Postępy w diagnostycznym obrazowaniu medycznym, które zmieniły opiekę zdrowotną

Zaledwie ponad sto lat temu pojawienie się promieni rentgenowskich zostało uznane za znaczący skok w diagnostyce medycznej. W ciągu ostatniego stulecia prosta radiografia rozwinęła się w wyspecjalizowaną dziedzinę — diagnostyczne obrazowanie medyczne. Promienie rentgenowskie zostały wykorzystane za pomocą lepszej technologii poprzez cyfrowe tomografie komputerowe (TK), a także pojawiły się nowe techniki diagnostycznego obrazowania medycznego, takie jak rezonans magnetyczny (MRI) i ultrasonografia. Metody obrazowania medycznego nadal ewoluują i udoskonalają się. W miarę postępu samego procesu obrazowania, następuje równoległa i równie ważna poprawa w zakresie obsługi obrazów medycznych i powiązanego przepływu pracy. W tym artykule przyjrzymy się najważniejszym postępom w medycznym obrazowaniu diagnostycznym, które zmieniły sposób, w jaki lekarze badają i leczą pacjentów.

Standard DICOM

Obrazowanie medyczne służy przede wszystkim do diagnozowania chorób oraz monitorowania ich postępów. Niezbędne jest, aby wytwarzane obrazy były najwyższej jakości, ponieważ mają one bezpośredni wpływ na wyniki leczenia pacjentów. Aby utrzymać jakość, zestaw standardów dla obrazów medycznych został opracowany wspólnie przez American Society of Radiology (Amerykańskie Towarzystwo Radiologiczne) i National Electrical Manufacturers Association (Krajowe Stowarzyszenie Producentów Elektrycznych). Jest on określany jako standardy DICOM, co oznacza Digital Imaging and Communications in Medicine (Cyfrowe Obrazowanie i Komunikacja w Medycynie). Obrazy wytwarzane przez cały sprzęt do obrazowania medycznego muszą być zgodne z charakterystyką opisaną w tym standardzie. Ponadto dostępny jest specjalny format do przechowywania i udostępniania obrazów medycznych — określany jako format DICOM.

Wszystkie produkowane obecnie urządzenia do obrazowania medycznego powinny być zgodne ze standardami DICOM. Przeglądanie tak wytworzonych obrazów nie może odbywać się za pomocą zwykłych programów graficznych dostępnych na typowym komputerze PC. Wymagany jest specjalny program do diagnostycznego obrazowania medycznego, znany jako stacja robocza DICOM. Do użytku komercyjnego w diagnostyce medycznej, takie programy do diagnostycznego obrazowania medycznego muszą być zatwierdzone przez FDA i wymagać specjalnej licencji. Środki te zapewniają, że każda aplikacja opracowana do celów klinicznych jest zdolna do dokładnego odwzorowania wysokiej jakości obrazów medycznych.

Archiwizacja PACS

Wraz z nadejściem cyfrowego diagnostycznego obrazowania medycznego, potrzeba wywoływania filmów rentgenowskich znacznie spadła. Jednak obrazy cyfrowe są nadal konwertowane na „klisze” przy użyciu drukarek. Klisze obrazowe wymagają odpowiedniego przechowywania w odpowiednich warunkach, aby zapobiec uszkodzeniom w czasie. Odzyskiwanie tych obrazów z magazynu może być procesem czasochłonnym i wymaga dedykowanego personelu do prowadzenia ewidencji.

PACS, co oznacza Picture Archiving and Communications System (System Archiwizacji i Transmisji Obrazów), eliminuje potrzebę fizycznego przechowywania i odzyskiwania klisz. Jest to w zasadzie platforma do wirtualnego przechowywania i odzyskiwania obrazów medycznych. PACS umożliwia obsługę ogromnych ilości danych związanych z obrazami medycznymi. Każdy komputer podłączony do określonego serwera PACS jest w stanie pobrać obrazy DICOM oraz je przeglądać, a nawet modyfikować. Najnowszą innowacją jest wprowadzenie Cloud PACS (PACS w chmurze), gdzie zamiast lokalnego przechowywania, system PACS jest hostowany w Internecie, a każdy użytkownik podłączony do Internetu, posiadający odpowiednie uprawnienia, może uzyskać dostęp do obrazów.

