Τα Υπολογιστικά Συστήματα Βοηθούμενης Διάγνωσης στον Εντοπισμό & στη Διάγνωση του Καρκίνου.

Η ανάπτυξη των διαθέσιμων απεικονιστικών τεχνικών όπως η υπολογιστική τομογραφία, η μαγνητική τομογραφία, μας δίνουν τη δυνατότητα μιας ευκρινής εικόνας των εσωτερικών ανθρώπινων οργάνων π.χ. οι πνεύμονες, υπατικών βλαβών, χωρίς να απαιτείται χειρουργική επέμβαση.

Η εξέλιξη της σύγχρονης τεχνολογίας των Η/Υ, συμβάλλουν στην παροχή μιας δεύτερης γνώμης ως προς τη θέση και την παθολογία των ανιχνευμένων «ύποπτων» ευρημάτων [3]. Οι απεικονιστικές μέθοδοι μέσω PET ή CT ή ο συνδυασμός τους αποτελούν τη λιγότερο οδυνηρή μέθοδο για τον ασθενή. Η χρήση αυτών των μεθόδων δημιουργεί ευκρινέστερες εικόνες ενώ απαιτείται η μέγιστη και ακριβέστερη πληροφορία στην εικόνα. Ο όγκος των δεδομένων που συλλέγεται από τις δυο απεικονιστικές μεθόδους είναι πολύ μεγάλος και δύσκολα μπορεί να μελετηθεί επαρκώς από ένα άτομο, έτσι έχει αναπτυχθεί η διάγνωση με τη βοήθεια υπολογιστή κατά την οποία ένα εξειδικευμένο λογισμικό, επεξεργάζεται τα δεδομένα που έχουν προκύψει από κάποια απεικονιστική μέθοδο και εντοπίζει τους όγκους ή μπορεί ακόμα να πραγματοποιήσει εκτίμηση της παθολογίας του[2,4].

Η αξονική τομογραφία ή υπολογιστική τομογραφία (CT) είναι μια ιατρική απεικονιστική μέθοδος που χρησιμοποιεί τις αρχές της τομογραφίας με την επεξεργασία όμως με υπολογιστή. Η υπολογιστική τομογραφία όπως και η κοινή ακτινογραφία βασίζονται στη μετάδοση ιονίζουσας ακτινοβολίας μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί και από άλλες απεικονιστικές τεχνικές πρακτικά αναφέρεται στην υπολογιστική τομογραφία από ακτίνες Χ, επίσης είναι γνωστή και ως υπολογιστική αξονική τομογραφία.

Τα μηχανικά μέρη που αποτελούν ένα σύστημα αξονικής τομογραφίας είναι η πηγή των ακτινών Χ, οι ανιχνευτές, το σύστημα απόκτησης δεδομένων, η εξεταστική τράπεζα, η κονσόλα ελέγχου και ο ηλεκτρονικός υπολογιστής. Η πηγή των ακτίνων Χ, οι ανιχνευτές και το σύστημα απόκτησης δεδομένων, τέλος το τραπέζι του ασθενούς είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό μέρος για την τοποθέτηση του. Στους ελικοειδείς σαρωτές είναι μέρος του υλικού απόκτησης δεδομένων καθώς πρέπει να μετακινείται απαλά και με ακριβή συγχρονισμό με την πηγή και τους ανιχνευτές[1,2]. Η γεωμετρία της λήψης των δεδομένων προβολής εξαρτάται από τη διάταξη της λυχνίας και των ανιχνευτών, καθώς και από την κίνηση τους, καθορίζει δε και την κατάταξη των υπολογιστικών τομογράφων σε διάφορες γενιές , που περιγράφουν την εξέλιξη αυτών των απεικονιστικών συστημάτων.

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται ότι στα νοσηλευτικά ιδρύματα τοποθετούνται καινούργιοι αξονικοί τομογράφοι που είναι τύπου ελικοειδείς, ενώ η χρήση τους έχει αλλάξει δραματικά τις επιδόσεις τους[2]. Από τα βασικά πλεονεκτήματα των αξονικών αυτών είναι ότι υπάρχει δυνατότητα να παράγονται σύνθετες εικόνες , τρισδιάστατες από το συνδυασμό των βασικών τομών που λήφθηκαν, χωρίς να εκτίθεται ο ασθενής σε επιπλέον ακτινοβολία. Επίσης , εξαλείφει τα σφάλματα που οφείλονται στην κίνηση των οργάνων του ανθρώπινου σώματος

1

κατά τη διάρκεια λήψης των δεδομένων. Βελτιώθηκαν οι ήδη υπάρχουσες εφαρμογές του αξονικού τομογράφου και αναπτύχθηκαν νέες που αφορούν την πολυδιάστατη απεικόνιση, με την οποία αφού συνδυαστούν τα αρχικά αξονικά δεδομένα έχουμε τη δυνατότητα να δούμε από οποιαδήποτε οπτική γωνία τις εικόνες των αξονικών τομών που κατασκευάστηκαν[3]. Οι εικόνες δυο ή τριών διαστάσεων μπορούν να ανακατασκευασθούν κατά μήκος όλων των κατευθύνσεων, με ανάλυση που περιορίζεται μόνο από τα αρχικά αξονικά δεδομένα. Η συλλογή των δεδομένων πραγματοποιείτε σε διάστημα μιας αναπνοής και έτσι οι παραγόμενες εικόνες δεν έχουν ασυνέχειες, επηρεαζόμενες από τη διαδικασία αναπνοής του ασθενή.

