Obrazowanie medyczne jest jednym z najszybciej rozwijających się obszarów opieki zdrowotnej. W ciągu ostatnich kilku dekad ewoluowało ono, obejmując wiele modalności obrazowania, w tym tomografię komputerową (TK), rezonans magnetyczny (RM), ultrasonografię i medycynę nuklearną, by wymienić tylko kilka. Wraz z postępem w zakresie sprzętu i urządzeń wykorzystywanych do generowania obrazów medycznych, dokonano ogromnego postępu w różnych typach oprogramowania obsługującego te obrazy.
Wprowadzenie standardu DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) pomogło zapewnić utrzymanie jakości obrazów medycznych na wysokim poziomie. Pozyskiwanie, przechowywanie, pobieranie i udostępnianie obrazów medycznych może odbywać się wyłącznie w formacie DICOM. Każdy szpital musi posiadać dedykowaną stację roboczą DICOM. Wraz z pojawieniem się systemów PACS (Picture Archiving and Communications System), które są wirtualnym obszarem przechowywania cyfrowych obrazów DICOM, przechowywanie i pobieranie takich obrazów zostało usprawnione.
Rynek jest zalany różnymi rodzajami oprogramowania do obrazowania medycznego służącego do przeglądania obrazów DICOM. Obejmuje to darmowe oprogramowanie do obrazowania medycznego, jak również oprogramowanie premium, które może oferować bardziej zaawansowane funkcje. Ponieważ radiolodzy przyzwyczają się do najnowszego oprogramowania do obrazowania medycznego służącego do przeglądania i przechowywania obrazów, producenci zwracają uwagę na inne obszary przepływu pracy obrazowania, identyfikując problemy wymagające rozwiązania i sprawdzając, czy mogą zaproponować innowacyjne rozwiązania w tym zakresie. W tym artykule dokonujemy przeglądu różnych typów oprogramowania do obrazowania medycznego, które zostały zaprojektowane do czegoś więcej niż tylko przeglądania obrazów medycznych DICOM.
Każde oprogramowanie, które potrafi „analizować” dane uzyskane z obrazów medycznych, jest określane jako oprogramowanie do analizy obrazów medycznych. Analiza może przybrać formę wspomagania diagnozy, porównywania obrazów między pacjentami lub u tego samego pacjenta w różnych punktach czasowych w celu oceny postępu choroby oraz oceny rokowania. W połączeniu z ulepszaniem technologii obrazowania, czynione są wielkie postępy w zakresie zdolności analitycznych oprogramowania do obrazowania medycznego, w dążeniu do stworzenia oprogramowania zdolnego do samodzielnego wykrywania anomalii klinicznych na obrazach medycznych.
Analiza jest zazwyczaj funkcją poznawczą wykonywaną przez radiologa lub lekarza oglądającego obraz medyczny. Wraz z postępem w opiece zdrowotnej, liczba badań zlecanych pacjentom gwałtownie wzrosła. Wyniki skanów medycznych są dziś dostępne w większej szczegółowości i w wielu przekrojach, co prowadzi do większej liczby obrazów wymagających zbadania. Interpretacja tak wielu obrazów przez radiologa wymaga nie tylko ogromnych umiejętności, ale jest również czasochłonna i wyczerpująca. Podczas gdy obciążenie pracą radiologów zwielokrotniło się na przestrzeni lat, wzrost liczby przeszkolonych radiologów odzwierciedla tylko połowę wzrostu obciążenia pracą. Rezultatem jest dotkliwy niedobór zasobów ludzkich w kontekście pracy radiologicznej. Proponowanym rozwiązaniem tego problemu jest wykorzystanie maszyn do interpretacji obrazów medycznych i wykrywania anomalii.
