Aby to zrealizowa\u0107 nale\u017cy:<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Zlokalizowa\u0107 nowotw\u00f3r w\u015br\u00f3d innych tkanek.<\/li>\n\n\n\n
- Wykona\u0107 plan przeprowadzenia strza\u0142u: wyb\u00f3r najbardziej odpowiedniego promieniowania, energii oraz trasy sformowanej wi\u0105zki.<\/li>\n\n\n\n
- Precyzyjnie wycelowa\u0107 wi\u0105zk\u0119 promieniowania w nowotw\u00f3r.<\/li>\n\n\n\n
- Dokona\u0107 na\u015bwietlenia dok\u0142adnie wed\u0142ug opracowanej wcze\u015bniej procedury.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Realizacja wszystkich wymienionych etap\u00f3w nie by\u0142aby mo\u017cliwa bez wsparcia technik informatycznych dzia\u0142aj\u0105cych na styku fizyki, biologii oraz in\u017cynierii.<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Radioterapia w pigu\u0142ce<\/h2>\n\n\n\n
Rodzaje bada\u0144 obrazowych<\/h3>\n\n\n\n
Od 1977 roku dysponujemy wspania\u0142\u0105 mo\u017cliwo\u015bci\u0105\u202fzajrzenia do wn\u0119trza organizmu dzi\u0119ki tomografii\u202f(grec.\u202ftomo<\/em>\u202f- wn\u0119trze,\u202fgrafia<\/em>\u202f- opis).R\u00f3\u017cne tomografy wykorzystuj\u0105 r\u00f3\u017cne zjawiska fizyczne:<\/p>\n\n\n\n
- \n
- poch\u0142anianie promieniowania rentgenowskiego\u202fCT<\/em>,<\/li>\n\n\n\n
- rezonans j\u0105der atomowych\u202fMR<\/em>,<\/li>\n\n\n\n
- promieniowanie j\u0105drowe\u202fPET<\/em>,<\/li>\n\n\n\n
- mechaniczne fale ultrad\u017awi\u0119kowych\u202fUSG<\/em>.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
![\"Obrazy](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/Rys-1-Obrazy-tomograficzna-powstale-z-wykorzystaniem-roznych-zjawisk-fizycznych..jpg\")
<\/a>Ryc. 1 Obrazy tomograficzne powsta\u0142e z wykorzystaniem r\u00f3\u017cnych zjawisk fizycznych<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Cech\u0105 wsp\u00f3ln\u0105 wszystkich tomograf\u00f3w jest to, \u017ce tworz\u0105 obrazy przekrojowe organizmu z wykorzystaniem\u202ftransformaty Radona<\/strong>, w kt\u00f3rej elementy wielkiej macierzy trzeba przeliczy\u0107 i pokaza\u0107 jako piksele na dwuwymiarowym ekranie.<\/p>\n\n\n\n
![\"Tr\u00f3jwymiarowy](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/Rys-2-Ttrojwymiarowy-model-czaszki-zrekonstruowany-z-przekrojowych-obrazow-tomograficznych..jpg\")
<\/a>Ryc. 2 Tr\u00f3jwymiarowy model czaszki zrekonstruowany z przekrojowych obraz\u00f3w tomograficznych<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n W procesie radioterapeutycznym potrzebne s\u0105 prawdziwe modele 3D. Wykorzystuj\u0105c algorytmy rekonstrukcyjne, mo\u017cna odtworzy\u0107 rzeczywisty kszta\u0142t narz\u0105d\u00f3w oraz ich wzajemne po\u0142o\u017cenie<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n
Cele radioterapii<\/h3>\n\n\n\n
