Nauka i zastosowania obrazowania medycznego

Narządy wewnętrzne i kości naszego ciała są pokryte skórą i innymi barierami tkankowymi, dlatego nie są widoczne gołym okiem. Termin „obrazowanie medyczne” odnosi się do technik, które pozwalają nam oglądać wnętrze ciała. Ten artykuł pomoże Państwu zrozumieć, czym jest obrazowanie medyczne i jak ważną rolę odgrywa w dzisiejszym zarządzaniu pacjentami.

Czym jest diagnostyczne obrazowanie medyczne?

Diagnoza to proces identyfikacji konkretnej choroby lub dolegliwości na podstawie dokładnego badania pacjenta. Niestety, większość chorób i schorzeń dotyka obszarów ciała, które normalnie nie są widoczne gołym okiem. Diagnostyczne obrazowanie medyczne może wspomóc diagnozę, umożliwiając wizualizację wszelkich nieprawidłowości, które mogą istnieć wewnątrz ciała. Na przykład u pacjenta, który doznał urazu, obrazowanie medyczne może wykazać, czy kości są złamane lub zwichnięte.

Jak działa obrazowanie medyczne?

Diagnostyczne obrazowanie medyczne opiera się na wykorzystaniu „niewidzialnych” fal, takich jak promieniowanie elektromagnetyczne, pola magnetyczne lub fale dźwiękowe. Poznanie tych różnych rodzajów fal pomaga zrozumieć, na czym polega nauka o obrazowaniu medycznym. Fale zazwyczaj pochodzą ze źródła umieszczonego po jednej stronie ciała, przemieszczają się przez ciało (i przez obszar zainteresowania) i trafiają do detektora umieszczonego po drugiej stronie ciała. Fale są w różnym stopniu pochłaniane przez różne tkanki ciała. W ten sposób detektor tworzy obraz złożony z „cieni” różnych tkanek. Wcześniejsze formy obrazowania medycznego, takie jak radiogramy, wykorzystywały płytę fotodetektora, która wymagała wywołania filmu przed wizualizacją. Dzisiejsze zaawansowane obrazowanie medyczne pozwala na bezpośrednie przechwytywanie obrazów za pomocą kamery detekcyjnej i oglądanie ich cyfrowo na monitorze.

Do czego służy obrazowanie medyczne?

Chociaż duża część obrazowania medycznego jest wykonywana głównie w celach diagnostycznych, ma ono również kilka innych zastosowań. Poniżej opisano kilka najczęstszych zastosowań obrazowania medycznego:

• Diagnoza doraźna: Jak sama nazwa wskazuje, jest to najczęstsze zastosowanie diagnostycznego obrazowania medycznego. Obraz może nam powiedzieć na pierwszy rzut oka, co dokładnie dolega pacjentowi. Zwykłe zdjęcia rentgenowskie i tomografia komputerowa pomagają wykryć złamania, torbiele, guzy i anomalie kości.

• Monitorowanie postępu choroby: Diagnostyczne obrazowanie medyczne jest często wykorzystywane do określania stadium i postępu choroby. U pacjenta z nowotworem tomografia komputerowa ze wzmocnieniem kontrastowym lub rezonans magnetyczny mogą być wykorzystane do określenia dokładnego stadium choroby, podczas gdy skany PET mogą wykryć wszelkie przerzuty. SPECT, rodzaj scyntygrafii kości, został uznany za użyteczny w monitorowaniu postępu w chorobie Parkinsona.

• Planowanie leczenia: Obrazowanie medyczne pomaga również w planowaniu leczenia, pozwalając chirurgom na wcześniejsze określenie wielkości zmiany, a tym samym zakresu operacji. Chirurdzy mogą przeprowadzać wirtualne operacje przy użyciu technologii obrazowania medycznego, bezpośrednio w oprogramowaniu lub po zaimportowaniu i stworzeniu modeli stereolitograficznych.