Oprogramowanie do analizy obrazów medycznych wykorzystuje algorytmy głębokiego uczenia (deep learning) do odczytu i oceny obrazów. Jest ono zdolne do przesiewania setek obrazów jednocześnie, a zatem może obsługiwać duże obciążenia pracą. Można je wyszkolić do „oznaczania” obrazów z podejrzeniami zmian, co może przyspieszyć procesy dla radiologów w tym sensie, że nie muszą oni przeglądać wszystkich obrazów, a jedynie skupić się na tych oznaczonych.
Aidoc: Aidoc, firma z siedzibą w Tel Awiwie, opracowała oprogramowanie do analizy obrazów medycznych, które zapewnia wsparcie diagnostyczne dla skanów TK całego ciała. Aplikacja analizuje skany TK głowy, szyi, klatki piersiowej i jamy brzusznej i jest w stanie wykrywać nieprawidłowości wizualne wysokiego poziomu. Jedno studium przypadku przeprowadzone przez firmę wykazało, że użycie Aidoc znacznie skróciło czas oczekiwania na opis, szczególnie w przypadku skanów głowy i szyi.
Arterys: Arterys to firma z siedzibą w San Francisco, która łączy algorytmy sztucznej inteligencji oparte na głębokim uczeniu z przetwarzaniem w chmurze. Wykazano, że oprogramowanie do analizy obrazów medycznych zwiększa szybkość i dokładność analizy. Początkowo opracowane dla rezonansu magnetycznego serca, Arterys opracowało teraz podobne aplikacje dla RM wątroby, RM płuc i mammografii, pomagając identyfikować zmiany patologiczne w tych obszarach.
Ostatecznie oprogramowanie do analizy obrazów medycznych jest tak dobre, jak algorytmy komputerowe, na których zostało zbudowane. Komputer nie „widzi” rzeczy i nie potrafi myśleć, a jego wynik opiera się na serii liczb i algorytmów. Generowane wyniki zależą zatem od algorytmów, którymi został zaprogramowany. Istnieje więc tutaj spore pole do błędu, ponieważ technologia ta jest wciąż w fazie rozwoju. Chociaż oprogramowanie do analizy obrazowania medycznego z pewnością może zmniejszyć obciążenie pracą radiologa, nie jest jeszcze gotowe, aby całkowicie go zastąpić. Jest wciąż w powijakach i nie jest używane tak powszechnie jak jego mniej zautomatyzowany odpowiednik, oprogramowanie do przetwarzania obrazów medycznych.
Oprogramowanie do przetwarzania obrazów medycznych w istocie przekształca obrazy po ich pozyskaniu. Chociaż niektóre grupy uważają oprogramowanie do przetwarzania obrazów medycznych za część oprogramowania do analizy obrazów medycznych, nie robi ono wiele w celu analizy obrazów. Niemniej jednak przetwarzanie ułatwia radiologowi zadanie ręcznej analizy. Przetwarzanie obrazów medycznych dzieli się na trzy rodzaje – segmentację obrazu, rejestrację obrazu i wizualizację obrazu.
Segmentacja odnosi się do procesu podziału pojedynczego obrazu na małe części lub segmenty. Idealnie byłoby, gdyby te segmenty były znaczące, to znaczy, każdy segment powinien przedstawiać inną strukturę lub narząd.
Oprogramowanie do segmentacji obrazów medycznych jest zdolne do wykonywania następujących funkcji:
Lokalizowanie obszaru zainteresowania: Oprogramowanie może identyfikować nieprawidłowości w obszarze zainteresowania, w tym guzy, guzki i inne patologie.
Rozpoznawanie granic anatomicznych: Oprogramowanie do segmentacji może identyfikować granice struktur ciała, takich jak naczynia krwionośne.
Pomiar objętości: Oprogramowanie do segmentacji obrazów medycznych może być używane do obliczania objętości określonych struktur, takich jak jamy anatomiczne czy guzy. Jest to szczególnie przydatne do monitorowania zmian wielkości guza w trakcie leczenia.
