а) Статическое и динамическое изображение. Фотографии, рисунки и картины — это статические изображения. Цифровые изображения динамичны. Они представляют собой интерактивные изображения, которые можно изучить более подробно, рассмотреть при различном освещении, сохранить в исходной форме и изменить в соответствии с преследуемыми целями благодаря различным опциям.
Именно эта способность манипулировать изображением делает привлекательной цифровую визуализацию. Истинная ее ценность заключается в том, что оно может более точно отображать структурные элементы и их взаимоотношение с окружающей тканью.
В медицинской визуализации, когда врачи могут увидеть структуру органа и понять точные ее взаимоотношения по отношению к окружающим тканям или патологические изменения этой структуры благодаря динамическому манипулированию цифровым изображением, можно выявить едва заметную патологию, тем самым подарить жизнь многим женщинам.
б) Преимущества цифрового изображения. Цифровая информация о здоровье пациента обычно быстро передается из регистратуры врачу. Быстро движущиеся электроны, протекающие по проводам, выигрывают гонку у бумажных документов. Отделение радиологии, оказывающее услуги цифровой визуализации, больше похоже на деловой офис, чем на медицинский кабинет.
Рентгеновские темные комнаты были заменены компьютерами, ассистенты темной комнаты — персоналом информационных технологий/PACS, негатоскопы — мониторами компьютеров, а разговоры о компьютерах преобладают над прочими. Общие рентгенологические снимки (например, органов грудной клетки, коленных суставов или стоп) стали цифровыми около 5 лет назад. Маммография стала последним рентгенологическим исследованием, перешедшим на цифровую визуализацию.
Наконец-то и для маммографии настало время пользоваться преимуществами цифровой визуализации.
1. Результаты исследования ACRIN/DMIST. Это исследование безапелляционно демонстрирует превосходство цифровой визуализации молочной железы с преобладанием железистой ткани. В исследовании ACRIN/DMIST оценивали снимки, полученные на цифровых маммографах I поколения. За прошедшие 20 лет технология цифровой обработки изображений улучшилась.
2. Динамический диапазон. Динамический диапазон цифровой маммографии (16 000:1) намного превосходит аналоговую визуализацию (100:1). Оптическая плотность, отображаемая на пленке, ограничена 100 оттенками серого, не все из которых могут отображаться одновременно, поскольку оптическая плотность пленки ограничена и фиксирована, определяется методом рентгеновского облучения. С другой стороны, цифровое изображение динамично благодаря атрибуту отображения/выравнивания.
Благодаря магии центрального процессора радиолог может управлять цифровым изображением с помощью 16 000 оттенков бело-серо-черного. Благодаря линейной, а не сигмоидальной форме частотной кривой и функции отображения/выравнивания постобработки, доступной радиологу, можно тщательно выполнить исследование нижней части диапазона оптической плотности, по одному оттенку серого за раз. При цифровой визуализации выходной электронный сигнал прямо пропорционален интенсивности прошедшего рентгеновского излучения.
3. Производительность. Цифровые технологии позволяют повысить производительность в 4 раза.
— Во-первых, с помощью цифрового оборудования лаборант может выполнять больше исследований в час, чем при использовании аналогового маммографа. При этом из процесса выполнения визуализации исключены фотолабораторный процесс, рентгеновская темная комната и рутинный процесс проявки пленки. Сэкономленное время позволяет выполнить на два или три исследования в час больше.
— Во-вторых, ускоряется процесс выполнения интервенционных процедур — первичной предоперационной локализации иглы и стереотаксической кор-биопсии. Для сравнения: цифровое изображение появляется на мониторе в течение 10 с после облучения, в то время как процесс получения маммограммы, выполненной с помощью аналогового устройства, требует от лаборанта много времени на обработку пленки — до 90 с.
— В-третьих (и это не менее важно, чем первые два пункта), увеличивается административная производительность. Это происходит благодаря тому, что в отделении радиологии цифровое изображение быстро и легко передается на мониторы врача, интерпретирующего маммограммы, в связанные с сетью дочерние центры, а также внутри медицинского учреждения или системы здравоохранения, если это необходимо. Достаточно щелчка мыши — и электроны, составляющие цифровое изображение, уже движутся по сети.
