Rozvíjející se technologie lékařského zobrazování
ROZVÍJEJÍCÍ SE TECHNOLOGIE LÉKAŘSKÉHO ZOBRAZOVÁNÍ
Lékařské zobrazování se děje různými způsoby za využití fyzikálních
postupů, modifikovaných tělem a zachycených různými způsoby. Fotony
všech druhů energie (záření rentgenové, paprsky gama, ultrafialové
záření, optické, infračervené, mikrovlny, radiofrekvence), slabá pole
elektrická a magnetická se mezi sebou značně liší svou schopností
procházet tělem, typy šumu, s nímž musí bojovat a způsoby, jak jsou
detekovatelné a lokalizovatelné. Tyto faktory spolu s respektováním
radiační dávky, akustickou energií, velmi silnými poli silovými a
magnetickými mají vliv na dosažení hladiny kontrastního rozdílu mezi
tkání zdravou a nemocnou, prostorového a časového rozlišení,
přítomnosti artefaktů a užitečnosti v klinické praxi.
Na tomto základě je řada technologií, opírajících se o filmy nebo
digitální techniky, kterými lze analyzovat speciální klinické problémy.
Klinik hraje zčásti roli ve volbě postupu, od něhož s největší
pravděpodobností může očekávat odpověď na své otázky za dodržení
bezpečnosti a v rozumných finančních mezích.
Existuje také několik nestandardních zobrazovacích modalit, z nichž
jsou některé nové a jiné studovány už určitou dobu. Některé z nich se
možná osvědčí a budou zavedeny do klinické praxe. Některé z nich, jako
kupř. elektroencefalografie, magnetokardiografie a termografie, budují
obrazy z extrémně jemných signálů, jejichž zdrojem je tělo samo.
Tomografie tkáňovou impedancí a diafanografie působí, podobně jako
záření X, na interakci těla s nimi.
Biomedicínský výzkum se stává stále více interdisciplinárním, protože
se opírá o výsledky fyzikálních věd a technologií na straně jedné a o
biologii a klinickou medicínu na straně druhé. Příkladů této plodné
spolupráce je řada, kupř. nedávný vývoj v molekulárním zobrazování,
biomedicínské informatice, nanobiotechnologii, detekci a diagnostice za
podpory počítačů a diagnostika a léčba na bázi diagnostického
zobrazení.
Tento článek chce podat přehled současného stavu využití a vývoje
zobrazovacích technologií a medicínské diagnostiky a komentovat
diagnostické potenciály některých metod. Podrobné informace lze získat
v citovaném písemnictví (148 citací v původním znění článku).
Pokroky v běžných technologiích
V základních bodech lze říci, že:
- Nejnovější vývoj v oblasti obrazových detektorů na pevné bázi (jako
jsou fotosenzitivní ploché panely, mikroovládané piezoelektrické
arraye, kvantové tečky) je momentálně největším pokrokem v
biomedicínském zobrazování.
- S největší pravděpodobností se v několika málo budoucích letech
značně rozvinou technologie molekulárního zobrazení a přejdou z
laboratoří do klinické praxe.
- Oddělení zobrazovací diagnostiky očekává přechod na úplnou
digitalizaci a bezfilmový provoz; mnohá již převzala PAS a v krátkém
čase mohou po celém světě předávat neomezená kvanta obrazů, které mohou
archivovat.
- S pomocí diagnostiky opírající se o digitální podporu se odhalují
anatomické a fyziologické detaily, které budou mít dlouhodobý vliv na
lékařské povolání a zdravotní péči.
Planární zobrazení rentgenovým zářením
Existují dvě obecné kategorie zobrazení vysokoenergetickými fotony,
které vznikají v rentgenkách: 1. planární postupy, jako je standardní
radiografie (lhostejno, zda s použitím filmu nebo digitálními postupy),
2. tomografické postupy, jako je kupř. CT. U obou postupů se dostává
vstupní informace ve formě stínů, které vznikají odlišnou absorpcí,
nebo fázovým posunem tělesnými tkáněmi, které mají odlišnou tloušťku,
hutnotu a chemickou skladbu (atomové číslo). Oba tyto základní postupy
v minulých letech pokročily výrazně kupředu.
U planárního rtg zobrazení přebírají pole nové elektronické receptory.
Značnou část století sloužily radiologii výborně kombinace fólií s
filmy a štítové zesilovače s televizí nebo optické kamery s přídatnými
zařízeními, ale jejich další vývoj se pozastavil. Mezitím se zlepšuje
role digitálních zobrazovacích zařízení a systémů, souvisejících s
vývojem PACS. Řada oddělení už dnes pracuje bez filmů a trend dalšího
vývoje je jasný. Prosazují se dokonce stále více i v mamografii, kde má
rozhodující význam zachycení mikrokalcifikací.
Fotostimulující fosforové detektory, obsahující BaFBr a BaF1 jsou
využívány od sedmdesátých let minulého století a v posledních letech
pracují už i v reálném čase. I digitální fluoroskopie začala vytlačovat
analogové postupy. Zobrazovač plochého panelu je složen z milionů
jemných, nezávislých polovodičových prvků, které jsou buď citlivé k
fotonům vysoké energie (systémy přímé detekce) nebo ke světlu, které
vzniká v kontaktním fluoreskujícím materiálu (nepřímý postup). Není
vyloučeno, že nové techniky dovolí vyrábět tyto zobrazovače na
flexibilních podložkách v prakticky jakémkoliv rozměru.
Jsou sice advokáti výpočetní nebo (jen) digitální radiografie, ale obě
modality jsou ve skutečnosti doplňkové a uplatnění je zatím pro obě.
Kazety pro výpočetní radiografii jsou - podle velikosti - v jistém
stupni flexibilní, cenově dostupné a dají se při poškození snadno
nahradit. Digitální radiografie dovoluje rychlejší provoz oddělení a je
výhodnější z hlediska radiační zátěže, ale její zavedení je
nákladnější.
Výhodou zpracování obrazu a obecně digitálního zpracování je a)
linearita odpovědi digitálních receptorů v expozičních rozsazích, jež
jsou větší než u filmového materiálu, z čehož povšechně plyne
zkvalitnění obrazu a b) oddělení procesu získání obrazu od jeho
zpracování (okénko, posílení rozhraní, snížení šumu aj.) a oddělení od
displeje, takže tyto tři stupně se dají optimalizovat nezávisle
navzájem, c) obecné jsou výhody archivace digitálních záznamů, jejich
předávání a analýzy.
Digitální subtrakcí obrazů vzniklých za různého nastavení kilovoltáže
rentgenky lze kupř. využít postup dvojí energie k odstranění rušivého
šumu pozadí, jakým jsou kupř. struktury kostní a měkkotkáňové, které
zastírají to, co je třeba klinicky vidět. Absorpciometrie dvojí energií
je už běžnou metodou v rentgenové kostní denzitometrii a je významným
varováním před hrozícími frakturami u osteoporózy. V současné době je
však tato technika v rostoucí míře ohrožována ultrazvukovými a dalšími
metodami.
