Sztuczna inteligencja w rezonansie magnetycznym pozwala dostrzegać niuanse
Autorka: Klaudia Torchała
Ekspert: dr Wojciech Szewczyk
Sztuczna inteligencja wykorzystywana coraz powszechniej w badaniu rezonansu magnetycznego pozwala na bardzo szczegółowe odtworzenie obrazu z relatywnie niskiego sygnału, co zdecydowanie skraca badanie. Umożliwia też dostrzeżenie zmian strukturalnych, które nawet w czasie zabiegu trudno zauważyć – zaznacza dr Wojciech Szewczyk, przewodniczący Sekcji Diagnostyki w Medycynie Sportowej Polskiego Lekarskiego Towarzystwa Radiologicznego.
Najbardziej znane ścięgno to chyba ścięgno Achillesa. Czym w ogóle są ścięgna i jaką rolę pełnią?
Ścięgno jest strukturą, która łączy bezpośrednio mięsień z kością. Przenosi pracę mięśnia na ruch kończyny. Składa się z włókien kolagenowych, które zachowują pewną sprężystość, choć ledwo zauważalną. To pozwala im zachować jakąś formę adaptacji do ruchu przy zachowaniu niezbędnej wytrzymałości w tych strukturach.
Kolejna struktura związana z narządem ruchu to więzadło. Za co odpowiada?
Więzadło ma budowę podobną do ścięgna, choć łączy ono przeważnie dwie kości. Stanowi główny element stabilizujący staw. Mamy dwie kości połączone silnym, grubym pasmem włóknistym. To właśnie jest więzadło.
Czy można przypisać pewne urazy do określonych aktywności sportowych? Takie uproszczone skojarzenie – uszkodzone więzadła to domena biegających po boisku i zjeżdżających na nartach, złamania niesie ze sobą np. jazda konna, urazy łokcia – tenis?
Generalnie jest tak, że każdy sport, każda aktywność fizyczna ma pewną określoną grupę typowych urazów. Dotyczą one wielu różnych struktur, w zależności oczywiście od mechanizmu urazu i tego, czy jest on ostry czy przewlekły (przeciążenie).
U biegaczy długodystansowych najbardziej popularne są urazy narządu ruchu związane z przeciążeniem, chociażby zapalenie przyczepu np. ścięgna Achillesa lub złamanie zmęczeniowe. Natomiast w przypadku sprintów częściej może dojść do urazu mięśnia, związanego z silnym skurczem włókien mięśniowych w trakcie gwałtownego przyspieszenia. Wystąpią tutaj duże siły naprężenia. U biegaczy najczęściej diagnozujemy mniej urazów więzadłowych, np. więzadła krzyżowego przedniego w kolanie czy więzadeł w stawie skokowym. Te urazy są bardziej charakterystyczne dla sportów kontaktowych, np. piłki nożnej.
Zwichnięcie i skręcenie jest tym samym?
W radiologii mówimy o skręceniu, gdy dochodzi do przekroczenia prawidłowego zakresu ruchu w stawie z następowym uszkodzeniem struktur stawowych, a o zwichnięciu wtedy, kiedy dodatkowo dojdzie do całkowitego przemieszczenia, czyli − potocznie mówiąc − kość wypada poza obrys stawu. W diagnostyce obrazowej zwykle używamy po prostu określenia skręcenie jako uszkodzenie stawu i staramy się dokładnie ocenić, jakie struktury w trakcie takiego urazu uległy uszkodzeniu.
Jak możemy minimalizować ryzyko urazu podczas aktywności?