Службы доставки пленки, курьеры и доставка аналоговых изображений по почте уступают место цифровым технологиям, так же как электронные сообщения значительно сократили объем обычной почтовой работы.
— Наконец, цифровая маммография позволяет выполнять одновременную отправку медицинской информации (изображений и связанных отчетов) в несколько мест. Таким образом, маммограммы становятся доступными радиологам и лечащим врачам для своевременной консультации; связанные отчеты, от планирования до выставления счетов, проходят через сети медицинского учреждения и веб-системы PACS, что обеспечивает более эффективное администрирование. Ведущее преимущество — одновременный просмотр изображений и медицинских карт с разных рабочих мест.
4. Эффективность. Существуют как минимум три преимущества цифровой обработки изображений в повышении эффективности.
— При использовании цифровых систем радиологам реже требуется выполнение визуализации в дополнительных проекциях. При оценке ОИ радиолог может выполнять с исходным изображением различные манипуляции (изменять размер, увеличивать, инвертировать его, делать изображение светлее или темнее) без потери исходного снимка или необходимости повторного вызова пациентки для проведения диагностических процедур.
— Второе преимущество — в возможности функций постобработки, что снижает количество повторных вызовов, тем самым снижая дозу облучения, по результатам исследования ACRIN/DMIST.
— Третье преимущество — это возможность просмотра и оценки изображения в любое время. Цифровые изображения хранятся в PACS. Снимки отображаются на мониторах компьютеров, подключенных к сети медицинского учреждения. Если у лечащего врача нет подключения к сети, возможно, изображения можно будет просмотреть через Интернет. Цифровое изображение можно загрузить на компакт-диск (CD).
Если ни один из этих вариантов не доступен, изображение можно распечатать на пленке и отправить лечащему врачу. Все распечатанные образцы цифрового изображения оригинальные, в отличие от копий пленки, отсылаемых лечащему врачу.
5. Меньшее количество занятых сотрудников. Благодаря цифровой визуализации один лаборант теперь может выполнять почти вдвое больше скрининговых маммограмм в день по сравнению с аналоговыми системами. Это делает возможным сокращение штата лаборантов. Однако необходимо учитывать, что найти и удержать высококвалифицированных и опытных лаборантов-профессионалов кабинета маммографии трудно.
Если лаборант будет придерживаться регламентированного расписания, затрачивая на каждую пациентку 15 мин, работая в таком режиме 5 дней в неделю в течение 50 нед в году, это приведет к довольно быстрому выгоранию, каким бы самоотверженным он ни был. Возможно также сокращение других штатных единиц. Технический персонал, персонал фотолаборатории, курьеры и руководитель архива пленок — все они идут по пути Pony Express, и причина этому — цифровые технологии.
При посещении пациенткой медицинского учреждения и выполнения цифровой маммографии PACS каталогизирует и сохраняет информацию.
6. Дополнительное рабочее пространство. После перехода на цифровую маммографию площади медицинского учреждения, ранее занимаемые фотолабораторией, архивом пленок и кабинетами выполнения маммографии, теперь занимают кабинет врача, архив, раздевалка для пациенток или большие залы ожидания. Производители маммографов утверждают, что один цифровой аппарат может заменить 2,5 аналогового.
Теоретически два цифровых маммографа могут заменить пять кабинетов выполнения аналоговой маммографии.
7. Усовершенствование технологий. Цифровые технологии предлагают передовые платформы обработки изображений; аналоговые системы на это не способны. Цифровой томосинтез молочной железы, маммография с контрастным усилением и трехмерная реконструкция — все эти исследования требуют оцифрованной информации. Все они имеют определенные показания при визуализации молочной железы. Усовершенствование технологий коснулось также функций постобработки.
Так, динамический диапазон цифровой маммографии обеспечивает одинаковую визуализацию тканей от кожи до грудной клетки. Цифровое шифрование делает возможным отправку изображений из одного учреждения в другое через спутник или высокоскоростную линию передачи. Это называется телемаммографией.
