カメラ・オブスクラのデジタル化：生物医学革命を起こす

人間の体形が不透明であることは、診断医学の努力を曖昧にし、医学に継続的な課題を突きつけてきた。このため、リアルタイム超音波とマルチパラメトリックMRIを組み合わせることにより、最先端の3D可視化技術を利用して前立腺癌の検出を強化しようというUCLAの最近の研究が動機づけられている。こうして、はっきりしない結果をもたらす抗原血液検査を用いて前立腺がんを検出するという従来の課題は、過去のものとなる可能性がある。モダリティの融合 画像モダリティという点では、超音波は常にコスト効率の良い診断方法と考えられてきた。しかし、画像のコントラストが問題で、出力はCTスキャンにはるかに劣る。Journal of Ultrasound Medicine 誌に、CTガイド下肝病変生検と超音波フュージョン技術を比較した報告が掲載されたが、その結果は示唆に富むものであった。診断の歩留まりという点では、超音波フュージョン法はCTガイド法を2.1％の差で上回った。平均手技時間も大きく異なり、CTスキャンよりフュージョン法の方が30分短かった。超音波フュージョンのおかげで、泌尿器科医は盲目的で系統的な生検から、より合理的で的を絞ったアプローチに移行することができたが、これには欠点もある。筋骨格系の診断に関しては、この方法は一般的に従来のグレースケール（またはBモード）超音波画像に依存している。ドップラー原理は心筋機能の評価ではその威力を発揮しているが、ひずみ、ひずみ速度、組織速度の測定能力という点では、望まれるところが多い。そのため、研究者たちはすでに、卓越した空間分解能とコントラスト分解能を維持するという点で、より効率的なタイトビームを生成する 高周波トランスデューサーを活用した超音波プラットフォームを構築するアイデアを模索している。これにより、医師はより高い精度で筋骨格系の表層構造を画像化できるようになる。

しかし、筋骨格系の画像診断に最も効果的なモダリティについては、まだ結論が出ていない。人体解剖学が複雑であることを考えると、単一のモダリティが最適ということはなく、診断が必要な部位や状態に応じて使い分ける必要がある。例えば、腰椎椎間板ヘルニアの検出において、超音波検査の精度は70％以下であると報告されているため、椎間板の病変や脊柱の異常の検出はMRIによってのみ可能である。一方、超音波検査（USS）は、肩峰下滑液包や回旋筋腱板を動的に評価し、活発なインピンジメントを強調するのにはるかに効果的なソリューションである。モダリティの違いは特定の診断要件に対応するために調整されるかもしれないが、より良い筋骨格系画像診断のケースは、2つの画像診断技術を相乗させることでさらに促進される。超音波ガイド下磁気共鳴関節撮影法は、手、下肢、股関節、屈筋腱、伸筋腱、腓骨筋腱の撮影に効果的なモダリティとなっている。適切な画像診断ソリューションの特定に近づいた今、患者の基礎疾患を正確に特定することができる。しかし、腰椎骨折のような複雑な筋骨格系の損傷に対処し、患者の転帰成功率を最大化するには、具体的にどうすればよいのでしょうか？

デジタルエンジニアリングは、より良い診断を促進するだけでなく、3Dプリントモデルやインプラントといったソリューションの開発にも役立ちます。フィラデルフィア小児病院では現在、低線量X線、MRI、超音波、CTスキャンを組み合わせて、骨の精密なデジタル3Dモデルを開発する研究を行っている。歩行分析ツールや動作分析ツールと組み合わせることで、医師は脊椎を360度見渡すことができ、患者が動いている間に骨や関節がどのように動くかをシミュレートすることもできる。このイニシアチブの範囲を拡大し、研究グループはバーチャルモデルを使用して脊椎と胸郭の3Dレプリカを印刷し、医師が繊細な手術を視覚化して計画できるようにすることを計画している。デジタル画像資産を活用することで、筋骨格系医療分野のさらなる進歩を促進することができる。現在の技術では、すでに頭蓋や顔面を置換する生物医学的インプラントの製作が可能になっている。最近、ある大手高性能積層造形メーカーが、骨置換用の3Dプリンターでカスタマイズされたインプラントを製造する独自の製造プロセスについて、欧州当局から特許を取得した。バイオメディカル・サイエンス、イメージング、3Dプリンティング技術の合流点では、幹細胞研究が人工骨置換インプラントに革命をもたらす鍵を握っているかもしれない。カナダのマウント・サイナイ再生医療・筋骨格研究センターとロチェスター大学医療センターの科学者たちは、次世代の生分解性インプラントを作るために再生組織と3Dプリントを使用する方法をテストし、その原因をさらに進めている。