Консультация и активное участие в лечебном процессе удаленных объектов с использованием телемедицины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Костромской государственный университет имени Н. А. Некрасова»

 

Факультет технологии и сервиса

Кафедра биотехнических, технологических и информационных систем

 

 

 

Отчет по учебной практике

 

                                                                     

 

   Выполнил  студент 3 курса

 Направления  и подготовки:

Биотехнические системы и технологии(Д/О)

Бурова Я.К.

 

Преподаватель:

Дружинина А.Г

 

 

 

Кострома 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………………3

1.СОВРЕМЕННЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ………………………………………………………………………………….……………..3

1.1 Магнитно-резонансная томография (МРТ)……………….................3

1.2 Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)…………… ………..5

2.НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ  ДИАГНОСТИКИ…………. 5

3.ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ  ДАННЫХ…………………………………… 7

3.1Хранение  и передача данных……………………………………………………….. 7

3.2 Стандартизация данных в медицине – формат DICOM

4.РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МЕДИЦИНЕ……………9

4.1Моделирование оперативного вмешательства

4.2Ультразвуковые  и рентгеновские методы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………………….. 12

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………. 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВДЕНИЕ

Жизненный путь каждого человека в той или иной степени пересекается с областью медицины, но образ медицинского работника и медицины в целом в последнее время претерпевает сильные изменения, и происходит это во многом благодаря развитию информационных технологий (ИТ). Компьютер все чаще используется в различных областях здравоохранения, и порой не просто удобен, а необходим. Благодаря развитию информационных технологий медицина приобретает сегодня совершенно новые черты.

Наиболее яркими и многочисленными представителями медицинской компьютеризированной техники являются различного рода установки лучевой диагностики, производством которых занимаются довольно известные в мире ИТ-компании: General Electric, Hewlett-Packard, Olympus, Philips, Siemens, Toshiba, LG и другие.

Накопление и систематизация данных исследований, точная настройка параметров (глубины окна, ширины и пр.) исследуемой области, расчет в реальном времени различных параметров участка тела (линейные размеры, объем, плотность) и сравнение их с нормальными показателями – эти возможности программного обеспечения сразу избавляют врача от значительного объема рутинной работы. Цифровая медицинская техника позволяет получить лишь серию срезов изображений участков тела на определенной глубине, что дает представление об объекте в целом, но не обладает достаточной наглядностью. Вместе с тем, алгоритмы постобработки современной диагностической установки позволяет легко получить изображение исследуемого участка тела в нужном масштабе и ракурсе, построить трехмерную реконструкцию тела пациента, что ускоряет постановку диагноза.

Данная работа направлена на исследование возможностей современных информационных технологий в повышении качества и точности медицинской диагностики. Задачами работы являются анализ особенностей применения информационных технологий в различных областях медицины, оценка возможностей и перспектив развития цифровой медицинской техники, алгоритмов постобработки результатов измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.СОВРЕМЕННЫЕ  ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ  ДИАГНОСТИКИ

1.1 Магнитно-резонансная  томография (МРТ)

 

Долгое время основным недостатком магнитно-резонансной томографии (МРТ) считалась меньшая скорость получения изображения уступает по сравнению с компьютерной томографией (КТ). Это являлось до последнего времени препятствием к широкому использованию метода для исследований движущихся органов, что особенно критично в области кардиоисследований. Поэтому совершенствование МРТ нацелено в первую очередь на повышение скорости. Одно из решений заключается в повышении эффективности градиентных систем. Барьер на этом пути ставят как физиологические ограничения (нагрев тканей и нейростимуляция), так и значительное удорожание аппарата. Одной из перспектив развития в данном направлении является использование движения стола, как в случае КТ. Другой путь решения, названный параллельной МРТ, состоит в применении нескольких синхронизированных катушек, что будет более экономически выгодно и более перспективно, по сравнению с модернизацией градиентной системы.

Новейшие МР томографы, уже появившиеся на рынке, отличаются высокой степенью открытости магнита. Это открывает широкие возможности манипуляций внутри магнита, в том числе хирургических операций. Интервенционная МРТ уже доказала состоятельность для малоинвазивных манипуляций, таких как биопсия, прицельное введение лекарств и электродов. Несомненно, метод превосходит по точности стандартные стереотаксические процедуры.

Высокие затраты на криогенное охлаждение стимулировало повышение индукции постоянных магнитов и разработку условно тёплых сверхпроводящих соленоидов.

