Przyszłość wizualizacji medycznych

Wizualizacja medyczna to wykorzystanie komputerów do tworzenia obrazów 3D z zestawów danych obrazowania medycznego. Jest to stosunkowo młoda dziedzina nauki, która w dużej mierze opiera się na postępach w dziedzinie komputerów pod względem mocy.

Mimo swojej młodości techniki te zrewolucjonizowały medycynę. Wiele współczesnej medycyny opiera się na obrazowaniu 3D, które jest możliwe dzięki skanerom rezonansu magnetycznego i tomografii komputerowej (CT), które tworzą obrazy 3D z warstw 2D. Od tego opiera się prawie każda chirurgia i leczenie raka w rozwiniętym świecie.

Ciekawym pytaniem jest więc, dokąd zaprowadzi nas wizualizacja medyczna. Dziś Charl Botha z Centrum Medycznego Uniwersytetu Leiden w Holandii wraz z kilkoma przyjaciółmi odbywa krótką wycieczkę po historii wizualizacji medycznej i rzuca nieco światła na przyszłość tej fascynującej dziedziny.

Być może najważniejszym czynnikiem w wizualizacji medycznej jest sposób, w jaki dane są pobierane, a tutaj są liczne postępy w przygotowaniu.

W ciągu ostatnich pięciu lat pojawiły się komercyjne skanery CT, które mogą przyjąć pięć 320 warstw w ciągu jednej sekundy. To wystarczająco szybko, aby nagrać filmy 3D o bijącym sercu.

Istnieją również różne nowe techniki obrazowania dyfuzji, które ujawniają dyfuzję wody przez organizm. To ważne, ponieważ woda ma tendencję do podążania za strukturami trudnymi do wyobrażenia, takimi jak wiązki nerwów i włókna mięśniowe. Obrazy tych struktur otwierają ważne nowe obszary badań w neuronauce i biomechanice.

Następnie są techniki obrazowania, które działają na poziomie cząsteczek i genów. Ich ogromny potencjał polega na tym, że mogą ujawniać zachodzące procesy patologiczne na długo przed ujawnieniem się na większą skalę, na przykład w postaci guzów.

Oczywiście zbieranie danych to tylko część wyzwania. Przedstawienie go wizualnie w sposób, który pozwala na najbardziej efektywną analizę, jest również niezwykle trudne, ale znowu nastąpił ogromny postęp.

Jednym z najbardziej spektakularnych jest topologiczne przedstawienie danych medycznych, czyli ukazanie powierzchni obiektów. Dzięki temu łatwiej można zobaczyć kształty narządów i zaplanować interwencje, takie jak zabieg chirurgiczny.

Co więcej, najnowsze techniki przetwarzania obrazu pozwalają na dodanie realistycznych efektów świetlnych, tworząc fotorealistyczne obrazy. Poza tym hiperrealistyczne obrazy mogą pokazać, co kryje się pod pewnymi warstwami. Zdjęcia na górze tej strony są ostatnimi tego przykładami.

Tego rodzaju obrazy mają kluczowe znaczenie dla chirurgii rekonstrukcyjnej, ale ogromnym wyzwaniem na przyszłość i przedmiotem wielu bieżących badań jest tworzenie obrazów potencjalnego wyniku interwencji, które pokazują wynik operacji.

Kolejnym obszarem o rosnącym znaczeniu jest wizualizacja wielotematycznych zbiorów danych. Pomysł polega na tym, aby zrobić zdjęcia konkretnego stanu od wielu różnych pacjentów i połączyć je w sposób, który pokazuje na przykład progresję choroby lub różnice między różnymi grupami populacji. Oczywiście wyzwania są tu wielorakie.

Ostatnim elementem tej układanki jest sposób, w jaki lekarze oglądają obrazy i po raz kolejny szybko się to zmienia. Technologią napędzającą tę zmianę jest zasadniczo iPad.

Łatwo zapomnieć, że to urządzenie trafiło do sklepów dopiero w 2010 roku, praktycznie wczoraj na osi czasu technologii wizualizacji medycznej. A jednak już zmienił sposób, w jaki wielu lekarzy uzyskuje dostęp do obrazów i wchodzi z nimi w interakcję, nie tylko dlatego, że uwalnia ich od komputerów stacjonarnych.

Oczywiście istnieją różne problemy z prywatnością, ale można śmiało powiedzieć, że przyszłość wizualizacji medycznej jest mocno związana z urządzeniami typu łupkowego.

Jednym z obszarów, których Botha i spółka nie pokrywają w przyszłości, są koszty tych technik obrazowania i sposoby ich obniżenia. To niewybaczalne pominięcie, ale być może odzwierciedlenie wąskiego zainteresowania medycyny w XXI wieku.

Wiele technik, które opisują Botha i współpracownicy, jest dostępnych tylko dla najbogatszego około 1 procenta światowej populacji. Dla pozostałych 99 procent te techniki to zasadniczo science fiction.

To wyraźnie niedopuszczalne. Największym wyzwaniem jest znalezienie sposobów na to, aby potężne techniki wizualizacji medycznej były wystarczająco tanie dla wszystkich.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1206.1148 : Od jednostki do populacji: wyzwania w wizualizacji medycznej

ukryć