Celem zabiegu radioterapeutycznego jest skupienie energii wi\u0105zki promieniowania na tkance nowotworowej. W praktyce odbywa si\u0119 to poprzez obracanie ruchomego \u017ar\u00f3d\u0142a promieniowania wok\u00f3\u0142 pacjenta w taki spos\u00f3b, aby wi\u0105zka stale wycelowane by\u0142a w nowotw\u00f3r.<\/p>\n\n\n\n
Uwzgl\u0119dni\u0107 trzeba jednak zjawiska falowe \u2013 dyfrakcje i interferencje<\/strong> \u2013 na granicy tkanek o r\u00f3\u017cnych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach oraz r\u00f3\u017cn\u0105 wra\u017cliwo\u015b\u0107 zdrowych tkanek na dzia\u0142anie promieniowania.<\/p>\n\n\n\n
Wyniki radioterapii<\/h3>\n\n\n\n
Wynikiem badania tomograficznego jest seria przekrojowych obraz\u00f3w, na podstawie kt\u00f3rych wykonuje si\u0119 tr\u00f3jwymiarow\u0105 rekonstrukcj\u0119 narz\u0105d\u00f3w wewn\u0119trznych, a nast\u0119pnie plan radioterapii okre\u015blaj\u0105cy, w kt\u00f3re miejsce i z jakiego kierunku b\u0119dzie wycelowana wi\u0105zka promieniowania o dok\u0142adnie wyznaczonej mocy.<\/p>\n\n\n\n
![\"Badanie](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/Rys-3-Badanie-tomograficzne-pacjenta-z-przymocowana-klatka-pozycjonujaca.jpg\")
<\/a>Ryc. 3 Badanie tomograficzne pacjenta z przymocowan\u0105 klatk\u0105 pozycjonuj\u0105c\u0105<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Najcz\u0119\u015bciej wykorzystuje si\u0119 specjalnie przytwierdzone do cia\u0142a pacjenta znaczniki w postaci np. przytwierdzon\u0105 pod znieczuleniem miejscowym do ko\u015bci czaszki klatk\u0119, kt\u00f3rej konstrukcja, s\u0142u\u017cy za uk\u0142ad odniesienia.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/Rys-4-Odwzorowanie-punktow-odniesienia-klatki-na-obrazie-tomograficznym.jpg\")
<\/a>Ryc. 4 Odwzorowanie punkt\u00f3w odniesienia klatki na obrazie tomograficznym<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Wbudowane w klatk\u0119 elementy s\u0105 dobrze odwzorowane na obrazach tomograficznych i stanowi\u0105 punkty referencyjne<\/strong>, pozwalaj\u0105ce na precyzyjne okre\u015blenie po\u0142o\u017cenia poszczeg\u00f3lnych tkanek. Punkty odniesienia oraz lasery pozwalaj\u0105 na precyzyjne wycelowanie wi\u0105zki promieniowania z akceleratora.<\/p>\n\n\n\n
Wysokoenergetyczna wi\u0105zka promieniowania, obracaj\u0105c si\u0119 wok\u00f3\u0142 pacjenta, skupia si\u0119 tylko na niszczonych kom\u00f3rkach nowotworowych.<\/p>\n\n\n\n
Wsparcie technologiczne radiochirurgii<\/h2>\n\n\n\n
Jedynym z projekt\u00f3w, nad kt\u00f3rymi pracowa\u0142em, by\u0142a adaptacja danych z ameryka\u0144skiego tomografu\u202fGeneral Electric Sytec SR do niemieckiego systemu\u202fSiemens ONCOR Avant-Garde<\/strong> w Szpitalu Wojew\u00f3dzkim w Lublinie.<\/p>\n\n\n\n
Przeszkod\u0119 stanowi\u0142y niekompatybilne protoko\u0142y medyczne oraz niezgodno\u015bci w implementacji standardu obraz\u00f3w medycznych\u202fDICOM<\/strong>. Oba systemy w pe\u0142ni obs\u0142ugiwa\u0142y tylko dane okre\u015blone przez standard jako\u202fobowi\u0105zkowe. Nie akceptowa\u0142y natomiast niezb\u0119dnych przy radioterapii informacji dodatkowych, takich jak dane zwi\u0105zane z dok\u0142adnymi parametrami fizycznymi u\u017cytej w badaniu tomograficznym wi\u0105zki, czas\u00f3w ekspozycji, orientacji przestrzennej.<\/p>\n\n\n\n