Digitální tomosyntéza používá jiný přístup, aby však došla stejného
výsledku. Podobně jako její analogová předchůdkyně zhotovuje řadu
planárních obrazů v hloubce. Rentgenka a snopec záření se během
expozice pohybují v malém úhlu. Manipulací s obrazy se odstraní
nepotřebné struktury nad a pod potřebnou vrstvou, která byla zvolena a
tloušťka vrstvy může činit i jen 1 mm až několik cm. Tomosyntéza je
typem tomografie s omezeným úhlem kyvu rentgenky a směrem do hloubky má
poměrně omezené rozlišení. Ale kvalita detailů ve zvolené vrstvě může
být vynikající. Digitální tomosyntéza se používá při vyšetření
hrudníku, prsů, v angiografii, ortopedii a v zubním vyšetření.
Velmi rychlá digitální technologie dovoluje rejekci metodou „time of
flight". Je ale schopna dělat obrazy i z rozptýleného záření. Je
schopna poskytnout zlepšený kontrast měkkých tkání, aniž by zvýšila
zátěž nemocného zářením.
Zobrazení CT
Podobně jako postupy DSA dokáže výpočetní tomografie odstranit z obrazu
irelevantní detaily, které informačně ruší. V podstatě tento postup
pracuje na prostorové rekonstrukci obrazů, které byly sňaty v mnoha
úhlech, a to na bázi kalkulace oslabení záření materiálem, jímž záření
prošlo. Nejnovější postupy značně situace CT vyšetření vylepšily.
Helikální postup začíná záběrem v jedné otočce rentgenky nad nehybným
stolem, s kterým se pak pohybuje v ose z a rentgenka se na závěr jednou
otočí v opačném směru rotace. Postup se stále opakuje a s každou rotací
se pořídí snímek ploché vrstvy tkáně. Při helikání (či spirální) CT se
stůl a rentgenka během získávání dat nepřetržitě pohybují. Array
detektorů má velký počet velmi malých elementů kolem nemocného,
fixovaných v prostoru. Helikální zobrazení umožňuje mnohem rychlejší
skenování a poskytuje preciznější obrazy v příčných vrstvách.
Druhou významnou novinkou je přechod od zobrazení jedné vrstvy k
multisekčnímu. Úzký snopec záření je rozšířen v kónický a každý
detektor je nahrazen řadou 4 až 64 (v nynější době), orientovaných
paralelně k ose nemocného. Tento technický postup byl již dlouho
používán v PET a je základním rysem multidetektorového
(multisektorového) skeneru. Je možné získat až 64 vrstev těla
simultánně. Dramaticky se tím zlepšilo podání a kvalita 3D záznamů,
protože malé odstupy mezi vrstvami vedou k trojrozměrným obrazům s
vysokým rozlišením. Tak kupř. 3D CT-angiografie v tomto směru nabývá
stále na významu, je ekonomicky výhodná a je alternativou ke
katetrizační koronarografii pro zobrazení poměrů na věnčitých tepnách,
detekci a měření nekalcifikovaných plátů a další použití.
Multisekční CT skenery využívají klasické geometrie třetí generace CT,
spíše s kónickým než pruhovitým snopcem záření. Výrobci zařízení pro CT
usilují o stále kratší vyšetřovací časy a stále delší podchycení
podélné anatomie těla při každé rotaci gantry. Protože by patrně
nežádoucně narostly odstředivé síly, nezkouší se urychlení rotace
gantry nad současnou mez tří otoček za vteřinu. To dobře postačuje k
vyšetření plic, nebo zachycení srdce v systole či diastole s nepatrnou
pohybovou neostrostí; kratší klinické vyšetřovací časy by se dosáhly s
použitím většího počtu rentgenek, což by umožnilo funkční zobrazení v
ose z srdce, plic, mozku a jiných struktur. To a vývoj lepších
detektorů v budoucnosti usnadní rozlišení v příčném rozměru, takže CT
se stává skutečnou isotropickou modalitou, blížící se MR zobrazení.
Obtíž ale zůstává s Comptonovým rozptylem, který k detektorům proniká.
Jednou z velkých předností zobrazení CT v časném údobí bylo, že
rozptýlené záření zde nehrálo roli a není zcela jasné, jak se s tímto
problémem zcela vyrovnat, když se vrací s multisekčním
zobrazováním.
Výzkumníci z Univerzity Aachen (SRN) popsali postup, kdy se mnohotné
prstence detektorů nahradí plochým zobrazovacím panelem. Vyrábějí je už
různí producenti a na trhu se objevila zařízení na C-rameni. Je zde
však dosud problém s vysokým přísunem (gigabyty/s) a přesunem
dat.
S technikou dvojí energie a víceenergií by CT mohlo poskytnout
informace, přesahující údaj o absorpci jednoho pixelu, vyjádřené v
Hounsfieldových jednotkách.
V době svého zavedení v polovině osmdesátých let byla elektronová CT
schopna produkovat příčnou vrstvu v tak krátkém čase jako je 50 ms, což
značí, že vytvoří obraz pulzujícího srdce zcela ostrý v jakékoliv fázi
jeho cyklu a s poměrně malou dávkou záření kolem 1mSv při angiografii,
což je výhodné v porovnání s desateronásobkem u 64sekčního CT a dokonce
menší, než při hodnocení kalciového skóre. Obrazy z elektronového
snopce ale mají tendenci k šumu a 64vrstvé CT skýtá větší rozlišení ve
všech třech směrech (kolem 0,3 versus 1,5 mm pro elektronovou
CT).
Rychlé zobrazení MR ovšem může podpořit screening srdce stejně rychle a
bez zátěže zářením.
Klinicky se zkouší také nové typy rentgenky, jež má pětinásobně
vydatnější chlazení anody než dosavadní systém rotačních anod, což
dovoluje prodloužený provoz expozice nebo intenzivnější pulzy, tedy
kratší.
Zatímco o biomedicínské informatice se obecně ví, s jakou záplavou dat
zápolí při studiu lidského genomu, jiná velmi atraktivní oblast zápolí
s praktickým zvládáním tisíců CT záběrů velkého počtu vyšetření denně
tak, aby se diagnosticky neznehodnotila. Pochopitelně radiolog není
schopen vyšetřit jeden takový obraz za druhým s nadějí, že v některém z
nich se může zachytit kritický projev změny - což může mít vážné právní
dopady. Je proto nutné vybudovat takové medicínské systémy, které by
dovedly podchytit tato klíčová data v záplavě irelevantních
informací.