Одним из возможных направлений может стать создание профильных МР томографов. Широкое распространение получили аппараты для исследования суставов, разработаываются кардиологические МРТ. Такие системы должны иметь индукцию не менее 1,5 Тл, короткий магнит, что обеспечит небольшое поле видения, очень сильные градиенты и оптимальную для быстрого сбора данных конструкцию принимающих РЧ-катушек.

К базовым физическим свойствам явления магнитного резонанса относится высокая чувствительность к температуре исследуемой ткани. Температурные МР-карты тела научились строить давно, но они не находили широкого применения. Сейчас стало ясно, что определение температуры в глубине тканей с помощью МРТ является идеальным способом её контроля в ходе лечения онкологических пациентов локальной гипертермией. Изучается возможность температурного МР контроля трансгенной экспрессии с проводниками, чувствительными к нагреву.

1.2 Позитронно-эмиссионная  тотография

 Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) становится важным компонентом диагностики в онкологии. С помощью фтор-18 дезоксиглюкозы (ФДГ) с высокой степенью чуствительности и специфичности ПЭТ выявляется гиперметаболизм глюкозы в опухолевой ткани. На этом основании ПЭТ позволяет дифференцировать доброкачественные и злокачественные одиночные узлы в лёгких. Уже сегодня ПЭТ с ФДГ может считаться самым точным неинвазивным методом стадирования немелкоклеточного рака лёгкого, выявления лимфоузлов и отдалённых метастазов. ПЭТ даёт возможность отличать рецидив опухоли от рубцовой ткани и кажется перспективным для определения реакции опухолевой ткани на адъювантную химиотерапию. При опухолях с высоким уровнем метаболизма ПЭТ позволяет прослеживать динамику опухолевых узлов в ходе лечения, в частности дифференцировать опухолевую ткань от фиброза и некроза.

ПЭТ всё чаще комбинируется с методами, хорошо отражающими анатомию, такими как КТ и МРТ. Применительно к грудной клетке задача это непростая, так как изображения получают в разных условиях: ПЭТ занимает относительно длительное время, пациент дышит обычным образом, в то время как КТ выполняется на глубоком вдохе. Простое по-воксельное наложение приводит к ошибкам. Разработаны более сложные математические алгоритмы, однако практическое их внедрение требует затрат на современное компьютерное оборудование и программное обеспечение. Альтернативой ретроспективному наложению ПЭТ и КТ является внедрение гибридных аппаратов. Однако пропускная способность ПЭТ существенно уступает КТ, что делает использование гибридных аппаратов слишком дорогостоящим.

Современные аппараты, включая рентгеновские, дают изображения в цифровом виде, что даёт возможности новой организации отделений лучевой диагностики и их интеграции в больничную компьютерную сеть. Несмотря на большие первичные затраты, системы архивации и передачи изображений (PACS) быстро внедряются в жизнь больниц развитых стран. Выгода очевидна: свободный и быстрый доступ клиницистов к изображениям экономит время, упрощает обсуждение сложных случаев, снижаются затраты на архивацию и исключается утрата плёнок. При этом результаты исследований на аналоговых рентгеновских оцифровываются с помощью специальных сканеров и размещаются в общей цифровой базе больницы.

Компьютерная обработка изображений открывает ещё одну перспективу – автоматическое выявление и анализ. Работы в этом направлении активно ведутся, особенно по маммографическому скринингу. Сейчас компьютерное считывание ещё слишком дорого, а надёжность очень зависит от алгоритмов. Тем не менее, распознавание образов в медицинской диагностике является одним из направлений развития информационных технологий.

Таким образом, развитие лучевой диагностики заключается в разработке методов, основанных на неизвестных или неиспользуемых сейчас физических принципах или цифровой постобработке результатов исследований. Рассмотрим основные перспективы развития в данной области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

Ведущим методом диагностики патологий головного мозга признаётся МРТ. Помимо структурных изменений МРТ позволяет выявлять и некоторые нарушения функции. Например, при острых ишемических инсультах терапевтический интервал длится всего несколько часов, что диктует необходимость скорейшего обнаружения и локализации ишемии. С этой задачей можно справиться, применяя метод визуализации диффузии (DWI). На диффузионных МРТ отёк виден уже в первые минуты ишемии. Для изучения диффузии требуется небольшая доработка томографа. Гемодинамику в ишемизированных тканях удаётся проследить методом перфузии (PWI), которая измеряет продвижение контрастирующего вещества по тканям мозга.

