stereolitografici.

• Valutazione dell'efficacia del trattamento: Le scansioni PET sono spesso utilizzate nei pazienti oncologici sottoposti a trattamento per verificare se il regime terapeutico è stato efficace nel diminuire la dimensione del tumore. I chirurghi utilizzano anche l'imaging medico durante una procedura chirurgica per verificare se le ossa sono state allineate correttamente o se gli impianti sono stati posizionati nella loro posizione corretta. L'imaging può essere effettuato per valutare l'efficacia a lungo termine delle procedure di trattamento. Ad esempio, l'analisi volumetrica dei contenuti orbitali viene spesso eseguita sei mesi dopo la procedura per verificare se la riduzione e il fissaggio orbitale dopo un trauma sono stati eseguiti accuratamente.

• Calcoli legati all'età: L'età può spesso essere determinata valutando la crescita delle strutture corporee interne. Ad esempio, l'età fetale e l'età gestazionale materna sono spesso determinate tramite ecografia. Alcune radiografie, come quelle mano-polso e dentali, sono ampiamente utilizzate per calcolare l'età di un paziente se è sconosciuta o necessaria per scopi legali.

Imaging Medico: Tecnologie e Applicazioni Diverse

Esistono diversi tipi di imaging medico diagnostico, a seconda della natura fisica delle onde impiegate e del metodo di acquisizione dell'immagine. Non esiste un'unica tecnologia di imaging superiore alle altre, poiché ognuna ha i propri vantaggi e svantaggi. Sulla base di queste limitazioni, i radiologi oggi hanno trovato una 'nicchia' specifica più adatta per ogni modalità di imaging:

Ecografia

Come indicato dal nome, l'ecografia utilizza onde sonore per acquisire immagini mediche. Poiché non comporta radiazioni elettromagnetiche, è probabilmente la forma più sicura di imaging medico diagnostico. Le onde sonore viaggiano dalla sonda ecografica attraverso un gel conduttivo nel corpo. Le onde colpiscono quindi varie strutture anatomiche all'interno del corpo e rimbalzano indietro. Vengono catturate e trasformate in immagini che possono essere visualizzate su un monitor. Una forma specializzata di ecografia, chiamata Doppler, ci permette di visualizzare il movimento del sangue all'interno dei vasi sanguigni.

Radiografie

Le radiografie sono la prima forma di imaging diagnostico medico. Sono tipicamente utilizzate per visualizzare le ossa e sono state in gran parte sostituite da sistemi di imaging medico più avanzati. Tuttavia, la radiografia tradizionale è ancora utile in determinate situazioni cliniche:

• Mammografia: Questa è una radiografia del seno. Viene utilizzata come strumento di screening nelle donne per rilevare il cancro al seno.

• Fluoroscopia: Questa tecnica utilizza radiografie in combinazione con un mezzo di contrasto che viene iniettato o ingerito. Il percorso del mezzo di contrasto viene seguito tramite radiografie per determinare ostruzioni, ulcere e altri processi patologici.

Tomografia Computerizzata (TC)

In questa tecnica, il paziente giace all'interno di una camera TC, che contiene sia il rilevatore che la sorgente. La sorgente e il rilevatore si trovano uno di fronte all'altro e viaggiano in un arco attorno al paziente, ottenendo immagini in serie. Le immagini vengono scattate in sezioni di pochi millimetri ciascuna e in tre diversi assi—producendo sezioni coronali, assiali e sagittali. Queste sezioni possono quindi essere ricostruite per formare un'immagine tridimensionale. Le immagini TC possiedono un dettaglio molto maggiore rispetto alle radiografie tradizionali. Tuttavia, la scansione TC fornisce una dose sostanzialmente più elevata di radiazioni al corpo.

Risonanza Magnetica (RM)

Questa tecnologia di imaging medico diagnostico fa uso di onde radio all'interno di un campo magnetico. Il corpo umano è in gran parte composto da acqua. Quando posti nello scanner RM, gli ioni idrogeno all'interno delle molecole d'acqua si allineano secondo il campo. Quando vengono applicate onde a radiofrequenza, questo allineamento cambia e successivamente gli ioni tornano alla loro posizione originale. Questi cambiamenti nell'allineamento vengono registrati ed elaborati per creare un'immagine. La RM è utile per visualizzare strutture dei tessuti molli come muscoli, tendini e spazi articolari. Sebbene non vi sia pericolo di radiazioni, la RM può essere pericolosa per le persone che hanno impianti metallici a causa dell'uso di un forte campo magnetico. Questo include pazienti che hanno articolazioni artificiali, pacemaker o altri tipi di impianti.

Imaging di Medicina Nucleare

Questa tecnica comporta l'uso di molecole radioattive chiamate 'traccianti'. I traccianti vengono ingeriti o iniettati nel flusso sanguigno. Una volta all'interno del corpo, i traccianti vengono assorbiti da tessuti specifici. I raggi gamma emessi da questi traccianti vengono catturati su una gamma camera e convertiti in immagini digitalizzate. I traccianti possono essere scelti in base alla regione di interesse. Ad esempio, l'imaging della ghiandola tiroidea richiede iodio radioattivo, poiché questo composto viene assorbito preferenzialmente dalle cellule tiroidee. La scintigrafia ossea per malattie infettive utilizza tecnezio, gallio o indio. Le aree che assorbono il materiale emetteranno più radiazioni e appariranno come 'punti caldi' sulle immagini acquisite.