Prace prowadzone przy wsparciu prof. Paw\u0142a Miko\u0142ajczaka z Wydzia\u0142u Fizyki Uniwersytetu im. Marii Curie-Sk\u0142odowskiej w Lublinie umo\u017cliwi\u0142y przystosowanie danych obrazowych z tomografu\u202fGeneral <\/em>Electric<\/em>\u202fw taki spos\u00f3b, aby by\u0142y w pe\u0142ni akceptowane przez system planowania\u202fSiemens.<\/p>\n\n\n\n
Wyzwania nowoczesnej radiochirurgiii<\/h2>\n\n\n\n
Fakt, \u017ce co\u015b mo\u017cna, nie oznacza jeszcze, \u017ce b\u0119dzie to mo\u017cliwe do wykorzystania w codziennej praktyce. Wszystko musi dzia\u0142a\u0107 niezawodnie w czasie rzeczywistym i automatycznie, aby nie anga\u017cowa\u0107 personelu medycznego.<\/p>\n\n\n\n
Pomi\u0119dzy aparaty medyczne, po\u0142\u0105czone nowopowsta\u0142\u0105 sieci\u0105 \u015bwiat\u0142owodow\u0105, wstawiono urz\u0105dzenia po\u015brednicz\u0105ce, kt\u00f3re w czasie rzeczywistym dokonywa\u0142y niezb\u0119dnych zmian w trawestowanych danych medycznych. Pozwala\u0142y tak\u017ce unikn\u0105\u0107 konieczno\u015bci zakupu dodatkowych licencji na oprogramowanie komunikacyjne<\/strong>. System planowania kontaktowa\u0142 si\u0119 tylko z naszym jednym urz\u0105dzeniem, kt\u00f3re mog\u0142o przyjmowa\u0107 dane z dowolnej liczby tomograf\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n
Przeprowadzenie operacji<\/h3>\n\n\n\n
Operacje radiochirurgiczne s\u0105 mo\u017cliwe do przeprowadzenia dzi\u0119ki tomografii rentgenowskiej, kt\u00f3ra dostarcza informacji o wsp\u00f3\u0142czynnikach poch\u0142aniania promieniowania elektromagnetycznego oraz po\u0142o\u017ceniu poszczeg\u00f3lnych tkanek.<\/p>\n\n\n\n
Nie jest to obraz doskona\u0142y \u2013 bardzo dobrze obrazuje np. ko\u015bci, ale ma du\u017co mniejsz\u0105 dok\u0142adno\u015b\u0107 w przypadku tkanek mi\u0119kkich, do kt\u00f3rych nale\u017c\u0105 tak\u017ce nowotwory. W tym przypadku najlepszy jest obraz tworzony przez tomografy z wykorzystaniem zjawiska rezonansu j\u0105drowego, kt\u00f3ry z kolei bardzo \u017ale odwzorowuje ko\u015bci.<\/p>\n\n\n\n
Optymalna metoda \u2013 po\u0142\u0105czenie obraz\u00f3w<\/h3>\n\n\n\n
Idealnym rozwi\u0105zaniem by\u0142o z\u0142o\u017cenie obraz\u00f3w narz\u0105d\u00f3w<\/strong> tego samego pacjenta, powsta\u0142ych w wyniku badania\u202fCT i\u202fMR<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n
Pomimo podobie\u0144stwa samych obraz\u00f3w nie jest to zadnie proste:<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Akwizycja odbywa si\u0119\u202fza pomoc\u0105 ca\u0142kowicie innych urz\u0105dze\u0144 w du\u017cym odst\u0119pie czasowym.<\/li>\n\n\n\n
