Nauka i zastosowania obrazowania medycznego

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

Co to jest diagnostyczne obrazowanie medyczne?

Diagnoza to proces identyfikacji konkretnej choroby lub choroby na podstawie dokładnego zbadania pacjenta. Niestety, większość chorób i stanów dotyka obszarów ciała, które normalnie nie są widoczne gołym okiem. Diagnostyczne obrazowanie medyczne może pomóc w diagnozie, umożliwiając nam wizualizację wszelkich nieprawidłowości, które mogą istnieć w ciele. Na przykład u pacjenta, który doznał urazu, obrazowanie medyczne może nam powiedzieć, czy jakieś kości są złamane lub zwichnięte.

Jak działa obrazowanie medyczne?

Diagnostyczne obrazowanie medyczne polega na wykorzystaniu „niewidzialnych” fal, takich jak promieniowanie elektromagnetyczne, pola magnetyczne lub fale dźwiękowe. Poznanie tych różnych typów fal pomaga nam zrozumieć, na czym polega nauka obrazowania medycznego . Fale zazwyczaj pochodzą ze źródła umieszczonego po jednej stronie ciała, przemieszczają się przez ciało (i przez obszar zainteresowania) i uderzają w detektor umieszczony po drugiej stronie korpusu. Fale są wchłaniane w różnym stopniu przez różne tkanki ciała. W ten sposób detektor tworzy obraz, który składa się z „cieni” różnych tkanek ciała. Wcześniejsze formy obrazowania medycznego, takie jak zdjęcia rentgenowskie, zastosowano płytkę fotodetektora, która wymagała obróbki folii przed wizualizacją. Zaawansowane obrazowanie medyczne umożliwia dziś bezpośrednie przechwytywanie obrazów za pomocą kamery wykrywającej, a obrazy można oglądać cyfrowo na monitorze.

W jakim celu stosuje się obrazowanie medyczne?

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

• Diagnozapunktowa: Jak sama nazwa wskazuje, jest to najczęstsze zastosowanie diagnostycznego obrazowania medycznego. Obraz może nam powiedzieć, na pierwszy rzut oka, co dokładnie jest nie tak z pacjentem. Zwykłe zdjęcia rentgenowskie i CT pomagają wykryć złamania, torbiele, guzy, i anomalie kości.

• Monitorowanieprogresji choroby: Diagnostyczne obrazowanie medyczne jest często używane do określenia stadium choroby i progresji. U pacjenta z rakiem, CT wzmocniony kontrastem lub MRI może być użyty do określenia dokładnego stadium choroby, podczas gdy skany PET mogą wykryć wszelkie przerzuty. SPECT, rodzaj skanowania kości, okazał się przydatny do monitorowania postępu choroby Parkinsona.

• Planowanieleczenia: Obrazowanie medyczne pomaga również w planowaniu leczenia , umożliwiając chirurgom określenie wielkości zmiany, a tym samym zakresu operacji wcześniej. Chirurdzy mogą wykonywać operacje wirtualne przy użyciu technologii obrazowania medycznego, bezpośrednio w oprogramowaniu, lub po zaimportowaniu i tworzeniu modeli stereolitograficznych.

• Ocenaskuteczności leczenia: Skany PET są często stosowane u pacjentów z rakiem poddawanych leczeniu w celu sprawdzenia, czy schemat leczenia był skuteczny w zmniejszaniu wielkości guza. Chirurdzy używają również obrazowania medycznego 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 leczenia. Na przykład, Analiza objętościowa zawartości orbitalnej jest często wykonywana sześć miesięcy po zabiegu, aby sprawdzić, czy redukcja orbitalna i utrwalenie po urazie została wykonana dokładnie.

• Obliczeniazwiązane z wiekiem: Wiek często można 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 radiogramy dłoni i zębów, są szeroko stosowane do obliczania wieku pacjenta, jeśli jest nieznany lub konieczny do celów prawnych.