Současně je velká snaha, aby se zarazil současný trend vzestupu
radiační zátěže nových technologií, především CT u dětí a pro hromadné
screeningové použití. Naštěstí se zdá, že mnozí z těch, kdo s přístroji
pracují, jsou si vědomi, že by se měly vyšetřovací podmínky přesněji
stanovovat s ohledem na proporce nemocných, což může dramaticky snížit
dávky.
Zobrazení paprsky gama
Ve standardní nukleární medicíně vznikají obrazy použitím radiofarmak a
gama kamery. Radiofarmakon má dvě složky: a) nosič, který má schopnost
hromadit se v kritickém orgánu chemickými nebo jinými fyziologickými
vlastnostmi a b) radioaktivní materiál, dnes ve většině případů 99mTc,
který vysílá středně energetický foton gama. Nukleární vyšetření nemůže
precizností soutěžit s rentgenovým snímkem nebo CT, ale naproti tomu
může poskytnout nedocenitelné informace o fyziologickém stavu orgánu
nebo některé tkáně.
Radiofarmakologie je ve stálém rychlém rozvoji a očekává se, že
scintilační detekční materiály pro receptory gama se budou dále
vylepšovat a že vbrzku budou třeba i celé fotomultiplikátory nahrazeny
senzitivními pevnými detektory s nízkým šumem nebo nějakou varietou
plochého panelového detektoru.
SPECT, což je protipól CT na poli záření gama, se před krátkou dobou
stalo využitelné k měření myokardiální perfuze a dalších srdečních
funkcí. Více než polovina studií se SPECT se týká koronárních poměrů,
další čtvrtina kostí a zbytek mozku, prostaty, štítné žlázy a dalších
orgánů.
PET zažívala dosti dlouho vedoucí roli v neurologickém výzkumu. V
nedávné době byla využita jako prvotní klinický prostředek k detekci,
lokalizaci a monitorování malignit. Využívá radionuklidů, které
vysílají pozitrony, což jsou pozitivně nabité částice elektronů. K
vysílačům pozitronů patří kyslík 15, dusík 13, uhlík 11, rubidium 82 a
široce používaný fluor 18, který bývá využíván jako fluorodeoxyglukóza.
Pozitron putuje tkání několik milimetrů a koliduje s atomovým
elektronem. Částice se navzájem anihilují a vydávají pár 511 keV
„anihilačních" fotonů, které se rozletí v prakticky protichůdném směru.
Ke zjištění jsou tedy třeba proti sobě stojící detektory, které
zajišťují prostorové rozlišení a výhodný poměr šumu. Počet vyšetření
PET a PET/CT v USA vzrostl z 250 000 v r. 1921 na takřka 900 000 v r.
2004. Devadesát procent studií se provádí k vyšetření nádorů, o zbytek
se dělí studie kardiologické a neurologické. Je pravděpodobné, že v
důsledku pestřejšího výběru vyšetřovaných látek, nižších cenových
nákladů a dalších výhod tento postup bude vytlačovat SPECT a postupy
konvenční nukleární medicíny.
Fúze SPECT a PET obrazů a CT a MR dovoluje korelaci anatomického i
funkčního záznamu a informace k anatomické struktuře. Navíc ve
spojitosti s absorpcí v CT se upřesňují data PET a SPECT absorpce gama
záření v těle. Pro plánování léčby zářením se shledalo užitečné
splynutí dat CT a MR. Toho lze dosáhnout jediným složitým přístrojem
PET/CT, který získává data z obou vyšetření současně během toho, kdy
nemocný leží na stole. Alternativně lze získat oboje data nezávisle na
sobě s použitím speciálního software, citlivějšího na zkreslení obrazů
pohyby nemocného. Tento vývoj bude nepochybně dále pokračovat pro
potřeby chirurgie i radioterapie.
V současné době vyžadují specifická radiofarmaka metody molekulární
biologie. Výzkum na tomto poli je sice významný, ale není plně objasněn
jeho budoucí přínos.
Zobrazení MR
Jádro vodíku (proton) ve vodě nebo molekule tuku se chová jako rotující
elektrický náboj a svým pozitivním nábojem tedy v okolí budí magnetické
pole. Když se takový proton dostane do silného magnetického pole, má
tendenci najít si v něm „pohodlný" směr rotace podle zákonů kvantové
mechaniky; podle jejích příkazů se může dočasně ocitat v „nabuzeném
stavu" a rotovat v odlišném směru, ocitaje se s uměle dodanou vyšší
energií, která je mu dodána radiofrekvenčním impulzem ve vyšší
energetické hladině. Jakmile energii dodávací moment pomine, proton či
jejich nepředstavitelně početné skupiny se vydávají z přidané energie a
ocitají se opět ve výchozím stavu, diktovaném silným okolním
magnetickým polem. Na jednotlivé protony přitom působí energetické
momenty jak protonů sousedních, tak prostředí, v němž se nacházejí.
Tyto děje jsou extrémně krátkodobé. Průměrná doba energetického výdaje
za těchto okolností se označuje jako spin-relaxace a vyjadřuje se
údajem T 1. Kromě toho je relaxace ovlivněna ještě spiny z prostředí,
ta se vyjadřuje časem T 2. Z rozdílů hodnot v různých okamžicích a
tkáňových objemech lze sestavit plošné a prostorové mapy tkání, které
jsou MR-vyšetření podrobovány takřka na molekulární úrovni, která se
liší anatomicky, patologicky, i podle momentálního fyziologického
stavu.
Časy T 1 a T 2 se dají podle potřeby klinického zobrazení měnit
aplikací kontrastních látek, z nichž většina je dnes syntetizována s
použitím paramagnetického gadolinia vázaného na molekuly chelátu. Změny
chování T 1 a T 2 se dají sledovat už během podání bolusu kontrastní
látky a dá se z nich vyvodit mnohé o mikrovaskulárním prostředí, v němž
je záznam snímán. MR vyšetření pokračuje ve vyhledávání dalších
oblastí, do nichž se může expandovat; je to momentálně již MR
angiografie a MR mikroskopie. Difuzní zobrazení MR se stále častěji
používá při vyšetřování u mozkových mrtvic a maligních procesů a je
schopno podat informace o difuzi krevního oběhu postižené oblasti, k
posouzení závažnosti ev. ischemizace.
S těmito postupy je úzce sblíženo zobrazení chemického posunu MR;
metoda je schopna poskytnout informace o chemických dějích v malých
tkáňových objemech. Podobně jako u PET/CT, začíná být MR spektroskopie
kombinována s MR zobrazením o vysoké rozlišovací schopnosti. Zvyšuje se
tím senzitivita a specificita detekce a identifikace karcinomů a jiných
tkáňových abnormalit. MR spektroskopie uhlíku 13, fluoru 19 a fosforu
31 poskytuje další otevřené možnosti tkáňových studií a fyziologických
dějů na jiné než protonové bázi.