System PACS nie tylko uprościł przechowywanie i odzyskiwanie, ale także urzeczywistnił teleradiologię. Obecnie radiolodzy nie muszą być obecni w tym samym miejscu, w którym pozyskiwane są obrazy. Mogą przeglądać obrazy z różnych lokalizacji geograficznych i dostarczać swoje opinie eksperckie. Dzięki teleradiologii pojedynczy radiolog może generować raporty dla obrazów napływających z wielu szpitali. Oszczędza to cenny czas i zasoby oraz pomaga obniżyć koszty opieki zdrowotnej.

Obrazowanie w czasie rzeczywistym

Wraz z zanikiem potrzeby wywoływania lub drukowania klisz, proces przepływu pracy przy pozyskiwaniu i przeglądaniu obrazów medycznych uległ poprawie. Obrazowanie w czasie rzeczywistym to koncepcja, w której nie ma opóźnienia czasowego między pozyskaniem obrazów od pacjenta a ich przeglądaniem przez lekarza. Radiolodzy mogą dosłownie przeglądać obrazy, gdy pacjent znajduje się jeszcze w skanerze.

Szybsza interpretacja diagnostycznych obrazów medycznych prowadzi do natychmiastowej diagnozy, co z kolei umożliwia szybką interwencję medyczną. Medyczne obrazowanie diagnostyczne w czasie rzeczywistym odgrywa znaczącą rolę w nagłych wypadkach. Na przykład u pacjentów urazowych obrażenia wewnątrzbrzuszne były wcześniej ustalane za pomocą laparoskopii diagnostycznej lub płukania otrzewnej, z których oba były procedurami inwazyjnymi. Obecnie standardem opieki jest stosowanie FAST (Focused Abdominal Sonography in Trauma — Ukierunkowana Ultrasonografia w Urazach Brzucha), która wykorzystuje ultrasonografię w czasie rzeczywistym, aby szybko ustalić, czy pacjent doznał obrażeń wewnątrzbrzusznych. Obrazowanie ultrasonograficzne w czasie rzeczywistym jest również wykorzystywane do monitorowania zdrowia płodu w macicy i oceny parametrów wzrostu.

Obrazowanie funkcjonalne

Większość systemów diagnostycznego obrazowania medycznego jest zaprojektowana do diagnozowania nieprawidłowości anatomicznych lub strukturalnych. Nowoczesne medyczne obrazowanie diagnostyczne, oprócz tego, może również oceniać nieprawidłowości w funkcjonowaniu tkanek i narządów. Obejmuje to wykrywanie nieprawidłowości w procesach fizjologicznych, takich jak metabolizm i przepływ krwi. Obrazowanie funkcjonalne jest w dużej mierze osiągane dzięki medycynie nuklearnej. Medycyna nuklearna to specjalizacja radiologii, która polega na wstrzykiwaniu do organizmu cząsteczek „oznaczonych” promieniotwórczo. Te radioaktywne cząsteczki mogą być preferencyjnie wychwytywane przez określone narządy w różnych procesach fizjologicznych. Po wychwyceniu narządy mogą emitować promieniowanie, które jest wychwytywane przez zewnętrzne skanery jako „gorące punkty”. Na przykład pozytonowa tomografia emisyjna (PET) odzwierciedla wychwyt znakowanej radioaktywnie glukozy przez komórki. Komórki o zwiększonej aktywności metabolicznej, w szczególności komórki nowotworowe, mają tendencję do pobierania większej ilości glukozy. Technika ta jest zatem wykorzystywana do identyfikacji obszarów przerzutów w organizmie. Inną techniką obrazowania funkcjonalnego jest stosowanie skanów tarczycy, które służą do wykrywania nadczynności tarczycy. Skany te zależą od wychwytu radioaktywnego jodu przez komórki tarczycy.

Większość technik obrazowania funkcjonalnego, gdy są stosowane samodzielnie, może być trudna do interpretacji. Dzieje się tak, ponieważ chociaż wykrywają obszary nieprawidłowej aktywności fizjologicznej, trudno jest zorientować te obszary anatomicznie. Można temu zaradzić za pomocą techniki zwanej fuzją obrazów. Nowoczesne programy do diagnostycznego obrazowania medycznego umożliwiają fuzję dwóch lub więcej technik diagnostycznych. Na przykład fuzja skanu PET ze skanem TK może pomóc zidentyfikować, czy występują przerzuty, a także precyzyjnie określić strefy anatomiczne, w których wystąpiły przerzuty.