Η χρήση του συμβατικού αξονικού τομογράφου μας δίνει τη δυνατότητα συλλογής των δεδομένων αφού εκτεθεί ο ασθενής στην ακτινοβολία και στη συνέχεια πραγματοποιείται η ερμηνεία τους, αντίθετα με την ελικοειδή τεχνική έχουμε ταυτόχρονη έκθεση του ασθενή στην ακτινοβολία ενώ πραγματοποιείται η ερμηνεία των δεδομένων, η σάρωση πραγματοποιείται πάνω στην επιφάνεια του σώματος του ασθενή γίνεται κατά μήκος μιας ελικοειδούς καμπύλης.

Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίου (PET) , είναι μια απεικονιστική τεχνική της Πυρηνικής Ιατρικής όπου λαμβάνει υπόψη μαθηματική θεωρία των αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας και υπολογιστικής τομογραφίας. Η τεχνική αυτή παρέχει ιστολογικές και λειτουργικές πληροφορίες όπου μπορούν να διαγνωστούν έγκαιρα παθολογικές καταστάσεις που εμφανίζουν διαταραχές σε λειτουργικό επίπεδο απ’ ότι σε ανατομικό[5,6]. Η απεικόνιση των όγκων εκμεταλλεύεται την ιδιότητα των κακοήθων κυττάρων που διαθέτουν υψηλότερο ρυθμό αερόβιου μεταβολισμού της γλυκόζης από ότι τα υγιή κύτταρα, ενώ οι σαρώσεις των όγκων απεικονίζονται ως περιοχές με αυξημένη πυκνότητα σήματος. Για τη χρήση της τεχνικής τομογραφίας PET , χορηγείται στον ασθενή ραδιο-φάρμακο το οποίο συγκεντρώνει επιλεκτικά την περιοχή του σώματος προς εξέταση, ενώ γίνεται η διάσπαση του φαρμάκου εκπέμπει ποζιτρόνια σε μικρή απόσταση από το σημείο που παράγεται ενώ αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόνιο που συναντά. Η χρήση των ραδιοφαρμάκων επιτρέπουν την απόκτηση μιας σειράς μελετών με χωρίς την παρεμβολή προηγούμενων εγχύσεων με αποτέλεσμα την παραγωγή τρισδιάστατων εικόνων[2,3]. Η ικανότητα της κάμερας , έχει παρατηρηθεί ότι διορθώνονται άμεσα όλα τα φαινόμενα διάχυσης και απορρόφησης της ακτινοβολίας στο χώρο αλλά και στους ιστούς. Χορηγούνται μικρότερες ραδιενεργές ποσότητες στον ασθενή ενώ δύναται η δυνατότητα να μετρηθούν ποσοτικά λεπτό προς λεπτό οι μεταβολές μιας ραδιενεργού ποσότητας στους ιστούς ή στο αίμα του ασθενή.

Η χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών στη διάγνωση (Computer Aided Diagnosis), αποτελεί μια ιατρική διαδικασία υποστήριξης των ιατρών στην ερμηνεία ιατρικών εικόνων, ενώ τα υπολογιστικά συστήματα βοηθούμενης διάγνωσης (CAD) σαρώνουν ψηφιακές εικόνες από ιατρικές απεικονιστικές μεθόδους και επισημαίνουν ύποπτα τμήματα τους ως απεικόνιση πιθανών ασθενειών. Αυτή η τεχνολογία συνδυάζει διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους όπως η τεχνική νοημοσύνη, η ψηφιακή επεξεργασία εικόνας , κ.α. ενώ αποτελείται από ένα σύνολο συσκευών και εξειδικευμένου λογισμικού[6]. Στη πραγματικότητα λειτουργεί ως υποστηρικτικό εργαλείο στον ιατρό και ακτινολόγο που είναι πάντα υπεύθυνοι στην τελική ερμηνεία μιας ιατρικής εικόνας. Η χρήση και η βελτίωση των

2

συστημάτων (CAD) έχουν σαν στόχο την καλύτερη, εγκυρότερη, οικονομικότερη και ελάχιστα επώδυνη διάγνωση ασθενειών αποδίδοντας σημαντικά αποτελέσματα. Στο μέλλον τα συστήματα (CAD) πρέπει να μπορούν να έχουν ακόμα μεγαλύτερη ικανότητα εντοπισμού π.χ. όγκων, όζων κοντά σε δυσδιάκριτα σημεία, όπως κοντά σε αγγεία ή στα θωρακικά τοιχώματα.

Όμως ο ανθρώπινος παράγοντας, η εμπειρία, η συνεχιζόμενη εκπαίδευση του χρήστη / ιατρού /ακτινολόγου έχουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των συστημάτων αυτών ώστε να αξιοποιούνται στο μέγιστο οι δυνατότητες που προσφέρουν.

Βιβλιογραφία

1. Semelka RC, Cance WG Marcos HB, Mauro MA. Liver Metastases: comparison of Current MR Techniques and Spiral CT during arterial portography for detection in 20 surgically staged cases. Radiology 1999: 213(1):86-91

2. Εφαρμογές του PET/CT στα λεμφώματα , Εκπαιδευτικό Συμπόσιο, Νοσοκομειακά Χρονικά, Τόμος 72, 2010

3. Gabor Filtering of Complex Hue/Saturation Images for Colour Texture Classification Christoph Palm, Daniel Keysers, Thomas Lehmann, Klaus Spitzer, Institute of Medical Informatics Aachen University of Technology (RWTH)

4. FDG-PET stratifield R-DICEP and R-beam/ASCT for diffuse large B-Cell Lymphoma (PET Chop). Clinical Trials, Accessed February 25, 2009.

5. A Study of two associations of rituximab and chemotherapy, with a PET driven strategy, in lymphoma. Clinical Trials, Accessed February 25, 2009.

6. Usefulness of an Artificial Neural Network for Differentiating Benign from Malignant Pulmonary Nodules on High – Resolution CT, E

3