Отдельным направлением является изучение активности коры головного мозга с помощью функциональной МРТ (ФМРТ) и ПЭТ. Опыт ФМРТ насчитывает больше 10 лет, за которые он пережил и взлеты, и резкую критику. Активация участка коры в ответ на стимуляцию связана с увеличением поглощения кислорода, что может быть зафиксировано с помощью специальных импульсных последовательностей. В качестве стимула пробовали не только зрительные и двигательные возбудители, но и сложные семантические и даже экстрасенсорные. Дальнейший прогресс в ФМРТ сильно зависит от увеличения силы градиентов. Уже показано, что ФМРТ выполнима даже в ходе операционного вмешательства. ФМРТ в реальном времени позволит избежать хирургического повреждения жизненноважных участков коры.

Ещё одним интересным направлением является МР спектроскопия (МРС). Прогресс в этой области долго сдерживался недостаточно высоким для этих целей отношением сигнал-шум в поле 1,5 Тл и ниже. Поскольку теперь разрешены к клиническому применению аппараты с магнитной индукцией до 4 Тл, внедрение МРС в жизнь становится более реалистичным, хотя и очень дорогостоящим. Сильные градиенты и турбо-метод ускорили получение спектральных линий и сделали результат надёжнее. Применительно к мозгу МРС по резонансной частоте водорода позволяет определять изменения соотношения метаболитов. Так, повышенный уровень холина служит индикатором опухолевого роста, а лактата - некроза. ПЭТ также фиксирует высокую опухолевую активность, но на основе гиперметаболизма глюкозы (исследование с ФДГ), или наоборот низкую, на основе гипометаболизма глюкозы. Переоценить значение оценки метаболизма ткани трудно. Обычная томография не позволяет отличать опухолевую ткань от послеоперационного рубца, или достоверно разделять опухоли мозга по градациям. 

Визуализация сосудов заметно продвинулась за последние несколько лет. Ангиография, пусть даже дигитальная субтракционная, всё-равно метод инвазивный и сопровождающийся риском осложнений. И ультразвук, и КТ, и МРТ предлагают альтернативу, со своими достоинствами и недостатками. Наряду с МРТ и КТ существуют и другие методы получения информации, например, УЗИ, МРА, КТА.

УЗ-диагностика сосудов осуществляется в реальном времени, отображая не только просвет сосуда, но и его стенки, морфологию атеросклеротической бляшки и, что наиболее важно, даёт показатели кровотока. Главными недостатками УЗ сосудов до последнего времени были зависимость от навыков пользователя, недостаточно большое поле видения и ограниченное пространственное разрешение. Новейшие датчики дают больший охват зоны интереса, а компьютер запоминает кадры при перемещении вдоль сосуда, что позволяет реконструировать их в 3D изображение. Современные УЗ аппараты включают автоматическую оптимизацию допплерного режима, что существенно уменьшает влияние умения оператора на результат исследования. Принципиально изменились возможности УЗ в изучении мелких сосудов, особенно с использованием контрастирующих веществ. Стали доступными визуализации сосуды диаметром вплоть до 40 микрон, например внутриопухолевые. УЗ уже стал скрининговым стандартом сонных артерий, обеспечивая точностью выявления стеноза около 95%, при минимальных затратах и за короткое время. В целом значение УЗ диагностики патологий периферических артерий постепенно снижается с наступлением томографических методик. В то же время трудно переоценить роль метода в выявлении заболеваний вен. По-видимому, тромбоз глубоких вен и варикозное расширение вен нижних конечностей ещё долго останутся главной областью применения сосудистого УЗ.

За последние годы существенно повысилось качество МР ангиографии (МРА). Стандартная 3D Time of Flight (TOF) методика давно себя зарекомендовала как надёжный метод визуализации сосудов Виллизиева круга, однако в диагностике патологий других сосудов МРА до сих пор уступала рентгеноконтрастной ангиографии. С увеличением скорости сбора данных и применением матриц с высоким разрешением поле видения МРА расширилось вплоть до 400 мм, что позволило выполнять МРА всего тела. Сверхбыстрые градиентные 3D последовательности в сочетании с контрастированием показали себя очень точными для изучения сонных артерий, аорты, сосудов таза и конечностей. К сожалению, динамическое контрастирование плохо подходит для рутинной практики ввиду сложности выполнения и дороговизны. Прорыв ожидается в разработке новых контрастирующих веществ, длительно циркулирующих в сосудистом русле.