Obrazowanie medyczne: różnorodne technologie i zastosowania

Istnieje kilka rodzajów diagnostycznego obrazowania medycznego, w zależności od fizycznej natury zastosowanych fal i metody przechwytywania obrazu. Nie ma jednej technologii obrazowania, która jest lepsza od reszty, ponieważ każda z nich ma swoje zalety i wady. Opierając się na tych ograniczeniach, radiolodzy znaleźli dziś określoną „niszę” najlepiej dostosowaną do każdej modalności obrazowania:

USG

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

Radiogramy

Radiogramy są najwcześniejszą formą medycznego obrazowania diagnostycznego. Są one zwykle używane do wizualizacji kości i zostały w dużej mierze zastąpione przez bardziej zaawansowane systemy obrazowania medycznego. Jednak tradycyjny radiogram jest nadal przydatny w pewnych sytuacjach klinicznych:

• Mammografia: To jest zdjęcie rentgenowskie piersi. Jest stosowany jako narzędzie przesiewowe u kobiet w celu wykrycia raka piersi.

• Fluoroskopia: Technika ta wykorzystuje zdjęcia rentgenowskie w połączeniu ze środkiem kontrastowym, który jest wstrzykiwany lub połykany. Ścieżka środka kontrastowego jest śledzona za pomocą radiogramów w celu określenia przeszkód, owrzodzeń i innych procesów patologicznych.

Tomografia komputerowa

W tej technice pacjent leży w komorze CT, która zawiera zarówno detektor, jak i źródło. Źródło i detektor leżą naprzeciwko siebie i podróżują łukiem wokół pacjenta, uzyskując obrazy seryjnie. Zdjęcia są wykonywane w plasterkach po kilka milimetrów każdy i w trzech różnych osiach - tworząc sekcje koronalne, osiowe i strzałkowe. Sekcje te można następnie zrekonstruować, tworząc trójwymiarowy obraz. Obrazy CT mają znacznie większą szczegółowość w porównaniu z tradycyjnymi radiogramami. Jednak skanowanie CT zapewnia znacznie wyższą dawkę promieniowania do organizmu.

Rezonans magnetyczny

Ta diagnostyczna technologia 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 wyrównują się zgodnie z polem. Gdy stosowane są fale o częstotliwości radiowej, to wyrównanie zmienia się, a następnie jony powracają do swojej pierwotnej pozycji. Te zmiany w wyrównaniu 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 niebezpieczne dla osób, które mają metalowe implanty z powodu użycia silnego pola magnetycznego. Obejmuje to pacjentów, którzy mają sztuczne stawy, rozruszniki serca, lub inne rodzaje implantów.

Obrazowanie medycyny jądrowej

Technika ta polega na wykorzystaniu cząsteczek radioaktywnych, które nazywane są „znaczniki”. Znaczniki są połykane lub wstrzykiwane do krwioobiegu. Będąc w ciele, znaczniki są pobierane przez określone tkanki. Promienie gamma emitowane przez te znaczniki są rejestrowane przez kamerę gamma i przekształcane w obrazy cyfrowe. Znaczniki można wybierać na podstawie regionu zainteresowania. Na przykład, obrazowanie tarczycy wymaga radioaktywnego jodu, ponieważ związek ten jest preferencyjnie pobierany przez komórki tarczycy. Skanowanie kości w poszukiwaniu chorób zakaźnych wykorzystuje technet, gal lub ind. Obszary, które zajmują materiał, będą emitować więcej promieniowania i pojawią się jako „gorące miejsca” na pozyskanych obrazach.

Szczególnym rodzajem obrazowania jądrowego jest pozytonowa tomografia emisyjna (PET). Może używać radioaktywnej postaci glukozy. Glukoza jest preferencyjnie pobierana przez komórki o wysokim tempie metabolizmu, takie jak komórki nowotworowe. A zatem, ta zaawansowana technika obrazowania diagnostycznego może pomóc w identyfikacji odległych przerzutów u pacjentów z rakiem.

Co czeka przyszłość obrazowania medycznego?

W miarę rozwoju obrazowania medycznego naukowcy znajdują sposoby na poprawę diagnozy i planowania leczenia. Jednym z najbardziej ekscytujących obszarów obecnie badanych jest zastosowanie sztucznej inteligencji (AI) do obrazowania medycznego. Sztuczna inteligencja to zdolność oprogramowania lub maszyn do replikacji myślenia poznawczego wykazywanego przez ludzi. Mogą zatem pomóc w rozwiązywaniu problemów. Sztuczna inteligencja w obrazowaniu medycznym może przekraczać nowe granice zarówno w zakresie diagnozowania chorób, jak i planowania i monitorowania skuteczności leczenia. Poniżej przedstawiono niektóre zastosowania sztucznej inteligencji w obrazowaniu medycznym:

• Identyfikacjainteresujących Cię plasterków: Pojedynczy tomografia komputerowa lub MRI pacjenta może wygenerować dosłownie setki obrazów, ponieważ każdy plasterek ma tylko kilka milimetrów długości. Dla radiologa, przejście przez każdy pojedynczy kawałek w celu wykrycia nieprawidłowości może być bardzo czasochłonnym procesem. AI może być używana do przesiewania wszystkich plasterków i zbierania tylko tych plasterków, które są interesujące dla radiologa.