Probíhá také vývoj zařízení určených pro speciální vyšetřovací účely,
jako jsou kupř. přístroje k výlučnému zobrazení prsů. Zobrazení MR prsů
je zvláště slibné u žen, které mají nadměrně hutný prsní parenchym, což
je zobrazovací problém jak pro rentgenovou mamografii, tak i digitální
mamografii. Byly zkonstruovány mobilní MR přístroje, s nimiž lze zajet
na operační sály a provést vyšetření během operačního výkonu a podpořit
úsilí o úplné odstranění chorobného ložiska. Naopak jsou k dispozici
mobilní desky operačních stolů, s nimiž lze zajet k centrálnímu MR
přístroji a vrátit se i s nemocnou po vyšetření na operační sál - vše
za dodržení sterilních kautel.
Aktuální značnou snahou uživatelů i výrobců je zkrátit dobu, po kterou
se získávají obrazové záznamy z vyšetření, aniž by to bylo na úkor
kvality. Některé tyto postupy volí odlišné radiofrekvence a sledy
gradientních pulzů, jež jsou nyní už zkráceny natolik, že zachytí
srdeční pulz v kinematografickém záznamu. Jiné postupy získávají
současně záznamy signálů z více radiofrekvenčních cívek, což je postup,
známý jako „paralelní zobrazení". Podstatně se tím snižuje počet
potřebných fází - dešifrovacích pulzů a opět se dosahuje značného
zkrácení vyšetřovacího času.
Funkční MR zobrazování, především dějů závislých na distribuci kyslíku,
používá rychlé pulzy a sledují se jím děje, v nichž jsou zapojeny
především neurony. Je to cenný doplněk MR spektroskopie.
Nukleární MR signály, o něž se zobrazení MR opírá, mohou být ovlivněny
magnetickým sdružováním spinů z větší vzdálenosti než jaká se až dosud
považovala za významnou: jde o milimetry a tyto signály jsou extrémně
slabé. Možnost této interakce však dnes dala vzniknout novému
zobrazovacímu odvětví, označovanému jako „zeroquantum imaging". Ač je
toto odvětví skutečně v počátcích rozvoje, už dnes může poskytnout
kupř. nezvykle senzitivní informace o přítomnosti malignit.
Zobrazení MR je dnes charakterizováno jako dynamicky se rozvíjející,
ovlivňující svými přínosy klinickou medicínu, velmi flexibilní, s
širokým polem aplikace, klesajícími ekonomickými nároky na ně, v němž
nepatrné nuance sledů buzení pomáhají odkrývat nové a netušené
informační zdroje. Využití vyšších základních intenzit magnetických
polí, tj. z 1,5 T na 3,0 T, zlepšení poměrů signál-šum, působí již dnes
posun indikací využití CT, PET a konvenční angiografie.
Zobrazování ultrazvukem
Ultrazvuk produkuje obraz z vysokofrekvenčních zvukových ozvěn;
vznikají na přechodech tkání s různou akustickou impedancí. Evoluce UZ
byla v minulých letech značně spektakulární. Byly jen malé rozpory o
konstelaci převaděčů a jejich miniaturizaci a o vývoji vhodných
kontrastních látek (v současné době se používají suspenze s bublinkami
plynu velikosti erytrocytů, které mají vlastnosti vhodné pro kontakt s
tkání, v níž mají být nasazeny). Využití harmonické informace, jež je
spojena s nelineární propagací zvuku tkáněmi nebo nelineárních oscilací
bublinek kontrastní látky; využití kódovaných sledů excitací a
filtrace; software pro zpracovávání obrazu; techniky, které se více
opírají o rozdíly rychlostí UZ v tkáni než o ozvěny. Místo
dvourozměrných záznamů z vyšetření se úspěšně pracuje na přímém získání
záznamu trojrozměrného a display rozlišení detailů, prostorového i
časového ve velkém poli záběru.
Klinické UZ systémy normálně pracují v rozmezí 2-15 MHz. Přes jisté
technické potíže se nyní rozvíjejí zařízení pro vyšší frekvence s
kratšími vlnovými délkami k zobrazení menších objektů.
Mikroultrazvuková zařízení mají jen desítky septovaných
piezoelektrických nebo kapacitárních článků v příčných rozměrech
několika milimetrů, jsou dostatečně malé, aby se daly montovat do
úzkých katétrů a s nimi dostat třeba do věnčité tepny; jsou postaveny
na principech mikroelektromechanických systémů polovodičových
technologií. Běžně se provádí vaskulární zobrazování s 10-40 MHz. V
pásmech ještě vyšších frekvencí - až do 100 MHz se rýsují použití v
oftalmologii, dermatologii a snad i na úrovni buněčného
zobrazování.
Jsou už i slibné výsledky na úrovni čtyřdimenzionálního tomografického
UZ zobrazení. Oftalmická tomografie UZ bude vyžadovat angulární
uspořádání stovek detektorů, umístěných na křivce, snad i vysílajících
a sbírajících ozvěny separátně - ačkoliv je možné, že bude pro
čtyřdimenzionální postupy objeven mnohem jednodušší postup. Ukázalo se,
že transmisní UZ tomografie dokáže v relativně homogenní tkáni jako je
ženský prs podchytit rozdíly rychlosti a/nebo absorpci zvuku a
konstruovat a proměřovat z nich obrazy, podobně jako geofyzici odhalují
ložiska nafty a plynu v zemské kůře. Odrazová tomografie UZ s jejím
ohromným množstvím mnohosměrných ozvěn je ale v současnosti ještě stále
neřešitelným problémem.
Elasticita tkání, které odrážejí ozvěny, je nespornou skutečností, ale
UZ obrazy o ní v současné době vlastně neinformují, ačkoliv by to bylo
klinicky přínosné. Zkoušenou technikou MR elastografie jsou vyšetřované
tkáně vystavovány malým vibracím (10-100 µm amplitudy) a navozené
deformace se měří pulzními fázově-kontrastními sledy.
Nový obor fyziky, známý jako akustika „time-reversed" je schopna
detekovat zvuky z ponorky a poslat je zpátky ke zdroji. Tento princip
slibuje, že by mohl otevřít nové pole pro diagnosticko-léčebné využití
ultrazvuku.
Pokračuje se také v biologických výzkumech UZ, nejen se záměrem na
ochranu nemocného, ale také na klinické využití.
Rozvojové a pokusné technologie
Tento oddíl informace se bude týkat technik, které jsou v současné době
v rapidním rozvoji. Od oblasti záření rentgenového a gama, se směřuje
do pásem energií viditelných a infračervených (pásmo ultrafialové má
stále poměrně malé využití).