- Narz\u0105dy widoczne w\u202fCT<\/em>\u202fs\u0105 inaczej obrazowane w MR.<\/li>\n\n\n\n
- Radiochirurgia wymaga milimetrowej dok\u0142adno\u015bci, wi\u0119c nie ma \u017cadnej tolerancji na b\u0142\u0119dy wynikaj\u0105ce z przesuni\u0119cia obraz\u00f3w wzgl\u0119dem siebie.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
Rozwi\u0105zania technologiczne w s\u0142u\u017cbie zdrowia<\/h2>\n\n\n\n
Podejmuj\u0105c si\u0119\u202fzadania z\u0142o\u017cenia obraz\u00f3w tomografii rentgenowskiej i rezonansowej, sprawdzili\u015bmy szereg r\u00f3\u017cnorodnych algorytm\u00f3w, badaj\u0105c ich przydatno\u015b\u0107 w radiochirurgii. Musieli\u015bmy odrzuci\u0107 wiele doskona\u0142ych\u202fmetod tylko dlatego, \u017ce, pomimo \u015bwietnych efekt\u00f3w, ich powtarzalno\u015b\u0107 by\u0142a niewystarczaj\u0105ca.<\/strong><\/p>\n\n\n\n
![\"Dopasowanie](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/6.jpg\")
<\/a>Ryc. 5 Dopasowanie obraz\u00f3w tomograficznych PET i CT<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Ostatecznie, do praktycznej realizacji wybrali\u015bmy dwie metody detekcji<\/strong> (segmentacji) interesuj\u0105cych radioterapeut\u00f3w narz\u0105d\u00f3w: morfologii gradientowej oraz techniki\u202f<\/strong>watershed<\/em><\/strong>.<\/em><\/p>\n\n\n\n
D<\/strong>opasowanie obraz\u00f3w\u202fCT<\/em>\u202fdo\u202fMR<\/em><\/strong>\u202fjest przeprowadzane z wykorzystaniem\u202finformacji wzajemnej\u202f(mutual <\/strong>information<\/strong>)<\/strong> jako wska\u017anika jako\u015bci przeprowadzone po\u0142\u0105czenia.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/8.png\")
<\/a><\/figure>\n\n\n\nInformacja wzajemna\u202fto stosunkowo proste obliczenie wsp\u00f3lnej entropii dw\u00f3ch zestaw\u00f3w danych z elementami rachunku prawdopodobie\u0144stwa.<\/p>\n\n\n\n
![\"Wynik](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/Rys-7-Wynik-dopasowania-obrazow-tomograficznych-CT-i-MR..jpg\")
<\/a>Ryc. 6 Wynik dopasowania obraz\u00f3w tomograficznych CT i MR<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n Podstawiaj\u0105c jako zestawy danych warto\u015bci pikseli z obraz\u00f3w\u202fCT\u202fi\u202fMR,\u202fmo\u017cemy okre\u015bli\u0107, jak bardzo s\u0105\u202fdo siebie podobne (a dok\u0142adniej jak wiele informacji z\u202fCT\u202fznajduje si\u0119\u202fw\u202fMR), przy czym nie ma znaczenia sens fizyczny por\u00f3wnywanych pikseli. Pozwala to na skuteczne wyznaczenie najlepszego dopasowania obraz\u00f3w powsta\u0142ych w zupe\u0142nie inny spos\u00f3b.<\/p>\n\n\n\n
W naszych dzia\u0142ania skupili\u015bmy si\u0119 na deterministycznych metodach, kt\u00f3rych efektywno\u015b\u0107 mo\u017cna precyzyjnie oceni\u0107 na podstawie oblicze\u0144. Uznali\u015bmy, \u017ce w tym konkretnym zastosowaniu ryzyko jest zbyt du\u017ce, aby eksperymentowa\u0107 z metodami z pogranicza sztucznej inteligencji.<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Automatyczne wnioskowanie jako przysz\u0142o\u015b\u0107 medycyny<\/h2>\n\n\n\n
