Современная диагностика в медицине неразрывно связана с цифровыми технологиями. Это относится как к хранению и передаче, так и к обработке изображений, получаемых практически на всех видах диагностического оборудования. Компьютерная, магнитно-резонансная и позитронно-эмиссионная томография, фактически полностью полагаются на цифровые методы обработки, так как получаемые на них первичные "сырые" данные требуют предварительно сложнейших преобразований в привычные человеку изображения анатомических объектов.
При проведении диагностики перед специалистом стоят следующие задачи – обнаружить патологическую область, подтвердить ее патологический характер и классифицировать – отнести к какому-либо из известных видов (или предположить наличие нового). Очевидная сложность – дефекты получаемого изображения, обусловленные как физическими ограничениями оборудования, так и допустимыми пределами нагрузки на организм человека. Например, доза рентгеновского излучения, повышение которой может предоставить больше информации, но и увеличивает опасность для здоровья пациента, особенно у детей. В результате, именно на программные средства ложится задача дополнительной обработки изображений с целью повысить их диагностическую ценность для врача, представить в более удобном виде, выделить главное из больших объемов получаемых данных.
Возможности экспертной визуализации
Используемое сегодня в диагностике программное обеспечение для экспертной визуализации и постобработки позволяет не просто отобразить на экране статичную картинку, но предлагает инструменты для измерений плоских и объемных областей, построения "живых" трехмерных моделей органов в реальном времени (например, сердечные сокращения), что совершенно недоступно невооруженному человеческому глазу.

Совмещение данных, полученных на разных видах аппаратов, расширяет возможности отдельных видов диагностики, существенно повышая точность. В частности, современные позитронно-эмиссионные томографы (ПЭТ) уже не производятся без совмещения с компьютерным или магнитно-резонансным томографом. В результате, становится возможной точная локализация функциональных нарушений обмена веществ, что затруднено при анализе данных только ПЭТ из-за их низкого пространственного разрешения.

На современном уровне развития медицинской диагностики важнейшая из решаемых программными средствами задач – ускорение и упрощение работы с колоссальными объемами данных, генерируемых диагностическим оборудованием. В результате обследования, произведенного на компьютерном томографе (КТ), формируется серия изображений-«срезов» объемом от 1 до 10 гигабайт, а на магнитно-резонансном томографе – до 3 гигабайт, что в сумме составляет от 1 до 5 терабайт (и более) за год работы. Количество же таких «срезов» в серии КТ достигает многих тысяч.
С одной стороны, это предоставляет высочайшую детализацию области исследования с разрешением до 0,3 мм в пространстве и до 75 мс во времени, с другой – требует от врача погружения в целый океан снимков, анализ которых вручную становится все более затруднительным или даже невозможным. Например, оценка перфузии органов (снабжения насыщенной кислородом кровью) по результатам компьютерной или магнитно-резонансной томографии (МРТ) возможна только благодаря экспертным программным алгоритмам, производящим необходимые расчеты и последующее воспроизведение на экране цветовой карты с параметрами кровотока и насыщенности тканей кислородом. В том числе, оценка перфузионных данных при опухолях головного мозга позволяет зеркально отобразить области интереса на обоих полушариях головного мозга и сравнить здоровый и пораженный участки.
«Фактически, благодаря применению ПО для анализа изображений, функциональные возможности КТ и МРТ увеличиваются как минимум в 2 раза (за счет методик ангиографии, сегментации, расчета функциональных карт и т.д.). Для рентгенографии прирост менее значим, но также существенен в первую очередь за счет “сшивки” изображений и оптимизации качества изображений, - говорит Сергей Морозов, доктор медицинских наук, руководитель службы лучевой диагностики Европейского медицинского центра, профессор кафедры лучевой диагностики Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. - Скрининговая маммография должна применяться в сочетании с программами CAD или каждое исследование должно пересматриваться двумя врачами. В дальнейшем мы увидим прогресс лучевой диагностики, прежде всего, за счет развития программ анализа изображений, рабочих процессов и алгоритмов диагностики».