Zobrazení optické a blízké infračervené
Diafanografie nazývaná také transiluminací je postupem prosvěcovacím,
kterým se kupř. zkoušela prosvítit ruka tak, aby se ukázaly kostní
struktury. Světlo a blízké infračervené záření se podobně jako záření X
odlišně absorbuje ve tkáních podle jejich druhu a tloušťky vrstvy.
Transiluminace kupř. prsu může někdy rozlišit útvary benigní od
maligních; ovšem u tohoto postupu je v porovnání s mamografií mnohem
větší počet falešně pozitivních a falešně negativních nálezů a nestala
se standardně akceptovaným postupem.
Klinická užitelnost optických metod ve velké míře závisí na jejich
schopnosti zachytit obrazy procesů, které jsou obklopeny a skryty v
rušivém okolí. Jde o snížení množství rozptýleného transportu fotonů
tkání. Již dříve byly dosaženy pozitivní výsledky se směrovanými
detektory, které pracují tak rychle, že z extrémně krátkého laserového
pulzu zachytí toliko nerozptýlené fotony (tj. ty, které putují přímo ze
zdroje k detektoru a dorazí nejdříve). Použití laseru v této formě je
mnohem citlivější a přesnější než diafanoskopie.
Laserová optická tomografie (a pro speciální pole využití nazývaná
tomografická laserové mamografie) poskytuje příčné vrstvové obrazy v
rovinách závislých na směrech aplikace laseru. Jsou cenné ke studiu
krevní perfuze orgánů, oxygenace a neovaskularizace v mozku, prsu i v
končetinách. Jedna zajímavá varianta těchto vyšetření spojuje
fotograficko-akustickou tomografii podle odlišných schopností tkáně
absorbovat krátké radiofrekvenční impulzy laserového světla a ohřát se
a tím se rapidně krátce expandovat, čímž vznikají UZ vlny, které lze
směřovat na piezoelektrické receptory.
S poněkud odlišným přístupem je využitelná konfokální laserová
tomografie k neinvazivnímu získání trojrozměrných obrazů zadního
segmentu oka; poskytuje kvantitativní popis optického nervu a okolní
sítnice. Laserový snopec je soustředěn na určitou hloubku uvnitř oka a
zaznamenává plošný obraz. Pouze světlo z této fokální vrstvy smí
dosáhnout detektory. Pro stoupající hloubky je získán sled takových
záznamů a výsledkem je trojdimenzionální topografický obraz optického
nervu, peripapilárních nervových vláken. Takto lze odhalit jemné změny,
klinicky nerozlišitelné. Přínosy této techniky při detekci a léčbě
glaukomů jsou již dnes srovnatelné s nálezy standardních
stereofundových fotografií.
Tyto a jiné optické techniky, postupně umožňují zobrazení v reálném
čase na mikrometrové škále a jsou velmi citlivé k podání informací o
buněčné dynamice tkání do hloubky několika milimetrů. V optické
koherenční tomografii prochází tenký snopec pulzního laserového snopce
do interferometru, jehož jedno rameno je směrováno do tkáně optickým
vláknem, jež je vlastně částí endoskopu. Světlo, které se koherentně
rozšiřuje ve vrcholku několika milimetrů tkáně, obsahuje informace
nejen o relativní absorpci záření, ale také o změnách světelné fáze.
Rozptýlené záření, které přichází ze tkáně, je nuceno interferovat se
světlem z referenčního raménka, takže se dá měřit jak fázový posun, tak
i stupeň absorpce. Když se taková data dostávají v matrix 1024 x 1024
pixel, je systém schopen v reálném čase informovat i v příčně
tomografickém obraze 1 megapixel. Protože doba, v níž dorazí rozptýlené
fotony k detektorům, je závislá na hloubce rozptylu ve tkáni, dají se
odděleně vyšetřovat různé úrovně tkáně. Penetrace činí jen několik
milimetrů, ale rezoluce může být 10 µm nebo ještě lepší. Kombinace
obrazů se spektroskopickou informací může poskytnout ještě další
informace pro potřeby optické biopsie.
Difuzní optická tomografie umožňuje měření hemodynamiky a aktivace
neuronů v hloubce až několika centimetrů tkáně. Nelineární mikroskopie
využívá řady metod, jako je kupř. multifotonová molekulární excitace,
optická harmonická generace a vydání stimulované emise. Nelineární
mikroskopie je použitelná k zobrazení subcelulární morfologie a
zachycení molekulární dynamiky v submanometrickém rozlišení v hloubkách
milimetrů živé tkáně.
Tkáně jsou takřka hutný objekt pro složky infračerveného, viditelného a
ultrafialového záření. Jedním způsobem, jak tuto problematiku obejít,
je právě využití laserové diaphanografie. Jinou cestou je využití
úzkého okénka transparentnosti v blízké infračervené oblasti, s
vlnovými rozsahy 700-900 mm. Je zde využitelný poznatek, že okysličený
a odkysličený hemoglobin sice oba absorbují tyto vlnové délky, ale
jejich spektra jsou dostatečně odlišná, aby oba druhy rozlišila. Toto
rozlišení je důležité pro posouzení okysličování tkání a utilizace
kyslíku.
V USA každý rok prodělá 1 milion žen core-biopsii prsu. Ta je pro ně
sice snesitelnější, ale falešné výsledky poskytuje až v 7 % případů, i
když souběžně s ní probíhá rtg-mamografická kontrola. V současné době
se pracuje na novém postupu, který by mohl počet falešně negativních
výsledků snížit. Z bioptizovaného ložiska se vracející infračervené
světlo odráží abnormality v oxygenaci nádorové tkáně proti okolí,
fluorescenční charakteristiky a další odlišné vlastnosti. V případech,
kdy se nepozoruje žádná odchylka, lze hrot zařízení orientovat odchylně
a najde-li se změna v návratu světla, provede se core-biopsie z tohoto
ložiska. Laserový postup pracuje spolehlivěji než mamografie i v
hutných prsech, kupř. mladých žen. Postup možná dojde využití v jiných
orgánech.
Terahertzové zobrazování
Terahertzová složka elektromagnetického spektra leží mezi 300-100 µm
vlnové délky. Takzvané terahertzové vlny (zvané též T-vlny) nepronikají
do hloubky tkáněmi, ba ani vodou, a pro vyšetření v hloubi ležících
tkání nemají použití. Ale podstatná část karcinomů leží v epitelu a
ačkoliv řada z nich se dá objevit okem, malá ložiska se mohou
přehlédnout, nebo prostě nejsou viditelná. Tera-vlny schopné rozlišit
spektrální odlišnosti povrchových proteinů některých karcinomů, je
mohou odhalit a jejich rozlišovací schopnost je menší než 1 mm.
Zařízení k vyšetření je malé a přenosné. Větší problémy jsou zatím se
zobrazovacími systémy T-vln. Jejich generování je extrémně drahé, ale v
poslední době se cena novým postupem rapidně snížila.