Nie ulega jednak w\u0105tpliwo\u015bci, \u017ce automatyczne wnioskowanie w medycynie to nieunikniona przysz\u0142o\u015b\u0107<\/strong>. Aby unikn\u0105\u0107 rewolucyjnych zmian i wynikaj\u0105cych st\u0105d niepo\u017c\u0105danych zjawisk, skupiamy si\u0119 aktualnie na zast\u0105pieniu segmentacji\u202fwatershed\u202fprzez algorytmy genetyczne detekcji tkanek z zachowaniem deterministycznej metody oceny wynik\u00f3w\u202fmutual information. Chroni\u0105 nas one przed ewolucj\u0105 w z\u0142ym kierunku w wyniku mutacji.<\/p>\n\n\n\n
Jednocze\u015bnie, pracujemy nad wykorzystaniem danych obrazowych innego typu \u2013 PET\u202fi\u202fUSG<\/strong>\u202f\u2013 oraz obserwujemy rozw\u00f3j skaner\u00f3w\u202fCT\u202fi\u202fMR<\/strong>,<\/em>\u202faby lepiej wykorzysta\u0107 ich nowe mo\u017cliwo\u015bci: wi\u0119ksz\u0105\u202fliczb\u0119\u202fwykonywanych jednocze\u015bnie skan\u00f3w oraz ich szybsza akwizycj\u0119.<\/p>\n\n\n\n
Pozwala to na wykorzystanie naszych algorytm\u00f3w tak\u017ce do diagnostyki dynamicznie funkcjonuj\u0105cych narz\u0105d\u00f3w, np. serca w czasie rzeczywistym.<\/p>\n\n\n\n
***<\/p>\n\n\n\n
W Sii, poza dzia\u0142aniami rozwojowymi, du\u017co uwagi po\u015bwi\u0119camy na prace operacyjne, aby zwi\u0119kszy\u0107 niezawodno\u015b\u0107, bezpiecze\u0144stwo i \u0142atwo\u015b\u0107 obs\u0142ugi. Pod\u0142\u0105czamy tomografy innych firm takich jak: Philips, Siemens, Hitachi, Toshiba, Shimadzu. Wszystko oczywi\u015bcie zgodnie ze standardami medycznymi, kt\u00f3re pozwalaj\u0105 na ich wykorzystanie w radioterapii nowotwor\u00f3w.\u202f\u202f<\/span> <\/span><\/p>\n\n\n\n
Rozw\u00f3j technologii pozwala na zwi\u0119kszenie skuteczno\u015bci metod walki z rakiem znanych\u202fod\u202flat. In\u017cynierowie Sii swoj\u0105 eksperck\u0105 wiedz\u0105 wspieraj\u0105 bran\u017c\u0119 medyczn\u0105 \u2013 realizuj\u0105 projekty dla wielu klient\u00f3w z bran\u017cy opieki zdrowotnej, takich jak QIAGEN<\/a><\/span>, Roche czy BAUSCH Health. Opracowuj\u0105c obecne produkty<\/a><\/span> oraz\u202frozpoczynaj\u0105c wsp\u00f3\u0142prac\u0119 z kolejnymi firmami z bran\u017cy medycznej<\/a>,<\/span> dostrzegamy istotno\u015b\u0107 tworzenia sprz\u0119tu oraz oprogramowania wed\u0142ug standard\u00f3w medycznych takich jak ISO 13485 czy IEC 62304. Zapewnienie bezpiecze\u0144stwa osobom korzystaj\u0105cym z opracowanych przez nas rozwi\u0105za\u0144 jest najwa\u017cniejsze.<\/span><\/p>\n\n\n
- Radiochirurgia wymaga milimetrowej dok\u0142adno\u015bci, wi\u0119c nie ma \u017cadnej tolerancji na b\u0142\u0119dy wynikaj\u0105ce z przesuni\u0119cia obraz\u00f3w wzgl\u0119dem siebie.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
- rezonans j\u0105der atomowych\u202fMR<\/em>,<\/li>\n\n\n\n
- poch\u0142anianie promieniowania rentgenowskiego\u202fCT<\/em>,<\/li>\n\n\n\n