Rejestracja obrazu to proces, który pozwala na prawidłowe wyrównanie obrazów. W tej technice komputer zapoznaje się z serią obrazów „docelowych”. Gdy zostanie mu dostarczony nowy obraz, ten nowy obraz „źródłowy” jest przekształcany tak, aby stał się podobny w wyrównaniu do obrazu docelowego. Rejestrację obrazu można osiągnąć za pomocą trzech metod – modeli transformacji, funkcji podobieństwa i procedur optymalizacji.
Zastosowania rejestracji obrazu poprzez oprogramowanie do przetwarzania obrazów medycznych:
Fuzja obrazów: W fuzji obrazów dane obrazowania medycznego pochodzące z różnych źródeł mogą zostać połączone w jeden zestaw danych. Jest to niezwykle przydatne w zrozumieniu, jak anatomia koreluje z procesami funkcjonalnymi. Na przykład skany TK dostarczają informacji strukturalnych, podczas gdy skany PET dostarczają informacji metabolicznych. Dzięki fuzji obrazów oba zestawy informacji można uzyskać w jednym zestawie danych.
Badanie zmian w czasie: Rejestracja obrazu może być wykorzystana do porównywania serii obrazów w czasie. Jest to przydatne do oceny zmian w ramach tej samej sesji obrazowania, takich jak ruchy serca lub funkcje oddechowe. Można to również zastosować do zmian długoterminowych, takich jak monitorowanie postępu choroby na przestrzeni kilku lat.
Charakteryzowanie cech anatomicznych: Rejestracja obrazu może również porównywać obrazy między różnymi podmiotami w populacji. Może to być wykorzystane do scharakteryzowania cech anatomicznych w danej populacji.
Procedury interwencyjne: Chirurgia wspomagana komputerowo jest możliwa dzięki rejestracji obrazu. Poprzez zastosowanie przedoperacyjnego skanu TK lub obrazu RM w warunkach śródoperacyjnych, staje się możliwa chirurgia sterowana obrazem.
Oprogramowanie do wizualizacji obrazów medycznych zmienia sposób, w jaki można przeglądać oryginalny zestaw danych. Pozwala to na analizę z różnych punktów widzenia. Wizualizacja jest w istocie procesem eksploracji danych, ich przekształcania w razie potrzeby, a następnie oglądania ich z większą głębią i przejrzystością w porównaniu z oryginalnym zestawem danych. Istnieje kilka technik przetwarzania końcowego, które pozwalają na wizualizację obrazów medycznych.
Zastosowania wizualizacji obrazu poprzez oprogramowanie do przetwarzania obrazów medycznych:
Rekonstrukcja 3D: Oprogramowanie do obrazowania medycznego 3D jest prawie zawsze wbudowane w standardowe programy do przetwarzania obrazów medycznych. Rekonstrukcja 3D polega na dodaniu wszystkich przekrojów uzyskanych w pojedynczym zestawie danych i połączeniu ich w jeden obraz. Pozwala to operatorom łatwo interpretować nieprawidłowości, ponieważ orientacja anatomiczna jest lepsza w porównaniu z pojedynczymi przekrojami. Oprogramowanie do obrazowania medycznego 3D pomaga również w szybszej identyfikacji nieprawidłowości. W razie potrzeby można następnie zwizualizować większą szczegółowość za pomocą wizualizacji 2D.
Wizualizacja 2D: Jest to odwrotność techniki rekonstrukcji 3D. Może być używana do wyświetlania oryginalnych danych obrazowania z rekonstrukcji 3D lub 4D, lub może być używana do przeglądania różnych przekrojów z oryginalnego zestawu danych. Przykładem wizualizacji 2D jest reformatowanie wielopłaszczyznowe (MPR), które pozwala na tworzenie nowych przekrojów z rekonstrukcji 3D i 4D, na płaszczyznach innych niż oryginalne. MPR znajduje zastosowanie w wizualizacji struktur krzywoliniowych, w tym kanału kręgowego i naczyń krwionośnych. Większość rodzajów oprogramowania do obrazowania medycznego 3D pozwala również na MPR.