Zobrazení mikrovlnami
Mikrovlny jsou zvláště vhodné k podchycení absorpčních rozdílů mezi
tkání tukovou a jinými měkkými tkáněmi. Jejich vlnová délka je ještě
příliš dlouhá, aby se od nich dala čekávat rozlišovací schopnost
požadovaná pro diagnostické rozlišení, ale postup asi najde aplikaci.
Slibné jsou zprávy s použitím malého zařízení, které je označováno jako
interferometr tkáňové rezonance. Zařízení vytváří nízkoenergetické vlny
400-1350 MHz a vracející se signál je alterován změnami ve tkáních,
především nádorovými.
Elektro-spin rezonance zobrazení je také známa jako
elektron-paramagnetické rezonanční zobrazení; je analogické k MR, ale
pracuje s lichými elektrony, ne protony. Protože elektron je o tři řády
pevnější než proton, má mnohem větší magnetický moment a tomu odpovídá
i větší Larmorova frekvence. Při 1 T se při něm objevuje magnetická
rezonance u 28 GHz, zatímco u protonu je to 42 MHz (GHz = 1000 MHz). U
malých zvířat se dosáhlo zobrazení volných radikálů in vivo. Varieta
tohoto tématu, známá jako PEDRI (= proton-electron double resonance
imaging) realizuje simultánní vyšetření elektron-spinové rezonance a
nukleárního MR zobrazení.
Termografie
Až dosud se hovořilo o zobrazovacích modalitách vyšetření, zcela
odlišných od termografie, která detekuje tepelnou energii, jež tělo
samo produkuje. Čím je těleso teplejší, tím více tepelné energie
vysílá. Tato energie je úměrná čtvrté mocnině absolutní teploty.
Podobně jako některé techniky pro vidění v noci byla termografie
používána pro detekci infračerveného záření (nižší frekvence než má
viditelné světlo), které se dostává na povrch těla z hloubky krví,
která k povrchu směřuje. Nepravidelnosti v krevním toku v několika
povrchních milimetrech kůže mají na teplotu přímý vliv (kupř.
angiogeneze při neovaskularitě, tak jak provází řadu onemocnění prsu).
Tyto nepravidelnosti se dají odhalit infračervenou kamerou. U
nádorových onemocnění prsů termografie sice nesplnila poněkud
dalekosáhlá očekávání v nádorovém výzkumu, zato ale u zánětlivých
procesů i v jiných oblastech, kupř. angiogeneze při neovaskularitě, tak
jak provází řadu onemocnění prsu. Tyto nepravidelnosti se dají odhalit
infračervenou kamerou. U nádorových onemocnění prsů termografie sice
nesplnila poněkud dalekosáhlá očekávání v nádorovém výzkumu, zato ale u
zánětlivých procesů i v jiných oblastech, kupř. revmatických zánětech,
při vyšetření omrzlin apod. koná příležitostně platné služby.
Elektrokardiografie a elektroencefalografie
Normální pohyb iontů mezi aktivními buňkami nervovými nebo svalovými
dává vznik krátkodobému, slabému elektrickému poli. Detekce těchto
potenciálů se děje zařízeními, přiloženými zvenčí na povrch těla.
U elektroencefalografie s několika málo přídatnými elektrodami se dají
snímat nízké voltáže z okrsků mozku, které byly uvedeny do aktivity.
Klinicky se v současné době sleduje vzhled těchto voltážních pulzů a
jejich změny. Značným současným problémem však zůstává rapidní oslabení
signálů v těle, takže ty, které se vůbec dostanou k jeho povrchu, jsou
velmi slabé a s obtížemi se extrahují z pozadí elektrického šumu.
Magnetoencefalografie a magnetokardiografie
Podobně jako u jiných elektrických proudů vznikají mezi neurony slabá
magnetická pole. Magnetoencefalografie proměřuje magnetická pole
detektory, které jsou uloženy kolem hlavy a kalkulují lokalizace a
intenzity neurálních proudů, které daly polím vznik. Tato pole mají
intenzitu zhruba jedné biliontiny pole zemského - je proto k jejich
detekci třeba silné clonění a detektory musí být vysoce vnímavé. Tyto
podmínky splňuje v současné době extrémně senzitivní kvantové zařízení
SQUID. Dokáže odkrýt kupř. pohyb malého magnetu čtvrt míle vzdáleného.
S milimetrovými a milisekundovými prostorovými rozlišovacími
schopnostmi demonstruje magnetoencefalografie neurální aktivitu přímo
tam, kde se odehrává; funkční zobrazení MR a PET kupř. představují
nepřímá zjištění mozkové funkce, protože prokazují relativně pomalé
změny metabolické aktivity. Magnetoencefalografie se už klinicky
osvědčila jako užitečná u neinvazivních studií epilepsie, migrény a u
diabetického kómatu. Je také schopna zaregistrovat mozkové odpovědi na
stimulaci, podobně jako PET a funkční MR. Postup je schopen sledovat
odpovědi mozku na různé typy stimulací.
Ačkoliv jsou magnetoencefalografie i magnetokardiografie stále ještě v
počátcích svého využití, jejich sdružení, známé pod pojmem „zobrazení
magnetických zdrojů" je velmi slibné a mnoho vědců v něm vidí do
budoucna vážný příslib.
Ve stadiu výzkumu je také opačný proces alternativa k elektrošokům, kdy
se na přesně vymezený mozkový okrsek aplikuje rapidně se měnící
intenzita pole silného extrakraniálního magnetu.
Tkáňová tomografie elektrickou impedancí
Elektrony a ionty mezi tekutinami a mezi buňkami se mohou pohybovat v
odpovědi na vliv aplikovaného elektrického pole. Standardní měřítko
odporu tkáně k pohybu elektronů se označuje jako tkáňová impedance. Ke
zjištění impedance (Z) v oblasti se na ni musí upevnit početné
elektrody a mezi jejich páry se nechá projít proud nízké voltáže. Podle
Ohmova zákona se impedance vyčíslí. Po početných proměřeních v různých
rovinách se získají vlastně tomografické záznamy ve formě
trojrozměrných map tkáňové oblasti.
Velmi blízce příbuzným dostupem k právě uvedenému je aplikovaná
napěťová tomografie, kdy se aplikují voltáže na dvě nebo více míst.
Ještě jinou varietou postupů je, když se ROI umístí do silného
magnetického pole, jímž se nechá projít alternující proud o vysoké
frekvenci mezi dvěma elektrodami; vzniká detekovatelný ultrazvukový
signál.