• Ocena skuteczności leczenia: Skany PET są często stosowane u pacjentów z nowotworami poddawanych leczeniu, aby sprawdzić, czy schemat leczenia był skuteczny w zmniejszaniu wielkości guza. Chirurdzy wykorzystują również obrazowanie medyczne podczas zabiegu chirurgicznego, aby sprawdzić, czy kości zostały prawidłowo wyrównane lub czy implanty zostały umieszczone we właściwej pozycji. Obrazowanie można wykonać w celu oceny długoterminowej skuteczności procedur leczniczych. Na przykład analiza wolumetryczna zawartości oczodołu jest często wykonywana sześć miesięcy po zabiegu, aby sprawdzić, czy redukcja i fiksacja oczodołu po urazie zostały przeprowadzone dokładnie.

• Obliczenia związane z wiekiem: Wiek można często określić, oceniając wzrost wewnętrznych struktur ciała. Na przykład wiek płodu i wiek ciążowy matki są często określane za pomocą ultradźwięków. Niektóre zdjęcia rentgenowskie, takie jak zdjęcia dłoni, nadgarstka i stomatologiczne, są szeroko stosowane do obliczania wieku pacjenta, jeśli jest on nieznany lub konieczny do celów prawnych.

Obrazowanie medyczne: Różnorodne technologie i zastosowania

Istnieje kilka rodzajów diagnostycznego obrazowania medycznego, w zależności od fizycznej natury wykorzystywanych fal i metody przechwytywania obrazu. Nie ma jednej technologii obrazowania, która byłaby lepsza od pozostałych, ponieważ każda z nich ma swoje wady i zalety. W oparciu o te ograniczenia radiolodzy znaleźli dziś specyficzną „niszę” najlepiej dopasowaną do każdej modalności obrazowania:

Ultradźwięki (USG)

Jak sama nazwa wskazuje, ultradźwięki wykorzystują fale dźwiękowe do uzyskiwania obrazów medycznych. Ponieważ nie wiąże się to z promieniowaniem elektromagnetycznym, jest to prawdopodobnie najbezpieczniejsza forma diagnostycznego obrazowania medycznego. Fale dźwiękowe przemieszczają się z sondy ultradźwiękowej przez żel przewodzący do ciała. Fale następnie uderzają w różne struktury anatomiczne wewnątrz ciała i odbijają się. Są one przechwytywane i przekształcane w obrazy, które można oglądać na monitorze. Specjalistyczna forma ultradźwięków, zwana Dopplerem, pozwala nam wizualizować ruch krwi w naczyniach krwionośnych.

Zdjęcia rentgenowskie (Radiogramy)

Zdjęcia rentgenowskie to najwcześniejsza forma medycznego obrazowania diagnostycznego. Są one zwykle używane do wizualizacji kości i zostały w dużej mierze zastąpione przez bardziej zaawansowane systemy obrazowania medycznego. Jednak tradycyjne zdjęcia rentgenowskie są nadal przydatne w pewnych sytuacjach klinicznych:

• Mammografia: Jest to zdjęcie rentgenowskie piersi. Jest stosowane jako narzędzie przesiewowe u kobiet w celu wykrycia raka piersi.

• Fluoroskopia: Technika ta wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie w połączeniu ze środkiem kontrastowym, który jest wstrzykiwany lub połykany. Ścieżka środka kontrastowego jest śledzona za pomocą zdjęć rentgenowskich w celu określenia niedrożności, wrzodów i innych procesów patologicznych.

Tomografia komputerowa (TK)

W tej technice pacjent leży w komorze TK, która zawiera zarówno detektor, jak i źródło. Źródło i detektor leżą naprzeciwko siebie i poruszają się po łuku wokół pacjenta, uzyskując obrazy seryjnie. Obrazy są wykonywane w warstwach o grubości kilku milimetrów każda i w trzech różnych osiach — tworząc przekroje czołowe, osiowe i strzałkowe. Przekroje te można następnie zrekonstruować, aby utworzyć obraz trójwymiarowy. Obrazy TK posiadają znacznie większą szczegółowość w porównaniu z tradycyjnymi zdjęciami rentgenowskimi. Jednak tomografia komputerowa dostarcza do organizmu znacznie wyższą dawkę promieniowania.