Задачи программного обеспечения
Программное обеспечение в диагностике призвано решать одновременно множество задач. Это как собственно построение изображений и проведение на них измерений, так и повышение точности и воспроизводимости при постановке диагноза, а также автоматизация процесса диагностики.
«Экспертные медицинские технологии по обработке изображений (УЗИ, КТ, МРТ, интервенционные технологии) улучшают диагностические рабочие процессы и результаты лечения пациентов, - рассказывает Райнер Риенмюллер, доктор медицины, профессор общей радиологии Медицинского Университета Грац (Австрия), Em, основатель и первый Президент «Европейского общества кардиорадиологии», иностранный член РАМН, старший научный сотрудник отделения рентгенологии Института сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева. - При этом существует реальная потребность в повышении эффективности использования уже имеющихся рабочих станций для диагностики (делая их более интуитивными, быстрыми, наращивая объемы архивы для хранения диагностических изображений), а также возможностей ПО для реконструкции изображений (3D, 4D, автоматические функции, качественный и количественный морфологический анализ, распознавание объектов, CAD и т.д.)".
Например, обеспечивается автоматическое выделение определенных тканей или органов за одно нажатие мыши, производится поиск участков с патологическими изменениями. На основе подобных алгоритмов создаются специальные диагностические "протоколы" - определенные последовательности операций, необходимые при том или ином виде диагностики. В частности, при анализе нейропатологии врач получит на экране заранее подготовленное изображение нервной ткани, «очищенное» от костей и мышц.
В ряду подобных алгоритмов – автоматическая нумерация позвонков и ребер, сегментация печени и легких, перфузия органов и тканей, головного мозга, отделение мягких тканей от костей, в частности, визуализация костного мозга, что представляет особую сложность и возможна только при использовании инновационной технологии проведения КТ-исследования одновременно в двух режимах (методика двухэнергетического сканирования).

При выявлении онкологических образований важны мельчайшие детали изображений. Выполнение МР-исследований продолжается более получаса, в течение которых пациенту сложно сохранять полную неподвижность. Специальное ПО позволяет выполнить автоматическую коррекцию смещения анатомических структур, что дает возможность предотвратить ошибки интерпретации результатов исследования и с высочайшей точностью произвести построение кривых накопления контрастного препарата во времени с расчетом различных показателей по международным стандартам (например, BIRADS).