8. Пациентки требуют выполнения цифровой маммографии. За 5 лет до публикации результатов исследования ACRIN/DMIST в США было продано и введено в эксплуатацию 700 цифровых маммографов. Через год после публикации результатов количество цифровых устройств почти удвоилось и вновь возросло в 2 раза через год после этого. Сообщения об итогах исследования ACRIN/DMIST появились в газетах и популярных женских журналах, а также освещались телевидением.
Теперь женщины при записи на маммографию интересовались, есть ли в учреждении цифровой аппарат. В случае отрицательного ответа пациентки обращались в другой медицинский центр. Хотя большинство женщин не понимали, в чем разница между аналоговой и цифровой визуализацией, на их предпочтение повлияли маркетинговые кампании.
Пациентки просили выполнить им цифровую маммографию, потому что слышали, будто это исследование «дает более четкую картинку». Они хотели воспользоваться преимуществами этой потрясающей новой технологии.
У каждого нововведения наряду с преимуществами есть недостатки.
в) Недостатки цифрового изображения. Некоторые недостатки выявляются на ранних стадиях внедрения новых технологий. Они временные, считаются частью болезней роста и вскоре исчезают. Большая их часть разрешается после введения аппаратов в эксплуатацию и поступления их на рынок. Другие недоработки могут быть более сложными, и их трудно преодолеть быстро, либо они могут представлять собой неожиданное событие, требующее особого внимания и немедленного, быстрого разрешения.
Разрешимые проблемы.
1. Экономичность. Первоначально все медицинские учреждения должны были заменить аналоговые маммографы цифровыми, заменить архивы пленок на PACS, установить мониторы PACS во всей рабочей зоне и вложить средства в широкополосную связь. Эти нововведения обходились дорого.
2. Двойное управление. Медицинские учреждения, где было установлено несколько маммографов, как правило, не могли позволить себе заменить все свои аналоговые приборы более дорогими новыми цифровыми. Именно поэтому в таких больницах темные рентгеновские комнаты и архивы пленок сосуществовали с PACS.
Текущие проблемы.
3. Растущая стоимость управления. Ежегодные затраты на периодическое и текущее техническое обслуживание цифровых маммографов, станций просмотра изображений, предназначенных для радиологов, и PACS сделали услуги маммографии более дорогостоящими. Работать без контрактов на обслуживание — все равно что не покупать медицинскую страховку. Одна серьезная «болезнь» может привести к истощению банковского счета.
4. Пространственное разрешение. Возможно, это устаревшая концепция. Привычное для экранно-пленочной маммографии составляет 20-22 пары линий/мм. Первое и ошибочное впечатление — это то, что цифровая маммография с разрешением 9-10 пар линий/мм неинформативна. Однако именно контрастное разрешение и динамический диапазон цифрового изображения составляют его преимущества перед аналоговым. Таким образом, кажущиеся негативными черты смягчаются сильными сторонами цифровых изображений.
5. Консолидация. Внедрение цифровой маммографии имело нежелательный побочный эффект. Установка цифровых маммографов в небольших и сельских медицинских учреждениях может быть неоправданна с финансовой точки зрения, поскольку стоимость этого оборудования выше, пропускная способность больше при недостаточном количестве женщин, требующих обследования.
Каковы альтернативы? Некоторые учреждения прекратили оказывать услуги по выполнению маммографии, в то время как другие объединили усилия и (или) объединились в сеть с региональными больницами и более крупными центрами визуализации, чтобы продолжать свою работу в сфере маммографии. В любом из этих случаев центры маммографии становились менее доступными для пациенток с транспортной точки зрения, которые, в свою очередь, откладывали выполнение исследования. Иногда имели место оба эти обстоятельства.
6. Увеличение временных затрат для радиологов. Интерпретация цифровой маммограммы занимает примерно на 60% больше времени, чем аналоговой. Таким образом, производительность радиолога снижается вдвое.
7. ПУПИ. ПУПИ цифровых маммографов имеют одинаковый размер. Они не оснащены сменными решетками (18x24 см и 24x30 см), в отличие от аналоговых маммографов. Цифровая платформа несъемная и закреплена на рентгеновской С-дуге. При визуализации молочных желез размером 28АА и 44DD лаборант кабинета цифровой маммографии использует платформу одного и того же размера. Визуализация молочных желез меньшего размера представляет собой сложную задачу.
