• Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego to skuteczne i nieinwazyjne badanie stosowane w diagnostyce wielu schorzeń
• Umożliwia wgląd do ludzkiego ciała dzięki wykorzystaniu silnego pola magnetycznego
• Nad czym obecnie pracują inżynierowie i naukowcy i w jakim kierunku rozwija się MR?
  

Rezonans magnetyczny. Nad czym pracują innowatorzy?

- Podstawowa struktura wykorzystania rezonansu magnetycznego pozostała w dużej mierze niezmieniona przez prawie 50 lat. Potencjał rozwojowy, zarówno w warstwie sprzętowej, jak i oprogramowania jest ogromny - o kierunkach rozwoju współczesnego obrazowania rezonansem magnetycznym rozmawiamy z Markiem Witulskim z Siemens Healthineers.

Badania obrazowe są powszechnie stosowaną metodą diagnostyczną, bez której trudno sobie wyobrazić współczesny świat medycyny. Pytanie podstawowe - w jakich wypadkach stosuje się badanie rezonansem, a w których tomografem komputerowym? Jakie są wskazania do każdego z nich?

Marek Witulski, Siemens Healthineers: Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego zapewnia kompleksową diagnostykę w przypadku wielu schorzeń. Dostarcza wielu informacji niedostępnych w innych modalnościach diagnostycznych. Dodatkowo, nie wiąże się z ekspozycją na promieniowanie jonizujące, dlatego niejednokrotnie może stanowić uzupełnienie lub alternatywę dla tomografii komputerowej. O wyborze metody diagnostycznej decyduje lekarz.

Współczesne aparaty MR dostarczają bardzo dokładnych informacji w krótkim czasie. Nad czym obecnie pracują konstruktorzy/naukowcy? Czy z technologicznego punktu widzenia coś jeszcze można udoskonalić? Oczywiście. Rezonans magnetyczny (MR) jest chyba najdynamiczniej rozwijającą się metodą obrazowania.

Podstawowa struktura wykorzystania rezonansu magnetycznego pozostała w dużej mierze niezmieniona przez prawie 50 lat. Potencjał rozwojowy, zarówno w warstwie sprzętowej, jak i oprogramowania jest ogromny.

Dla przykładu, obecnie intensywnie rozwijana jest nowa funkcjonalność o nazwie MR Fingerprint. Wykorzystano w niej nowe podejście do pozyskiwania danych, przetwarzania końcowego i wizualizacji, które nazywamy „odciskiem palca rezonansu magnetycznego" (MRF). Technologia ta pozwala na jednoczesną nieinwazyjną ocenę ilościową wielu ważnych właściwości tkanki, a w efekcie lepsze zrozumienie stanu zdrowia pacjenta.

A jak w skrócie działa ta technologia i co daje jej wykorzystanie?

- MRF funkcjonuje dzięki dużej ilości unikalnych wzorców sygnałów tkankowych, które są unikalne jak linie papilarne na palcach dłoni, rejestrowane jako tzw. odciski palców różnych tkanek. Następnie, podczas badania pacjenta automatycznie porównuje się każdy taki „odcisk palca” tkanki z tym znajdującym się w wyuczonej „bazie” danych tkankowych.

Chodzi o to, aby jeszcze dokładniej mierzyć właściwości tkanek i opisywać badaną anatomię ilościowo/numerycznie, a nie wizualnie czyli subiektywnie. Wspomagana przez sztuczną inteligencję technologia MRF umożliwia jednoznaczną ocenę zmiany chorobowej, stopnia jej zaawansowania, a także skuteczności wprowadzonego leczenia.

Czy to przełomowa technologia?

- Do tej pory ocena diagnostyczna rezonansem magnetycznym miała charakter czysto jakościowy i była silnie zależna od parametrów danego systemu MR i doświadczenia lekarza radiologa interpretującego uzyskane obrazy.

Technologia MRF umożliwia zebranie informacji ilościowych ze skanów, pozwalając tym samym na podejmowanie decyzji na podstawie danych tkankowych konkretnego pacjenta. MRF stanowi zatem alternatywny ilościowy sposób wykrywania i analizowania złożonych zmian chorobowych, które mogą reprezentować fizyczne zmiany substancji lub wczesne wskaźniki choroby.

Dla przykładu, wykonując badania w kierunku zwłóknionego guza, który ma określoną charakterystykę tkankową, AI poszukuje właśnie takiego wzorca w obrazie. MRF zwiększa czułość, swoistość i szybkość badania rezonansu magnetycznego i potencjalnie prowadzi do nowych metod badań diagnostycznych.

W połączeniu z odpowiednim algorytmem rozpoznawania wzorców substancji/tkanek, MRF ze swojej natury tłumi błędy pomiarowe, a tym samym zapewnia większą dokładność pomiarową. To jest na pewno przełomowa technologia.

Ultradokładny wgląd do ludzkiego ciała

Jak rozumiem, technologia Fingerprint dotyczy warstwy oprogramowania, konkretnie analityki i obróbki danych. A czy w samej konstrukcji urządzeń także jest miejsce na dalszy rozwój?

- Wysoka jakość obrazów jest najwyższym priorytetem dla wszystkich producentów aparatury do diagnostyki obrazowej. Dlatego obok rutynowo stosowanych aparatów MR o natężeniu pola 1,5 czy 3Tesli, (które dostarczają naprawdę dokładne obrazy) dostępne są również urządzenia 7Teslowe, umożliwiające ultradokładny wgląd do wnętrza ludzkiego ciała.

