Digitaliseringen av camera obscura: en biomedicinsk revolution

Den mänskliga kroppens opacitet har utgjort en ständig utmaning för medicinsk vetenskap – vilket har försvårat arbetet inom diagnostisk medicin. Detta har legat till grund för en ny studie vid UCLA som föreslår att man ska utnyttja banbrytande 3D-visualiseringstekniker för att förbättra upptäckten av prostatacancer genom att kombinera realtidsultraljud med multiparametrisk MR. Den traditionella utmaningen att upptäcka prostatacancer med hjälp av antigenblodprover, som ger otydliga resultat, kan därmed mycket väl bli ett minne blott. Att kombinera undersökningsmetoder När det gäller bilddiagnostik har ultraljud alltid ansetts vara en kostnadseffektiv diagnostisk metod. Bildkontrasten är dock ett problem, och resultatet är betydligt sämre än vid datortomografi (CT). Tidskriften Journal of Ultrasound Medicine publicerade en rapport där man jämförde CT-styrd biopsi av leverlesioner med ultraljudsfusionsteknik, och resultaten talar sitt tydliga språk. När det gäller diagnostisk utdelning överträffade ultraljudsfusionen den CT-styrda metoden med 2,1 procentenheter. Den genomsnittliga procedurtiden varierade också avsevärt, där fusionstekniken tog 30 minuter mindre än vad CT-undersökningen tog att genomföra. Även om ultraljudsfusion har gjort det möjligt för urologer att övergå från blinda, systematiska biopsier till en mer strömlinjeformad och målinriktad metod, har den sina nackdelar. När det gäller diagnostik inom muskuloskeletala området bygger metoden i allmänhet på konventionell ultraljudsavbildning i gråskala (eller B-läge). Även om Doppler-principen har visat sig vara effektiv vid utvärdering av hjärtmuskelfunktionen, finns det mycket att önska när det gäller dess förmåga att mäta töjning, töjningshastighet och vävnadshastigheter. I detta syfte utforskar forskare redan idén att bygga en ultraljudsplattform som utnyttjar högfrekventa givare för att producera en smalare stråle med högre effektivitet när det gäller att upprätthålla enastående rumslig upplösning och kontrastupplösning. Det kommer att göra det möjligt för läkare att avbilda ytliga muskuloskeletala strukturer med mycket större noggrannhet.

Det råder dock fortfarande delade meningar om vilken metod som är mest effektiv för avbildning av muskuloskeletala strukturer. Med tanke på den mänskliga anatomin komplexitet finns det ingen enskild metod som är optimal, utan valet måste baseras på det område eller tillstånd som ska diagnostiseras. Till exempel är det endast möjligt att upptäcka diskpatologi och avvikelser i ligamenten med hjälp av MR, eftersom ultraljud enligt rapporter har en noggrannhet på 70 % eller lägre när det gäller att upptäcka diskbråck i ländryggen. I den andra änden av spektrumet är ultraljudsundersökning (USS) en betydligt effektivare lösning för att dynamiskt utvärdera subakromial-subdeltoidbursa och rotatorkuffer, samtidigt som den belyser aktivt impingement. Även om skillnaderna mellan bilddiagnostikmetoderna kan anpassas för att möta specifika diagnostiska behov, kan man ytterligare förbättra bilddiagnostiken av muskuloskeletala systemet genom att kombinera de två bilddiagnostiska teknikerna. Ultraljudsstyrd magnetresonansartrografi har blivit en effektiv metod för avbildning av händer, nedre extremiteter, höftleder samt flexor-, extensor- och peroneal senor. Nu när vi har kommit närmare att identifiera den lämpliga diagnostiska avbildningslösningen kan vi noggrant fastställa patientens underliggande tillstånd. Men hur hanterar man egentligen en komplex muskuloskeletal skada som en fraktur i ländryggen och maximerar framgångsgraden för patientens behandlingsresultat?

Digital teknik underlättar inte bara bättre diagnos, utan bidrar också till att utveckla lösningar – 3D-printade modeller och implantat. Children’s Hospital of Philadelphia bedriver för närvarande forskning om att använda en kombination av lågdosröntgen, MR, ultraljud och datortomografi för att utveckla exakta digitala 3D-modeller av ben. I kombination med verktyg för gång- och rörelseanalys ger detta läkarna en 360-graders överblick över ryggraden och möjliggör till och med simulering av hur ben och leder rör sig tillsammans när patienten är i rörelse. För att utvidga omfattningen av detta initiativ planerar forskargruppen att använda virtuella modeller för att 3D-printa repliker av ryggraden och bröstkorgen, vilket gör det möjligt för läkare att visualisera och planera komplicerade operationer. Digitala bildresurser kan utnyttjas för att möjliggöra ännu större framsteg inom muskuloskeletalmedicinen. Dagens teknik gör det redan möjligt för oss att tillverka biomedicinska implantat för ersättning av skall- och ansiktsdelar. En ledande tillverkare av högpresterande additivtillverkade produkter beviljades nyligen ett patent av europeiska myndigheter för sin egenutvecklade tillverkningsprocess, som skapar 3D-utskrivna, skräddarsydda implantat för benersättning. I skärningspunkten mellan biomedicinsk vetenskap, bildteknik och 3D-utskriftsteknik kan stamcellsforskningen vara nyckeln till en revolution inom ersättningsimplantat. Forskare vid Mount Sinai Centre for Regenerative Medicine and Musculoskeletal Research i Kanada och vid University of Rochester Medical Center driver utvecklingen framåt genom att testa metoder för att använda regenererad vävnad och 3D-utskrift för att skapa nästa generation av biologiskt nedbrytbara implantat.