8. Стандартизация цифрового изображения. По сей день прилагаются усилия по стандартизации цифровых изображений и интеграции соединений для обеспечения совместимости цифровых изображений с оборудованием различных производителей. DICOM — это универсальный стандарт обмена изображениями и данными между устройствами PACS.
DICOM был разработан Национальной ассоциацией производителей электрооборудования (National Electrical Manufacturers Association — NEMA) для просмотра и передачи цифровых медицинских изображений с использованием тегов DICOM.
Формат файла для распространения изображений описан в части 10 DICOM. Эти данные составляют основу DICOM-заголовка цифрового изображения. Примеры тегов DICOM:
• (0008,0020) дата исследования;
• (0010,0020) идентификационный номер пациентки;
• (0020,0062) сторона изображения;
• (0054,0220) код проекции;
• (0018,1114) расчетный коэффициент увеличения рентгенологического изображения.
Проблемы отображения снимка на оборудовании старого и нового поколения будут всегда. Подкомитет IHE по маммографии — это группа, которая занимается решением проблем с подключением. Стандарт IHE Mammo Standard позволит медицинскому учреждению использовать оборудование разных производителей для производства, обработки, отображения, хранения, отправки, запроса, извлечения и печати маммограмм.
До тех пор пока этот стандарт соблюдается не всеми производителями цифровых маммографов, радиолог вынужден тратить дополнительное время, щелкая, перетаскивая и переворачивая изображения, чтобы интерпретировать результаты исследования. Кроме того, текущее и предыдущее изображения могут иметь разные размеры (вследствие масштабирования), а настройки отобра-жения/выравнивания могут различаться.
9. Разрешение монитора. Разрешение пятимегапиксельных мониторов, которые радиологи используют при интерпретации маммограмм, намного выше, чем у мониторов, используемых при описании других рентгеновских снимков. Однако маммографические мониторы, какими бы хорошими они ни были, не обладают таким же четким пиксельным разрешением, как цифровой массив маммографа. Мониторы — самое слабое звено в цепи визуализации.
г) Конец эры аналоговой визуализации. Прошлый опыт работы с технологиями показывает, что при постоянном использовании они либо совершенствуются, либо находят иное применение, либо заменяются еще более совершенными разработками.
Фотография в своей эволюции прошла путь от ранних снимков, получаемых с использованием олова через бумажно-пленочную фотографию, до Polaroid и цифровой фотографии, музыка — от рулонов магнитных катушек через катушечные ленты до восьмидорожечных кассет, а уже сегодня в моде цифровые mp3-плееры, смартфоны и планшеты под управлением Android или iOS.
Большая часть этой старой техники теперь пылится на чердаках и на барахолках. Лучшие экземпляры разошлись по музеям и частным коллекциям.
Технический прогресс влияет на используемое оборудование и предназначенное для него место в доме, офисе или на предприятии, а также на хранилище данных, получаемых с помощью какой-либо технологии. Компьютеры — рекордсмены эволюции. Опытные пользователи компьютеров знают о существовании принципа Мура, согласно которому каждые 18 мес происходят и будут происходить значительные обновления.
Эволюция от суперкомпьютера до домашних персональных компьютеров и ноутбуков, от дискет до компакт-дисков и флеш-накопителей, от экспериментальных килобайт-комплектов до стандартных терабайтных процессоров — вот лишь несколько примеров. Этот сценарий быстрого развития технологий окружает нас повсюду. Он входит в нашу жизнь вместе с новыми материалами, роботами, стилем жизни и работы.
Первые учреждения, испытавшие новую технологию, немедленно заменяют свои старые маммографы новыми моделями. Некоторые больницы ожидают замены своих функционирующих пока маммографов до тех пор, пока их периодическое и текущее техническое обслуживание станет невозможным.
Другие, в свою очередь, ожидают правительственных постановлений, определяющих время прекращения использования старой техники, как это произошло в 2009 г. Тогда из-за отказа в пользу цифрового программирования высокой четкости прекратилось аналоговое телевещание.
С 2017 г. страховые компании уменьшили выплаты учреждениям здравоохранения, выполняющим маммографию на аналоговых аппаратах, а также выполняющим цифровую маммографию с использованием технологии КР. Следите за обновлениями.