Równoczesny wzrost liczby pacjentów poddawanych diagnostycznemu obrazowaniu medycznemu oraz jakości pozyskiwanych obrazów medycznych, co oznacza ogromne pliki danych, doprowadził do konieczności obsługi ogromnych wolumenów zestawów danych przez ośrodki zdrowia i szpitale. Przechowywanie, pobieranie i obsługa tak dużej ilości danych obrazowych może stanowić wyzwanie samo w sobie. Oprogramowanie do zarządzania obrazami medycznymi ułatwia ten proces poprzez organizowanie i integrację takich zestawów danych.
Oprogramowanie do zarządzania obrazami medycznymi składa się z serwera PACS, który może być zintegrowany ze standardową stacją roboczą DICOM. Standardowe oprogramowanie do zarządzania obrazami medycznymi powinno posiadać następujące funkcje:
Zastępuje fizyczną archiwizację, przechowując wszystkie zestawy danych obrazów medycznych cyfrowo w zorganizowany sposób.
Umożliwia radiologom dostęp do danych obrazowania medycznego z dowolnej lokalizacji geograficznej i pozwala wielu użytkownikom na przeglądanie danych w tym samym czasie na różnych systemach.
Umożliwia eksportowanie obrazów do innych formatów plików, dzięki czemu mogą być one wykorzystywane do nauczania, uczenia się lub rozpowszechniania obrazów poprzez publikacje i strony internetowe.
Umożliwia integrację danych obrazowania medycznego z danymi pacjenta w innych rejestrach, takich jak elektroniczna dokumentacja medyczna (EHR), system informacji zdrowotnej i radiologiczny system informatyczny (RIS).
Główną wadą obrazowania medycznego jest ekspozycja na promieniowanie. Pomiar dawki promieniowania podczas pozyskiwania skanu jest obecnie możliwy dzięki oprogramowaniu śledzącemu.
Wraz z rosnącym wykorzystaniem diagnostyki i interwencji pod kontrolą TK, w tym skanów opartych na medycynie nuklearnej i angiografii, nastąpił stały wzrost ekspozycji na promieniowanie zarówno pacjentów, jak i lekarzy. Organy ustawowe zauważyły to i wprowadziły obowiązek śledzenia ilości promieniowania, jakie otrzymują pacjenci, oraz wprowadzania tych danych do ich dokumentacji medycznej. Wymagane jest również śledzenie ilości promieniowania, na jakie narażeni są lekarze w trakcie swojej pracy.
Aby pomóc w śledzeniu dawki, kilku twórców oprogramowania do zarządzania obrazami medycznymi opracowało odpowiednie rozwiązania. Na przykład GE oferuje program o nazwie DoseWatch. Śledzi on dawkę promieniowania podawaną pacjentom w danej instytucji. Dane można klasyfikować według konkretnego urządzenia, protokołu lub operatora, dzięki czemu łatwo zidentyfikować odchylenia w dawkowaniu. Inne aplikacje, takie jak Sectra, oferują śledzenie dawki oparte na chmurze. Sectra posiada certyfikat American College of Radiologists i może przesyłać dane o dawkach ze szpitala bezpośrednio do ich Rejestru Indeksu Dawki (Dose Index Registry).
PostDICOM integruje funkcje oprogramowania do obrazowania medycznego opisane powyżej w jeden bogaty w funkcje program. Jest to zaawansowane oprogramowanie do zarządzania obrazami medycznymi, które umożliwia przechowywanie i pobieranie obrazów medycznych w chmurze. PostDICOM jest kompatybilny z wieloma systemami operacyjnymi, w tym Windows, Linux, Mac OS i Android. To darmowe oprogramowanie do obrazowania medycznego oferuje zaawansowane opcje wizualizacji i jest zintegrowane z oprogramowaniem do segmentacji obrazów medycznych. Dodatkową przestrzeń dyskową można zakupić za symboliczną opłatą. Odwiedźcie Państwo postdicom.com, aby dowiedzieć się więcej o tym użytecznym oprogramowaniu.