Techniki przetwarzania końcowego (post-processing)

Techniki przetwarzania końcowego (post-processing) odnoszą się do interwencji stosowanych na diagnostycznych obrazach medycznych po ich pozyskaniu od pacjenta. Techniki te są zwykle wykonywane przy użyciu zaawansowanego programu do diagnostycznego obrazowania medycznego. Dostarczają one radiologowi informacji, które nie są dostępne przy samym oglądaniu oryginalnych obrazów. Niektóre z najbardziej przydatnych technik post-processingu stosowanych w medycznym obrazowaniu diagnostycznym to:

• Rekonstrukcja 3D: Krytyczną wadą medycznego obrazowania diagnostycznego jest jego dwuwymiarowy charakter. Niemniej jednak, najnowsza technologia pozwala na oglądanie obrazów jako obiektów trójwymiarowych, poprzez pobranie wielu warstw obrazu i ułożenie ich razem. Pozwala to na lepszą orientację anatomiczną i jest łatwiejsze do interpretacji. Pomaga to również zrozumieć relacje między różnymi strukturami. Inną formą rekonstrukcji 3D jest rekonstrukcja wielopłaszczyznowa (MPR). W tym przypadku radiolog może wziąć obiekt 3D, obracać go dowolnie i przecinać pod dowolnym kątem, innym niż oryginalnie pozyskane warstwy. Techniki te pomagają radiologowi wirtualnie oglądać strukturę anatomiczną tak, jakby fizycznie ją trzymał i kroił, zapewniając niezrównany poziom dokładności.

• Projekcje intensywności: Opiera się to na założeniu, że różne struktury w ciele będą pochłaniać i odbijać różne ilości promieniowania, co znajdzie odzwierciedlenie w ich liczbach TK (jednostkach Hounsfielda). W projekcjach o maksymalnej intensywności (MIP), wyświetlane są tylko regiony o najwyższych liczbach TK. MIP jest najbardziej użyteczne w angiografii TK, gdzie pomaga odróżnić duże naczynia krwionośne od innych struktur anatomicznych. W projekcjach o minimalnej intensywności (MINIP), wyświetlane są tylko regiony o najniższych liczbach TK. MINIP jest niezwykle przydatne w chorobach miąższu płuc, które objawiają się jako hipoatenuowane wartości TK. Na przykład u pacjentów z zarostowym zapaleniem oskrzelików zmiany w TK są niezwykle subtelne. Zastosowanie MINIP może sprawić, że zmiany te będą bardziej widoczne.

Przełomowe technologie dla przyszłości obrazowania medycznego

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencja (AI) to ekscytujący front, który powoli wkracza do diagnostycznego obrazowania medycznego. Sztuczna inteligencja to zdolność maszyn do podejmowania decyzji poznawczych, takich jak uczenie się i rozwiązywanie problemów. Dzięki dostarczaniu komputerom algorytmów głębokiego uczenia, mogą one nauczyć się rozróżniać różne wzorce cyfrowe, a tym samym pomagać w diagnozie. Zespół badaczy z Uniwersytetu Stanforda opracował na przykład taki algorytm dla zdjęć rentgenowskich klatki piersiowej. Naukowcy twierdzą, że przy użyciu tego algorytmu komputery mogą rozpoznawać obecność lub brak zapalenia płuc lepiej niż radiolodzy. Zespół radiologii na UCSF tymczasem współpracuje z GE w celu opracowania serii algorytmów, które mogą pomóc w odróżnianiu prawidłowych i nieprawidłowych zdjęć RTG klatki piersiowej. Inna aplikacja medyczna, o nazwie Viz, pomaga przesiewać wiele obrazów w kilku bazach danych szpitalnych pod kątem niedrożności dużych naczyń (LVO), które wskazują na zbliżający się udar. Jeśli wykryte zostanie LVO, oprogramowanie może powiadomić zarówno specjalistę od udarów, jak i lekarza podstawowej opieki zdrowotnej pacjenta, aby zapewnić natychmiastowe leczenie.