Podobně jako zobrazování MR je zobrazení tkáňovou impedancí citlivé ke
změnám obsahu vody. Metoda byla vlastně vyvinuta ve vojenských kruzích
k měření krevních ztrát u zraněných vojáků, ale využívá se k posuzování
evakuace žaludku, plicní ventilace, srdečního výdeje, krevního toku, u
dětí k nitrolebním krvácením a jejich proměřování. Maligní nádory mohou
mít vodivost tkáně řádově vyšší než tkáň normální, a byly proto
sestrojeny přístroje, které proměřují tyto rozdíly v nádorech
prsů.
Komplikací zobrazení impedance je, že na daný povrch lze umístit jen
omezený počet elektrod a že elektrický proud neběží přímočaře. Měření
tomografie elektrickou impedancí má ale výhodu, že je metodou
bezpečnou, dá se provádět i u lůžka nemocného, dovoluje dlouhodobé
sledování dat, je levná a je možné, že se s ní odhalí nové fyziologické
odchylky, jež jsou charakteristické pro některá onemocnění.
Buněčné a molekulární zobrazování
Molekulární zobrazení je minimálně invazivní postup, zobrazující
prostorově vymezené děje na biologické molekulární a buněčné úrovni.
Postup se vyvinul z konvenční nukleární medicíny, je dosud na
preklinické úrovni studií, ale představuje konvergenci početných
zobrazovacích postupů, které jsou již propracovány a používány. Týkají
se základů buněčné a molekulární biologie, chemie, medicíny,
farmakologie, fyziky, biomatematiky a informatiky. Zčásti se postup
opírá o nové molekulární složky, které mají vztah ke specifickým genům,
proteinům a dalším biomolekulárním složkám. Detekce je možná různými
zobrazovacími postupy. Mezi činitele patří kupř. také ty, které jsou
aktivovatelné pouze v reakci na změny místního chemického prostředí,
jako je expresivita genů nebo enzymatická aktivita.
Molekulární zobrazení má také postupy, které byly zdokonaleny z
mikro-CT, mikro-MR a mikro-PET, optické bioluminiscence, molekulární
tomografie a dalších studií na mladých laboratorních zvířatech. Pro
člověka s hmotností 70 kg byly měřicí přístroje konstruovány už také a
jejich pracovní postupy se vylepšují.
Technologie molekulárního zobrazování prodělává doslova skoky v
sofistikaci. Kromě zavádění nových farmaceutických přípravků, metod
terapeutického monitorování jsou zaváděny nové postupy ve sledování
interakcí mezi proteiny, apoptóza je předpovědí terapeutické odpovědi,
nádorového růstu aj. Sleduje se dále problém absorpce, rozptylu a
fluorescence v různých vlnových délkách světla ve tkáních, sledování
vody, lipidů, deoxyhemoglobinu a jiných biochemických složek, které
mají vliv na zdraví buněk, matrix a vaskulaturu a jsou závislé na věku,
pohlaví a dalších charakteristikách nemocných.
Tak kupř. mikroskopické zobrazení fluorescenčních dějů sleduje úbytek
fluorescence v určitých typech tkání, aby se mohl odhalit abnormální
průběh těchto dějů. Užívá se i kvantových bodů (quantum dots - qdots),
což jsou jednotlivé polovodičové fluoreskující nanokrystaly; v
rozměrech nanosystémů se začíná systém chovat poněkud jako velká
molekula nebo soubor interaktivních velkých molekul s
kvantově-mechanickými vlastnostmi, zcela odlišnými od shluku téže
látky, ale v krystalické formě, nebo jako amorfní materiál (kupř. jako
tranzistor). Když se soubor qdotů vysílajících různé barvy přidruží k
protilátkám, antibiotikům nebo jinému značkování molekul a injikuje se
nitrožilně, může se sledovat v těle a pomoci odhalit různé chorobné
markery v nemocných tkáních. Je to vlastně jakási forma komplexní
optické biopsie. Také molekuly kontrastních látek pro CT nebo MR mohou
být takto označeny a napomáhají molekulární diagnostice. Toto pole
prodělává rapidní rozmach. V r. 2003 byly publikovány soubory sdělení
monograficky v Med.Phys., vol. 30, s. 1536-1542, jako soubor zkušeností
o využití elektromagnetického neionizujícího záření. Pojednává se zde i
o difuzní optické tomografii, transferu fluorescenční energie,
Fournierově transformaci infračervené spektroskopie aj.
Mini- a nanotechnologie
Technologie na těchto minimálních rozměrech poskytuje vzrušující
možnosti výzkumů a poznatků. Zařízení velikosti pilulky může být
sledováno při svém putování a registraci dějů ve střevě a detektor je
upevněn pouze na zápěstí nemocného. Oproti endoskopii je však tento
postup limitován životností baterie, nemožností určit přesně momentální
polohu detekční „pilulky" a její směr záběru. Ale tyto nevýhody jsou
nepochybně jen dočasné.
Keramické, kovové a organické nanotrubice a nanodrátky nebo jiné
struktury jsou v posledních deseti letech předmětem intenzivního
výzkumu. Některé jsou schopny průniku do cév a jako minimální
elektromechanická zařízení mohou vysílat zprávy ze sledované oblasti,
nebo naopak na sobě nést enzymy, protilátky i genomy či provádět
nanobiopsie. National Cancer Institute nedávno proponoval program v
hodnotě 144 mil. US dolarů k rozvoji nanotechnologií pro detekci a
léčení maligních nádorů.
Rostoucí role počítačů
V posledním čtvrtstoletí počítače prodělaly velký rozmach k hromadění a
zpracovávání klinických dat. I v budoucnu bude pokračovat tendence
zrychlovat a rozvíjet tyto procesy, aby se zvládla suma dat ve
zdravotnictví zpracovávaných. Je nutné zkoumat, jak urychlit propojení
a hledání v rostoucím počtu databází při jejich stále rostoucí
komplexnosti.
PACS, DICOM, detekce s pomocí počítačů
PACS je příkladem, jak se může urychlit proces strádání a výměny i
manipulace s daty. Systém se rozvinul ze svých nejistých počátků, kdy
se jevil k uživateli nepřístupný a nesnadný. Vývoj před DICOM (=
Digital Imaging and Communication in Medicine) s podporou průmyslu v
informování veřejnosti, jak s ním zacházet a klesající náklady zde
sehrály rozhodující roli.
PACS má kapacitu teleradiologie; dovoluje, aby zdravotnický personál
vyvolal obrazy na jakoukoliv pracovní stanici, která je jeho součástí;
aby se konzultovaly obrazy s jinými specialisty bez zvláštní námahy, a
to prakticky na celém světě; dá se jím získat expertíza na
nejvzdálenější místa světa, pokud jsou takto napojena. Není příliš
futurologické, že dalším krokem bude telechirurgie, kdy na vzdálenost
tisíců kilometrů bude podle pokynů obsluhovat robot skalpel a jehlu.