Rezonans magnetyczny (MRI)

Ta technologia diagnostycznego obrazowania medycznego wykorzystuje fale radiowe w polu magnetycznym. Ciało ludzkie składa się w dużej mierze z wody. Po umieszczeniu w skanerze MRI jony wodoru w cząsteczkach wody ustawiają się zgodnie z polem. Po zastosowaniu fal o częstotliwości radiowej to ustawienie zmienia się, a następnie jony wracają do swojej pierwotnej pozycji. Te zmiany w ustawieniu są rejestrowane i przetwarzane w celu utworzenia obrazu. MRI jest przydatny do wizualizacji struktur tkanek miękkich, takich jak mięśnie, ścięgna i przestrzenie stawowe. Chociaż nie ma zagrożenia promieniowaniem, MRI może być niebezpieczny dla osób posiadających metalowe implanty z powodu użycia silnego pola magnetycznego. Dotyczy to pacjentów posiadających sztuczne stawy, rozruszniki serca lub inne rodzaje implantów.

Obrazowanie w medycynie nuklearnej

Technika ta polega na wykorzystaniu radioaktywnych cząsteczek zwanych „znacznikami”. Znaczniki są połykane lub wstrzykiwane do krwiobiegu. Po znalezieniu się w organizmie znaczniki są wychwytywane przez określone tkanki. Promienie gamma emitowane przez te znaczniki są przechwytywane przez kamerę gamma i przekształcane w obrazy cyfrowe. Znaczniki mogą być wybierane w zależności od obszaru zainteresowania. Na przykład obrazowanie tarczycy wymaga radioaktywnego jodu, ponieważ ten związek jest preferencyjnie wychwytywany przez komórki tarczycy. Skanowanie kości w kierunku chorób zakaźnych wykorzystuje technet, gal lub ind. Obszary, które pobierają materiał, będą emitować więcej promieniowania i pojawią się jako „gorące punkty” na uzyskanych obrazach.

Specjalnym rodzajem obrazowania jądrowego jest pozytonowa tomografia emisyjna (PET). Może ona wykorzystywać radioaktywną formę glukozy. Glukoza jest preferencyjnie pobierana przez komórki o wysokim tempie metabolizmu, takie jak komórki rakowe. Dzięki temu ta zaawansowana technika obrazowania diagnostycznego może pomóc w identyfikacji odległych przerzutów u pacjentów z nowotworami.

Jaka jest przyszłość obrazowania medycznego?

Wraz z ciągłym rozwojem obrazowania medycznego naukowci znajdują sposoby na poprawę diagnostyki i planowania leczenia. Jednym z najbardziej ekscytujących obszarów obecnie badanych jest zastosowanie sztucznej inteligencji (AI) w obrazowaniu medycznym. Sztuczna inteligencja to zdolność oprogramowania lub maszyn do replikowania myślenia poznawczego wykazywanego przez ludzi. Mogą one zatem pomóc w rozwiązywaniu problemów. AI w obrazowaniu medycznym może przesuwać nowe granice zarówno w odniesieniu do diagnozowania chorób, jak i planowania i monitorowania skuteczności leczenia. Oto niektóre zastosowania AI w obrazowaniu medycznym:

• Identyfikacja interesujących warstw: Pojedynczy skan TK lub MRI pacjenta może wygenerować dosłownie setki obrazów, ponieważ każdy plaster ma tylko kilka milimetrów długości. Dla radiologa przeglądanie każdej pojedynczej warstwy w celu wykrycia nieprawidłowości może być procesem bardzo czasochłonnym. AI można wykorzystać do przesiania wszystkich warstw i wybrania tylko tych, które są interesujące dla radiologa.

• Wykrywanie drobniejszych nieprawidłowości: Bardzo drobne różnice w kolorze lub kontraście mogą nie być widoczne gołym okiem. Jednak różnice te mogą sygnalizować wczesny początek choroby inwazyjnej. Sztuczną inteligencję można wykorzystać do wychwycenia nawet najmniejszych różnic, pomagając w ten sposób w dokładności diagnostycznej, której nie można osiągnąć metodami manualnymi.

• Pobieranie starej dokumentacji: AI może przeszukiwać bazy danych w celu pobrania starszych obrazów z dokumentacji medycznej pacjentów. Obrazy te mogą być wykorzystane do porównania z bieżącymi zdjęciami. Może to służyć do oceny postępu choroby lub oceny skuteczności leczenia.