Urządzenia te dostarczają informacji nie tylko na temat budowy konkretnych organów, ale też metabolizmu poszczególnych komórek i tkanek. Jednocześnie dąży się do otrzymywania jak najbardziej dokładnych skanów z zastosowaniem możliwie najmniejszej dawki środka kontrastowego.

Oczywiście, podawane do organizmu substancje są odpowiednio przebadane i bezpieczne, jednak jak każde leki, w niektórych przypadkach mogą wywoływać niepożądane skutki uboczne. Dlatego dąży się do podawania jak najmniejszych dawek.

Na rynku dostępne są już aparaty MR o systemie gradientowym o maksymalnej amplitudzie gradientu 200mT/m i szybkości narastania amplitudy 200mT/m/ms, zapewniające bardzo szybką akwizycję danych (pot. zbieranie danych) i szereg zastosowań aplikacyjnych, czego efektem jest doskonała jakość obrazów i krótki czas badania.

Obrazy diagnostyczne są nie tylko coraz dokładniejsze, ale uzyskuje się je w coraz krótszym czasie…

- To prawda. Zastosowanie sztucznej inteligencji w diagnostyce obrazowej optymalizuje wszystkie procesy, również pod kątem czasowym, związane z przygotowaniem pacjenta do badania, jego właściwym pozycjonowaniem, ale też sam przebieg skanowania.

Jeszcze dziesięć lat temu rutynowe badanie kolana mogło trwać nawet 15 minut, obecnie jesteśmy w stanie je wykonać w niecałe 2 minuty. Istnieje wiele technik skracających badanie, poprzez eliminację pojawiających się artefaktów oddechowych czy wynikających z ruchów narządów wewnętrznych.

Dla przykładu, oparta na sztucznej inteligencji technika rekonstrukcji obrazu (której rdzeniem jest tzw. głęboka sieć neuronowa wytrenowana poprzez porównanie ogromnej ilości danych o różnej rozdzielczości) umożliwia w efekcie bardzo szybkie generowanie obrazów o wysokiej ostrości mimo, że dane wyjściowe takie nie były.

Coraz więcej miejsca poświęca się trosce o komfort pacjenta podczas badania, które może trwać nawet kilkadziesiąt minut.

Aparaty MR pod tym względem przeszły bardzo daleką drogę, szczególnie ostatnie lata przyniosły naprawdę wiele bardzo istotnych udogodnień dla pacjentów.

Większość skanów można przeprowadzić na swobodnym oddechu, podczas gdy wcześniej badanie było niedostępne dla pacjentów mających problem z jego wstrzymaniem. Przyjazna pacjentom staje się również sama budowa aparatu – na rynku dostępne są skanery ze średnicą gantry 80 cm, zaprojektowane z myślą o osobach cierpiących na klaustrofobię czy otyłość.

Nie wspominając o cichych sekwencjach czy systemach audiowizualnych umożliwiających oglądanie filmów czy słuchanie muzyki podczas badania. Technologia infotainment staje się zresztą coraz popularniejsza, bo skutecznie odwraca uwagę pacjenta od tego co może być stresujące. Słuchanie ulubionej muzyki lub oglądanie filmu zdecydowanie redukuje stres czy lęk. Wszystko to razem sprawia, że badanie przy użyciu rezonansu magnetycznego przebiega naprawdę w komfortowych warunkach.

Bardzo mocnym trendem widocznym również w branży technologii medycznych jest promowanie zrównoważonego rozwoju czyli wspieranie ekologicznych źródeł energii i redukowanie śladu węglowego wynikającego z produkcji i eksploatacji sprzętu. Aparaty MR należą do najbardziej energochłonnych urządzeń na oddziałach radiologii czy wręcz w szpitalu.

Tak, ale już teraz istnieje wiele rozwiązań umożliwiających oszczędność energii w codziennym użytkowaniu aparatury MR.Przykładem może być energooszczędny tryb wzmacniacza grandientowego czy – przynoszący większe potencjalne oszczędności – tryb eko chłodzenia magnesu, który jest zdecydowanie największym konsumentem energii w skanerze MR.

Kontrola cyklu chłodzenia umożliwia zastosowanie pełnej mocy tylko wtedy gdy jest to konieczne (czyli podczas skanowania) oraz tymczasowe wyłączenie sprężarki. Co więcej, coraz częściej mamy do czynienia z infrastrukturą prawie bezhelową oraz odzyskiwaniem ciekłego helu z recyklingowanych systemów.

Realną oszczędnością energii jest również zastosowanie sztucznej inteligencji w badaniach obrazowych, dzięki której czas skanowania ulega skróceniu nawet o 60 proc. przy zachowaniu najwyższej jakości obrazu. Last but not least, sprzęt do diagnostyki obrazowej ulega recyklingowi. Dla przykładu, w Siemens Healthineers 96 proc. materiałów stosowanych w produkcji można poddać recyklingowi czyli tzw. regeneracji. To wynik strategii firmy przewidującej, że do 2030 roku stanie się ona neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla i znacząco zredukuje ślad węglowy.

• REZONANS MAGNETYCZNY
• SIEMENS HEALTHINEERS