Co można uzyskać dzięki wynalazkowi

Współczesna medycyna w znaczącym stopniu bazuje na informacjach uzyskiwanych w trakcie realizacji procedur z zakresu diagnostyki obrazowej. Techniki obrazowania stosowane są do uwidaczniania struktur anatomicznych np. jak CT (tomografia komputerowa), MRI (obrazowanie rezonansu magnetycznego) lub fizjologii poszczególnych narządów i tkanek np. SPECT (tomografia emisyjna pojedynczego fotonu), PET (pozytonowa tomografia emisyjna). W ostatnim czasie na rynku medycznym pojawia się coraz więcej tzw. aparatów hybrydowych np. PET-CT, PET-MRI, których zadaniem jest jednoczesne obrazowanie zarówno anatomii jak i fizjologii badanego narządu czy tkanki dzięki czemu uzyskiwany obraz staje się pełniejszy, wzrasta prawdopodobieństwo wychwycenia drobnych zmian patologicznych, a czas oczekiwania na procedurę diagnostyczną ulega zdecydowanemu skróceniu. Niestety większość polskich jednostek służby zdrowia nie ma możliwości posiadania tego typu urządzeń, dlatego prowadzone są prace mające na celu, takie dostosowanie wykonywanych procedur na aparatach rozdzielonych, aby uzyskać wyniki porównywalne z otrzymywanymi z aparatów hybrydowych. Kluczowym aspektem umożliwiającym osiągnięcie tego celu jest identyczne ułożenie pacjenta podczas wszystkich wykonywanych procedur diagnostycznych. W przypadku aparatów hybrydowych warunek ten jest w 100% spełniony, ponieważ pacjent nie zmienia pozycji podczas obu akwizycji. W przypadku rozdzielonych modalności, pacjent musi być układany dwukrotnie z zachowaniem tej samej pozycji. Niedokładności ułożenia mogą być kompensowane na poziomie komputerowej obróbki danych, jednakże wymaga to wdrożenia odpowiedniej procedury standaryzacji obrazów.
Prawidłowe działanie systemów pojedynczych jak i hybrydowych wymaga ich stałej weryfikacji poprzez prowadzenie okresowych (np. dzienne, miesięczne, kwartalne, roczne) testów kontroli jakości, które warunkują dopuszczenie aparatu do pracy. W tym celu, każde urządzenie wyposażone jest w zestaw podstawowych fantomów. Fantomy to narzędzia zbudowane z materiałów tkankopodobnych (np. PMMA – pleksiglas), które zapewniają możliwość symulacji oddziaływania promieniowania (jonizującego i niejonizującego) z tkankami. Fantomy podstawowe są dostępne i obligatoryjnie wykorzystywane podczas testów aparatów diagnostycznych i terapeutycznych. Natomiast zakup fantomów specjalistycznych, które zwykle są zbyt dużym obciążeniem finansowym dla placówki oraz nie zawsze spełniają oczekiwane założenia pomiarowe, nie jest traktowany priorytetowo.

Jedną z gałęzi medycyny, w której techniki obrazowania wykorzystywane są bardzo często, jest kardiologia. Choroby serca i układu krążenia, niezmiennie od wielu lat, stanowią jedną z trzech głównych przyczyn zgonów zarówno w Polsce, Europie jak i na świecie. Dlatego wszelkie działania mające na celu ograniczenie umieralności jak również dbałość o dobrą opiekę nad pacjentami kardiologicznymi wydają się być priorytetowe. Prawidłowa diagnoza jest ściśle związana z jakością wykonywanego obrazowania. Aby możliwe było wychwycenie zmian o bardzo małych rozmiarach, konieczne jest właściwe przygotowanie aparatu. W tym celu, oprócz testów podstawowych, powinno się wykonywać testy z użyciem fantomów służących do obrazowania, które wiernie odwzorowują badany narząd. Zastosowanie tego typu urządzeń, pozwala zoptymalizować procedurę diagnostyczną na każdym jej etapie, tj. od momentu układania pacjenta do badania, poprzez dobór odpowiednich parametrów akwizycji, na komputerowej obróbce danych kończąc. Obecnie fantomy antropomorficzne (obrazujące struktury anatomiczne), dedykowane do konkretnych typów urządzeń, są dostępne w firmach serwisowych. Do tej pory na rynku nie było jednak dostępnego uniwersalnego rozwiązania, które byłoby kompatybilne ze wszystkimi modalnościami jednocześnie. Należy zauważyć, że multimodalność fantomu skraca czas wykonywania testów, a przede wszystkim pozwala na standaryzację fuzji obrazów medycznych.