Un tipo speciale di imaging nucleare è la tomografia a emissione di positroni (PET). Può utilizzare una forma radioattiva di glucosio. Il glucosio viene assorbito preferenzialmente dalle cellule che hanno un alto tasso di metabolismo, come le cellule cancerose. Pertanto, questa tecnica di imaging diagnostico avanzato può aiutare a identificare metastasi distanti nei pazienti oncologici.

Cosa c'è in serbo per il Futuro dell'Imaging Medico?

Man mano che l'imaging medico continua a evolversi, i ricercatori stanno trovando modi per migliorare la diagnosi e la pianificazione del trattamento. Una delle aree più interessanti attualmente in fase di ricerca è l'applicazione dell'intelligenza artificiale (IA) all'imaging medico. L'intelligenza artificiale è la capacità di software o macchine di replicare il pensiero cognitivo esibito dagli umani. Possono quindi aiutare in compiti di problem-solving. L'IA nell'imaging medico può spingere nuove frontiere sia per quanto riguarda la diagnosi delle malattie sia per la pianificazione e il monitoraggio dell'efficacia del trattamento. Di seguito sono riportate alcune applicazioni dell'IA nell'imaging medico:

• Identificazione delle sezioni di interesse: Una singola scansione TC o RM di un paziente può generare letteralmente centinaia di immagini, poiché ogni sezione è lunga solo pochi millimetri. Per il radiologo, esaminare ogni singola sezione per rilevare anomalie può essere un processo molto dispendioso in termini di tempo. L'IA può essere utilizzata per vagliare tutte le sezioni e selezionare solo quelle che sono di interesse per il radiologo.

• Rilevamento di anomalie più sottili: Differenze molto minori nel colore o nel contrasto potrebbero non essere visibili a occhio nudo. Tuttavia, queste differenze possono segnalare l'inizio precoce di una malattia invasiva. L'IA può essere utilizzata per rilevare anche differenze minime, aiutando così nell'accuratezza diagnostica che non può essere raggiunta con mezzi manuali.

• Recupero di vecchi record: L'IA può esaminare i database per recuperare immagini più vecchie dai record sanitari dei pazienti. Queste immagini possono essere utilizzate per il confronto con eventuali immagini attuali prese. Questo può essere utilizzato per valutare la progressione della malattia o la valutazione dell'efficacia del trattamento.

• Screening su larga scala: Un'applicazione innovativa dell'IA nell'imaging medico è lo screening medico su larga scala. Una recente applicazione basata sull'intelligenza artificiale è stata sviluppata per esaminare le immagini mediche attraverso molteplici database ospedalieri. L'IA è stata addestrata per rilevare l'ostruzione di grandi vasi, un segno precoce di ictus. Se questo funziona, l'applicazione può avvisare il paziente e lo specialista dell'ictus in via prioritaria. Ridurrà il tempo al trattamento, il che può migliorare significativamente gli esiti per il paziente.

• Preparazione dei referti diagnostici: L'IA sarebbe in grado di tradurre le anomalie di colore e contrasto in effettivi riscontri diagnostici. Questo potrebbe essere fatto inserendo informazioni basate su record di casi precedenti. Utilizzando le informazioni diagnostiche, l'IA può anche essere utilizzata per generare referti di imaging.

DICOM e PACS—il Cuore della Comunicazione nell'Imaging Medico

Le immagini mediche sono dopotutto solo immagini. Migliore è la qualità di un'immagine, più informazioni può fornire. Tenendo questo a mente, la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ha rilasciato uno standard, un formato di alta qualità per la visualizzazione e l'archiviazione delle immagini mediche. DICOM, che sta per Digital Imaging and Communications in Medicine (Immagini e Comunicazioni Digitali in Medicina), è accettato a livello globale. Non è accessibile dai normali programmi per computer. Applicazioni software speciali, chiamate visualizzatori DICOM, sono necessarie per visualizzare e modificare le immagini mediche moderne.

Poiché le immagini basate su DICOM sono di alta qualità e più immagini da una singola scansione del paziente richiedono molto spazio di archiviazione, devono essere presi accordi speciali per archiviare e recuperare immagini nel formato DICOM. Il database e il sistema server che archivia le immagini DICOM è denominato PACS (Picture Archiving and Communication System). In generale, ogni ospedale ha il proprio server PACS interno e le immagini acquisite dai pazienti in quell'ospedale sono archiviate lì. Lo svantaggio di questo è che i pazienti che cambiano ospedale per vari motivi potrebbero non essere in grado di accedere alle immagini passate.

L'introduzione del PACS basato sul cloud ha reso la visualizzazione e l'accesso ai file DICOM molto più semplice. La tecnologia cloud consente di archiviare ed elaborare i file DICOM via internet. Questi file possono essere accessibili da qualsiasi luogo, utilizzando qualsiasi dispositivo che abbia le autorizzazioni e il software necessari. Semplifica l'accesso alle cartelle cliniche di un paziente da diverse posizioni geografiche.

PostDICOM: Sfruttare al Meglio l'Imaging Medico Avanzato

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