Экспертные программные приложения обеспечивают возможность выделения определенных участков одним нажатием мыши, без необходимости обводить их вручную. Последнее особенно характерно для узко специализированных систем компьютерной диагностики и детекции – CAD (Computer Aided Diagnosis / Detection), которые широко применяются в онкологии при выявлении мельчайших злокачественных узелков, например, в маммографии. CAD-система автоматически помечает подозрительные участки, по которым врач в последующем примет окончательное решение.
Часто такие средства используют в качестве аналога «второго мнения». В таком случае рентгенолог сначала производит поиск патологических очагов вручную, после чего сверяет свое мнение с результатом компьютерного анализа. CAD-системы активно используются в программах «скрининга» - регулярного обследования больших групп людей, характеризуемых огромным потоком пациентов и высочайшей нагрузкой на врача, резко повышающей вероятность ошибки в постановке диагноза.
«К сильным сторонам CAD-алгоритмов относится гарантия качества результатов диагностики, особенно в случаях, когда подобные особые патологии не выявляются врачом-рентгенологом регулярно. При скрининге (например, при колоноскопии) CAD-технологии повышают эффективность, сокращая необходимое для подготовки заключения время вдвое», - комментирует Барнард Торстен-Кайт, преподаватель
преподаватель Университета прикладных наук ФХ Йоаннеум, Грац (Австрия).
Можно уже с уверенностью утверждать, что использование автоматических интеллектуальных программных инструментов позволяет поднять на более высокий уровень качество диагностики в широком диапазоне клинических областей. В ходе сравнительных тестов было показано, что за счет различных интеллектуальных программных алгоритмов достигается повышение эффективности при сокращении времени постановки диагноза на 20-70%. Это дает возможность, с одной стороны, увеличить поток пациентов, с другой – снизить количество ошибочных диагнозов, что играет ключевую роль для здоровья пациента. Оба этих фактора имеют и высокую экономическую значимость для лечебного учреждения, так как сокращают время окупаемости диагностического оборудования, уменьшают потребность в повторных обследованиях и снижают риск юридических последствий, наступающих при ошибках в постановке диагноза и выборе неверного лечения.
Как оптимизировать рабочий процесс
Большую роль в оптимизации рабочего процесса диагностики имеет организация одновременно многих рабочих мест с доступом к единому архиву диагностических изображений. Это дает возможность работы с ними из любой точки клиники, проведения комплексной диагностики на основе сопоставления всех имеющихся результатов исследований, проведенных на разных видах оборудования, а также обмена данными между специалистами в рамках одного или нескольких лечебных учреждений. Такие возможности обеспечиваются средствами специализированных архивов медицинских диагностических изображений – системами PACS (Picture Archiving and Communication Systems). Они позволяют надежно хранить многие терабайты медицинских изображений в течение длительного времени и обеспечивают их быструю передачу на рабочие места в распределенной сети.
В современных реалиях ПО также предоставляет возможности удаленной диагностики и получения второго мнения без необходимости личного визита пациента к врачу. Подобные услуги уже достаточно распространены в ряде стран и востребованы пациентами, врачами и страховыми компаниями. Второе мнение имеет особенно высокое значение в сложных клинических случаях и при наличии высокого риска выбранной тактики лечения, в особенности, хирургических вмешательств. В таких ситуациях оно необходимо для максимально полной и объективной оценки всех возможных вариантов и минимизации ошибок, касающихся не только назначения неверной тактики лечения, но и чрезмерных обследований.
«Первое мнение – это анализ и интерпретация данных рентгенологом, который провел обследование. Это стандартная процедура. Однако отдельные направления в рентгенологии приобретают все большую специализацию и не каждый врач разбирается в них на одинаково высоком уровне. В связи с этим, при рассмотрении подобных особых случаев безусловно имеет смысл запросить второе мнение в более крупном центре, где присутствуют диагносты с необходимым опытом. То же самое актуально для врачей других специальностей, которые сталкиваются с анализом диагностических изображений, - комментирует Элмар Коттер, доктор медицины, профессор, заместитель руководителя радиологической клиники, департамент радиологии Университетской клиники Фрайбурга (Германия). - Кроме того, запросить второе мнение целесообразно самому пациенту, столкнувшемуся с серьезной патологией».
В ряде научных работ показано, что вероятность ошибки при постановке диагноза в онкологии достигает 15%, а второе мнение отличается от первого примерно в 7% случаев (наблюдение рентгенологов из Университета Джона Хопкинса). При этом, специалисты отмечают, что второе мнение позволяет выявлять нечастые, но очень существенные ошибки. В случае отличия в диагнозах проводимые врачебные комиссии принимают решение об изменении тактики лечения в половине случаев.
Однако второе мнение не следует воспринимать как элемент недоверия к профессионализму конкретного врача. Напротив, квалифицированный специалист зачастую сам настаивает на получении второго мнения, так как отдает себе отчет в том, что может не обладать достаточным опытом в отдельных видах диагностики. Очевидно, существует разница в экспертном уровне врача, который за день обрабатывает 40-50 случаев определенного типа и врача, который встречается с ними лишь пару раз в неделю.
Фактически сегодня цифровые технологии и программы обработки изображений стали рабочим инструментом врачей-рентгенологов и радиологов, кардиологов, интервенционных хирургов. Более того, на базе многих медицинских учреждений формируются группы или отделы цифровой обработки изображений (3D-лаборатории), которые вносят существенный дополнительный вклад в точность диагностики и помогают врачам многих специальностей выбрать оптимальный метод лечения пациентов.
* Изображения предоставлены компанией "Сименс"