Integracja systemów obrazowania

Podczas gdy PACS przechowuje obrazy medyczne, inne informacje medyczne są przechowywane w różnych systemach. Na przykład systemy informacji zdrowotnej (HIS) przechowują informacje związane z historią medyczną pacjenta, szczegółami klinicznymi i badaniami laboratoryjnymi. Radiologiczne systemy informatyczne (RIS) zarządzają danymi obrazowania poza samymi obrazami, takimi jak skierowania, zlecenia, szczegóły rozliczeń i interpretacje. Wszystkie te systemy informatyczne są od siebie oddzielone. Jednak w kontaktach z pacjentem lekarz często musi mieć wszystkie te szczegóły pod ręką, aby postawić diagnozę i zaplanować leczenie. Integracja wszystkich systemów informatycznych w jeden rekord medyczny, do którego można uzyskać dostęp za pośrednictwem jednego serwera, może pomóc usprawnić przepływ pracy oraz poprawić zarówno dokładność, jak i przepustowość.

Jakie wyzwania niesie ewolucja diagnostycznego obrazowania medycznego?

• Rosnące koszty opieki zdrowotnej: W miarę jak diagnostyczne obrazowanie medyczne nadal postępuje, każdy nowy rozwój wiąże się z kosztami. Koszt samej technologii, koszt badań i koszt wdrożenia ostatecznie odzwierciedlają się jako jeden parametr — zwiększony koszt opieki zdrowotnej dla pacjenta. Być może dlatego kraje rozwijające się nadal polegają na manualnym obrazowaniu rentgenowskim i ręcznie wywoływanych kliszach do diagnozowania podstawowych chorób, rezerwując zaawansowane techniki obrazowania dla bardziej złożonych stanów zdrowotnych. Mimo to, jeśli wszyscy mają korzystać z postępów w diagnostycznym obrazowaniu medycznym, należy podjąć wysiłki, aby utrzymać koszty nowych technologii medycznych na przystępnym poziomie.

• Ochrona danych i prywatności pacjentów: Ponieważ diagnostyczne obrazowanie medyczne opiera się w większym stopniu na technologiach internetowych, informacje o pacjentach są przesyłane i przechowywane online. Istnieje pewna podstawowa ochrona, polegająca na tym, że tylko określone konta użytkowników, należące do lekarzy i szpitali, mają dostęp do serwerów PACS. Gdy obrazy są eksportowane w celach dydaktycznych lub badawczych, istnieje opcja anonimizacji danych, które mogłyby posłużyć do identyfikacji pacjentów. Mimo to istnieją obawy dotyczące naruszenia danych i utraty prywatności pacjentów. Istnieje pilna potrzeba podjęcia środków politycznych, które zapewnią ochronę danych obrazowania medycznego na serwerach PACS.

Zaawansowane diagnostyczne obrazowanie medyczne na wyciągnięcie ręki — z PostDICOM!

PostDICOM pomaga Państwu i Państwa praktyce dotrzymać kroku wciąż zmieniającemu się krajobrazowi zaawansowanego obrazowania diagnostycznego. Ten solidny, a jednocześnie łatwy w użyciu program do diagnostycznego obrazowania medycznego to nowoczesna przeglądarka obrazów DICOM z wieloma zaawansowanymi funkcjami. PostDICOM oferuje platformę Cloud PACS i jest obsługiwany przez wiele systemów operacyjnych, w tym Windows, Mac OS, Linux i Android. Pozwala to Państwu na dostęp do plików DICOM z dowolnego miejsca i z dowolnego urządzenia. PostDICOM posiada wyrafinowane narzędzia do post-processingu, które umożliwiają lepszą diagnozę i planowanie leczenia. Chociaż nasz system PACS działa w chmurze, dane pacjentów są całkowicie bezpieczne. Przechowujemy dane pacjentów oddzielnie według regionów geograficznych, wszystkie dane są szyfrowane, a do komunikacji wykorzystywane są bezpieczne systemy SSL. Obrazy można zanonimizować przed przesłaniem na serwer PACS. PostDICOM można wypróbować za darmo ze wszystkimi funkcjami przez ograniczony czas! Pamięć masową można ulepszyć za symboliczną opłatą. Aby wykorzystać moc zaawansowanego obrazowania medycznego, zapraszamy na stronę postdicom.com i wypróbowanie naszej darmowej przeglądarki już dziś!