Podporou v tom je rozvíjející se efektivnější Internet 2. Nová verze
Internetu, ve zkratce IPng bude zvládat masivně narůstající úkoly
celého systému. Projekt je neziskový záměr univerzit a kooperujících
společností. Je třeba ještě dohodnout komunikační detaily, jako jsou
uniformita interface, rozměry předávaných informací, sémantika a další
detaily.
Idea zapojení řady nemocnic, výzkumných ústavů, ordinací atd. do takto
kooperující sítě je ovšem zatím ještě poněkud vzdáleným snem.
Zdravotnictví investuje zatím do rozvoje informační technologie necelá
2 % všech příjmů, včetně příjmů z výroby přístrojových zařízení; a na
tak objemný projekt to pochopitelně nestačí. Jen v USA se podle výzkumů
děje ročně to, že zemře 44-98 000 pacientů v důsledku zdravotnických
omylů, což je osmá nejčastější příčina úmrtí po čelné AIDS a karcinomu
prsu.
I nejsofistikovanější počítač má velké problémy s řešením elementárních
problémů denního života, jenž potřebuje intuici, úsudek. V hodnocení
nálezů komputerem stanovené diagnózy je mnoho komplexních problémů,
ačkoliv bazální koncept je v podstatě stále stejný. Není dosud jasné,
jak rychle bude pokračovat rozvoj počítači řízené diagnostiky (CAD =
Computer Aided Diagnosis), kde systém bude kupř. nasazen jako druhý
čtoucí obraz (kupř. mamogram) vedle živého odborníka, a bude odhalovat
nepatrné odchylky v obraze, které by unikly pozornosti člověka.
Kvalita a klinická užitečnost obrazů nejsou nutně stejným problémem.
Kvalita hodnocených obrazů, okolnosti jejich odečítání, zkušenost,
dostupnost relevantních klinických informací, to vše dohromady
spolurozhoduje o výsledku diagnostického procesu.
Výpočetní technologie
V rámci jejího stále rostoucího rozvoje zůstane pozornost nepochybně
soustředěna nadále především na podání obrazu. Už v současné době
technologie tekutých krystalů v plochých monitorech s několika miliony
pixelů zvýšila kvalitu podání obrazů na televizních obrazovkách. Bude
to dále plošná emise a elektroluminiscenční panely, které se vyvíjejí.
K dostání je už i plastický, znovu popisovatelný elektronický „papír";
ještě se uvidí, k čemu všemu bude ve zdravotnictví použitelný.
Současnou realitou je reálné trojdimenzionální zobrazení. Už před lety
byly demonstrovány stereoskopické kresby a filmy, kde byly podány dva
obrazy - modrý a červený - které se při čtení překrývaly. Byly k tomu
zapotřebí speciální barevné brýle, s jedním zorným polem červeným a
druhým modrým. Dnes se místo nich používají elektronoptické brýle, v
nichž vlastní čočky mohou podávat lehce odlišné elektronické obrazy.
Tyto obrazy se vnímají lidským okem jako plně trojrozměrné a dají se
použít v aplikaci virtuální reality, kupř. v chirurgickém plánování a
virtuální endoskopii. V časném stadiu vývoje je také holografický
display, kde pozorující a odčítající už ani brýle potřebovat
nebude.
Rozmezí mezi výpočetním světem a komunikací se stírá. Patří sem tvorba,
vysílání a příjem e-mailů; bezdrátové technologie si už razí cestu na
klinická oddělení. Počítače budou stále menší a rychlejší a také
levnější. Osobní počítač bude schopen bilionu manipulací ve vteřině.
Nově zaváděné počítače pracují více než tisícinásobně rychleji a
proponovány jsou aparatury, které budou mít výkon quintilionu bytů (=
milion trilionů) i pro masivní hromadění dat. Nepochybně pracovní
postupy těchto zařízení nebudou pro běžného člověka pochopitelné.
V současnosti některé výzkumné týmy pracují na počítačových systémech
budoucnosti. Jde o zcela nové pojetí počítačů, nejen o jejich vyšší
výkon. Do akce je vřazován komputer DNA, pracující v roztokové formě;
má spotřebovat bilionkrát méně energie než počítač v solidní formě,
požadovat triliontinu prostoru a absolvovat některé výpočetní výkony,
které až dosud nejsou možné. Podrobnosti nejsou uvedeny. Současně se
pracuje na generaci počítačů, které by fungovaly na principech kvantové
mechaniky. Současné počítače pracují s elektronickými spínači, které
jsou buďto v poloze „on" nebo „off", kvantové počítače mají pracovat s
kombinací obou stavů. Předpokládá se, že bude trvat ještě nejméně
desetiletí než budou uvedeny do praxe. Oba systémy mají výhledově
pracovat paralelně a být schopny řešit v minutách matematické problémy,
pro něž by současná kybernetika ještě potřebovala století.
Jiný systém, neuronový komputer, bude sice pomalejší, ale bude prý
schopen zvládnout vesmírné množství možností se zapojením
biotechnologií. Snad prý bude schopen konverzace přímo s neurony
lidského mozku, prostřednictvím elektrod nebo jiných prostředků.
Závěry
Tradiční postupy, jimiž expandují do medicíny postupy, vypracované a
osvědčené v nelékařských disciplínách, budou jistě pokračovat.
Vyhledávají se dnes již nejzazší oblasti kosmu, kde začínal před
nepředstavitelnou dobou současný svět. Hlavní zaměření je ovšem - jako
tak často - vojenské. Řeší se oslepení špionážních družic, ale také
cesty, které by mohly odkrýt teroristické záměry a kriminální chování,
což už je samo o sobě záležitost, jež je součástí medicíny. Počítače se
objevily v klinické medicíně v sedmdesátých letech minulého století.
Prodělaly už netušeně složitý vývoj a jejich cesta nekončí. Práce končí
řečnickou otázkou, zda před námi nejsou třeba CT a MR postupy na zcela
odlišné bazi zpracování, než je současná. Jaká je asi pravděpodobnost,
že takové nové pojetí vtrhne na scénu? Funkční MR zobrazení kupř. může
být plně integrováno s PET a magnetoencefalografie by spolu s nádherným
kontrastem a vysokou rozlišovací schopností mohla informovat o funkci
mozku a neurální aktivitě. Molekulární zobrazování, použití náhradních
markerů na bázi obrazů, biomarkerů a biosenzorů jsou zatím v plenkách.
Potenciál se jeví nekonečným, včetně kombinace terapie s diagnostikou.
Může se stát, že klinika roku 2025 bude pro nás tak překvapivá, jako by
bylo kdysi pro prof. Röntgena zobrazování s magnetickou rezonancí
dneška.
WOLBARST, A.B., HENDEE, W.R.: Envolving and experimental
technologies in medical imaging.
Radiology, 238, 2006, č. 1, s. 16-39.
Kolář