Przedmiotem wynalazku Multimodalny fantom serca jest fantom służący do zapewnienia i kontroli jakości w aparatach medycznych. Jego nadrzędnym celem jest pomoc w standaryzacji obrazów kardiologicznych uzyskiwanych przy wykorzystaniu modalności rozdzielonych jak i hybrydowych. Założony cel osiągany jest dzięki możliwości wyznaczenia stałego i niezmiennego punktu odniesienia, jakim w przypadku tego rozwiązania jest miejsce połączenia prawej i lewej komory serca. Rozwiązanie to pomaga precyzyjnie nałożyć obrazy uzyskane w dwóch różnych technikach tak, aby uzyskać spójną i wiarygodną informację pozwalającą na podjęcie właściwej ścieżki leczenia. Ponadto, w przypadku posiadania przez jednostkę służby zdrowia aparatu hybrydowego, zastosowanie fantomu pozwala zweryfikować poprawność działania oprogramowania służącego do fuzji obrazów. Aby zakładany cel mógł być spełniony, Multimodalny fantom serca musiał zostać zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby był kompatybilny z każdym z urządzeń medycznych. I tak, wykorzystanie fantomu w aparatach typu CT wymaga wyeliminowania z konstrukcji wszelkich elementów metalowych, w aparatach MRI konieczne jest wyeliminowanie wszelkich elementów magnetycznych, natomiast w przypadku modalności PET i SPECT wymagane jest użycia materiałów transparentnych dla promieniowania gamma. Jednocześnie w każdej modalności musi zostać uwzględniona konieczność tkankopodobności materiałów konstrukcyjnych. W związku z powyższym Multimodalny fantom serca został w całości wykonany z materiału PMMA.

Istota wynalazku

Istotą rozwiązania jest Multimodalny fantom serca, posiadający dwie komory serca, lewą i prawą, trwale połączone ze sobą. Ponieważ w badaniach diagnostycznych typu PET i SPECT, główną informację o fizjologii serca czerpie się z obrazowania w obrębie lewej komory (choroba niedokrwienna w jej obrębie niesie za sobą największe ryzyko krytycznych powikłań), a miejsca odejścia komory prawej są dobrze wyodrębnione, dlatego wystarczającym jest symulowanie jedynie tych dwóch komór z pominięciem przedsionków. W prezentowanym rozwiązaniu każda z komór posiada niezależny otwór wlotowy z przewodem doprowadzającym, co pozwala na bezpieczne wprowadzenie płynu w postaci cieczy radioaktywnej (w przypadku badań typu SPECT i PET) lub kontrastu (w przypadku badań CT i MRI) do przestrzeni mięśniówki oraz do wnętrza lewej i prawej komory serca. Każdy z wlotów, po napełnieniu wyżej wymienionych przestrzeni, zabezpieczany jest poprzez odpowiednią dopasowaną śrubę wykonaną z materiału PMMA. W trakcie badania fantom serca umiejscowiony jest w statywie mocującym, który utrzymuje go pod kątem 45° względem podłoża, co odpowiada fizjologicznemu kątowi mierzonemu pomiędzy osią długą ciała pacjenta, a osią długą lewej komory. Fantom wraz ze statywem umieszczony jest w pojemniku do symulacji przestrzeni okołosercowej.
Prezentowane rozwiązanie pozwala na wykonanie niezależnych procedur na aparatach medycznych wykorzystujących różne techniki obrazowania, a następnie precyzyjne nałożenie uzyskanych w ten sposób obrazów. Przygotowany fantom może zostać wykorzystany do symulacji stanów fizjologicznych dla obu komór, przy jednoczesnym połączeniu dwóch technik obrazowania, przykładowo PET-CT, bez konieczności zmiany wypełnienia i pozycji fantomu.
Symulowanie stanów patologicznych tj. niedokrwienie mięśnia sercowego polega na umieszczeniu odpowiednio wyprofilowanych elementów wykonanych z materiału tkankopodobnego (PMMA) w obrębie mięśniówki serca. Rozmiar elementów dobiera się tak, aby możliwa była ocena przestrzennej zdolności rozdzielczej testowanego aparatu.

Potencjał komercjalizacji

Pierwsze próby wykorzystania fantomu do celów fuzji obrazów uzyskanych w różnych modalnościach jak również do celów weryfikacji poprawności działania oryginalnego oprogramowania dedykowanego do aparatów hybrydowych zostały przeprowadzone w jednostkach medycznych zlokalizowanych na terenie małopolski. Uzyskane wyniki były satysfakcjonujące. Udało się uzyskać fuzję obrazów porównywalną z wynikami uzyskanymi z aparatów hybrydowych.
Otrzymane wyniki sugerują, iż wykorzystanie tego typu urządzenia w placówkach medycznych, ze szczególnym uwzględnieniem placówek kardiologicznych, znacząco poprawiłoby jakość diagnostyczną uzyskiwanych obrazów. Niestety większość placówek medycznych nie widzi ekonomicznego uzasadnienia dla zakupu tego typu rozwiązania. Wynika to nie tylko z braku środków finansowych, ale przede wszystkim z braku informacji, czy dane urządzenie będzie akceptowalne przez producenta aparatu diagnostycznego. W związku z tym informacja, skierowana zarówno do placówek medycznych, ale przede wszystkim do producentów aparatów diagnostycznych, dotycząca korzyści płynących z zastosowania Multimodalnego fantomu serca, byłaby kluczowym etapem na drodze do wdrożenia. Cel ten można osiągnąć poprzez kontakty osobiste oraz w ramach kampanii reklamowej, co ułatwiłoby zwiększenie zainteresowania urządzeniem.