• Wykrywaniedrobniejszych nieprawidłowości: Bardzo niewielkie różnice w kolorze lub kontraście mogą nie być widoczne gołym okiem. Jednak różnice te mogą sygnalizować wczesny początek choroby inwazyjnej. Sztuczna inteligencja może być używana do wykrywania nawet drobnych różnic, pomagając w ten sposób w dokładności diagnostycznej, której nie można osiągnąć ręcznymi środkami.

• Pobieraniestarych rekordów: sztuczna inteligencja może przeglądać bazy danych, aby pobrać starsze obrazy z dokumentacji medycznej pacjentów. Obrazy te można wykorzystać do porównania z aktualnymi wykonanymi zdjęciami. Można to wykorzystać do oceny progresji choroby lub oceny skuteczności leczenia.

• Badaniaprzesiewowe na dużą skalę: Nowatorskim zastosowaniem sztucznej inteligencji w obrazowaniu medycznym są badania przesiewowe na dużą skalę. Niedawna aplikacja oparta na sztucznej inteligencji została opracowana do wyświetlania obrazów medycznych w wielu szpitalnych bazach danych. AI została przeszkolona do wykrywania niedrożności dużych naczyń, wczesny objaw udaru. Jeśli to zadziała, aplikacja może ostrzec pacjenta i specjalistę od udaru mózgu na zasadzie priorytetowej. Skróci to czas leczenia, co może znacznie poprawić wyniki pacjentów.

• Przygotowanieraportów diagnostycznych: sztuczna inteligencja byłaby w stanie przełożyć nieprawidłowości w kolorze i kontraście na rzeczywiste wyniki diagnostyczne. Można to zrobić, podając informacje na podstawie wcześniejszych zapisów przypadków. Korzystając z informacji diagnostycznych, sztuczna inteligencja może być również używana do generowania raportów obrazowych.

DICOM i PAC — rdzeń komunikacji w obrazowaniu medycznym

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

Ponieważ obrazy oparte na systemie DICOM są wysokiej jakości, a wiele obrazów ze skanowania pojedynczego pacjenta wymaga dużej przestrzeni dyskowej, należy dokonać specjalnych ustaleń w celu przechowywania i pobierania obrazów w formacie DICOM. Baza danych i system serwerowy, który przechowuje obrazy DICOM, nazywany jest PACS (Picture Archiving and Communication System). Ogólnie rzecz biorąc, każdy szpital ma własny wewnętrzny serwer PACS, a obrazy uzyskane od pacjentów w samym szpitalu są tam przechowywane. Wadą tego jest to, że pacjenci, którzy zmieniają szpitale z różnych powodów, mogą nie mieć dostępu do poprzednich zdjęć.

Wprowadzenie systemu PACS opartego na chmurze znacznie ułatwiło przeglądanie i uzyskiwanie dostępu do plików DICOM. Technologia chmury umożliwia przechowywanie i przetwarzanie plików DICOM przez Internet. Pliki te są dostępne z dowolnego miejsca, przy użyciu dowolnego urządzenia, które ma wymagane uprawnienia i oprogramowanie. Upraszcza dostęp do dokumentacji medycznej pacjenta z różnych lokalizacji geograficznych.

PostDICOM: Wykorzystanie 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 można wyodrębnić maksymalne informacje z każdego obrazu. Narzędzia te obejmują trójwymiarowe i wielopłaszczyznowe zrekonstruowane obrazy, projekcje o maksymalnej i minimalnej intensywności oraz fuzję obrazu dwóch lub więcej modalności obrazowania. PostDICOM jest jedyną aplikacją DICOM, która umożliwia przeglądanie obrazów w chmurze. Jest kompatybilny ze wszystkimi systemami operacyjnymi, w tym Windows, iOS, Linux i Android.

PostDICOM jest dla Ciebie - więc spróbuj już dziś! Możesz rozszerzyć przestrzeń dyskową w chmurze za symboliczną opłatą.