• Badania przesiewowe na dużą skalę: Nowatorskim zastosowaniem AI w obrazowaniu medycznym są badania przesiewowe na dużą skalę. Niedawna aplikacja oparta na sztucznej inteligencji została opracowana w celu analizy obrazów medycznych w wielu bazach danych szpitalnych. AI została przeszkolona w wykrywaniu niedrożności dużych naczyń, wczesnego objawu udaru. Jeśli to zadziała, aplikacja może priorytetowo zaalarmować pacjenta i specjalistę od udarów. Skróci to czas do leczenia, co może znacznie poprawić rokowanie pacjenta.

• Przygotowywanie raportów diagnostycznych: Sztuczna inteligencja byłaby w stanie przetłumaczyć nieprawidłowości w kolorze i kontraście na rzeczywiste wyniki diagnostyczne. Można to zrobić, wprowadzając informacje oparte na wcześniejszych opisach przypadków. Wykorzystując informacje diagnostyczne, AI może być również wykorzystywana do generowania raportów z obrazowania.

DICOM i PACS — podstawa komunikacji w obrazowaniu medycznym

Obrazy medyczne to przecież tylko zdjęcia. Im lepsza jakość zdjęcia, tym więcej informacji może ono dostarczyć. Mając to na uwadze, National Electrical Manufacturers Association (NEMA) wydało standardowy, wysokiej jakości format do przeglądania i przechowywania obrazów medycznych. DICOM, co oznacza Digital Imaging and Communications in Medicine, jest powszechnie akceptowany na całym świecie. Nie można uzyskać do niego dostępu za pomocą zwykłych programów komputerowych. Do przeglądania i edycji nowoczesnych obrazów medycznych potrzebne są specjalne aplikacje, zwane przeglądarkami DICOM.

Ponieważ obrazy oparte na standardzie DICOM mają wysoką jakość, a wiele obrazów z jednego badania pacjenta wymaga dużej przestrzeni dyskowej, należy poczynić specjalne ustalenia w celu przechowywania i pobierania obrazów w formacie DICOM. Baza danych i system serwerowy przechowujący obrazy DICOM nazywany jest PACS (Picture Archiving and Communication System). Zasadniczo każdy szpital ma swój własny wewnętrzny serwer PACS, a obrazy uzyskane od pacjentów w tym szpitalu są przechowywane wyłącznie tam. Wadą tego rozwiązania jest to, że pacjenci, którzy zmieniają szpitale z różnych powodów, mogą nie mieć dostępu do przeszłych obrazów.

Wprowadzenie systemu Cloud PACS znacznie ułatwiło przeglądanie i dostęp do plików DICOM. Technologia chmury umożliwia przechowywanie i przetwarzanie plików DICOM przez Internet. Pliki te można uzyskać z dowolnego miejsca, przy użyciu dowolnego urządzenia posiadającego wymagane uprawnienia i oprogramowanie. Upraszcza to dostęp do dokumentacji medycznej pacjenta z różnych lokalizacji geograficznych.

PostDICOM: Wykorzystanie w pełni zaawansowanego obrazowania medycznego

PostDICOM to ekscytująca, najnowocześniejsza aplikacja, która spełnia najnowsze wymagania technologii obrazowania medycznego. Jest to inteligentna przeglądarka DICOM, która nie tylko pomaga przeglądać obrazy medyczne, ale także oferuje zaawansowane narzędzia, dzięki którym mogą Państwo wydobyć maksimum informacji z każdego obrazu. Narzędzia te obejmują obrazy trójwymiarowe i zrekonstruowane wielopłaszczyznowo, projekcje maksymalnej i minimalnej intensywności oraz fuzję obrazów z dwóch lub więcej modalności obrazowania. PostDICOM to jedyna aplikacja DICOM, która umożliwia przeglądanie obrazów w chmurze. Jest kompatybilna ze wszystkimi systemami operacyjnymi, w tym Windows, iOS, Linux i Android.

PostDICOM jest do Państwa dyspozycji — zachęcamy do wypróbowania go już dziś! Mogą Państwo rozszerzyć przestrzeń dyskową w chmurze za symboliczną opłatą.