Profilaktyka obejmuje wiele różnych działań. Pierwsza, chyba najważniejsza rzecz, to jest odpowiednie przygotowanie, w tym właściwa rozgrzewka. Wiele osób kiedy zaczyna intensywnie uprawiać sport, skokowo obserwuje progres i odnoszą wrażenie, że ich wydolność pozostaje na dobrym poziomie. Układ oddechowy, krążenia, nawet mięśnie adaptują się do coraz większego wysiłku, ale niestety kości znacznie gorzej. Układ kostny za zwiększonym wysiłkiem po prostu nie nadąża. Dochodzi do złamań zmęczeniowych, bo ten proces dostosowania tkanki kostnej do wysiłku trwa znacznie dłużej. Mamy często siłę mięśniową, wydolność, biegamy coraz dłużej i dalej, ale kości nie są do tego przygotowane. Dlatego też jeśli ktoś chce uprawiać jakąś dyscyplinę i systematycznie poprawiać wyniki, powinien to robić pod okiem profesjonalisty, który odpowiednio dostosuje też obciążenia. W ten sposób można uniknąć różnego rodzaju kontuzji. Nie można pomijać znaczenia zdrowego stylu życia. Regularny ruch, właściwa dieta i odpowiednia regeneracja wspierają prawidłowe funkcjonowanie całego organizmu.
Do jakich złamań najczęściej dochodzi podczas biegania?
Jeśli chodzi o złamania zmęczeniowe, to najczęściej mamy do czynienia ze złamaniem w kości goleni, czyli strzałkowej lub piszczelowej, kości śródstopia albo kości udowej, a konkretnie szyjki kości udowej. To są najbardziej typowe miejsca. Ale nie są to jedyne złamania zmęczeniowe. Przy intensywnym wysiłku, złamanie zmęczeniowe może pojawić się prawie wszędzie, w zależności od rodzaju aktywności. Np. u sportowców wyczynowych, którzy uprawiają kolarstwo i trzymają głowę w pozycji wymuszonej, może dojść do zmęczeniowego złamania wyrostka kolczystego w kręgosłupie szyjnym – co oczywiście nie grozi większości amatorów.
Często podejmując aktywność, przeciążamy organizm i dochodzi do mikrourazów mięśni, stawów i kości, o których nawet nie wiemy i nie odczuwamy ich, bo szybko się regenerują. Kiedy jednak zwiększamy obciążenia i zaburzamy naturalną równowagę organizmu, rośnie ryzyko przeciążeń, a w konsekwencji urazów.
Jakie objawy kliniczne towarzyszą urazom? Czy można już po nich zdiagnozować problem?
Są urazy, gdy rozpoznanie postawić można praktycznie od razu, bo mechanizm jest bardzo typowy. Byłem świadkiem, gdy mój kolega zerwał ścięgno Achillesa podczas gry w siatkówkę. Wystartował do piłki i przewrócił się. Opowiadał potem, że nagle poczuł ból w łydce, jakby ktoś go w kopnął. Dotykając, można było poczuć przerwę w ścięgnie, palec się tam zapadał. W zasadzie w ciągu kilku chwil postawiono diagnozę. Oczywiście nie znaczy to, że diagnostyka się skończyła, bo we współczesnej medycynie samo postawienie diagnozy to jedno, a ocena rozległości urazu i następnie wybór właściwego leczeni to drugie. Ale rzeczywiście są urazy, które są bardzo charakterystyczne. I na pierwszym etapie badania, zbierania wywiadu, a także badania fizykalnego, wiemy z czym mamy do czynienia. Lekarze medycyny sportowej, oglądając powtórkę akcji w meczach, gdy dochodzi do kontuzji zawodnika, są w stanie często postawić trafną diagnozę. Analizując mechanizm urazu i ułożenie kończyny w momencie zdarzenia, mogą wstępnie określić, które struktury zostały uszkodzone.
Poza tym jeśli po urazie gromadzi się płyn, to lekarze ortopedzi rutynowo wykonują punkcję i sprawdzają, czy pojawia się w nim krew. Jeśli tak jest, to wtedy mamy do czynienia z poważniejszym uszkodzeniem. Jeśli będzie to krew i tłuszcz, najprawdopodobniej doszło do złamania śródstawowego. To są ważne objawy. Niemniej nie można tego upraszczać i sprowadzać do stwierdzenia, że „jak coś bardzo puchnie, to jest mocno uszkodzone”. Opuchlizna może świadczyć o urazie, jednak sama w sobie nie przesądza o jego charakterze. Oceniając pacjenta, bierzemy pod uwagę cały zespół objawów.
Radiolodzy wkraczają zazwyczaj do akcji później niż ortopedzi, ale badanie, które wykonują, jest podstawą do postawienia rozpoznania.
Zgadza się. Radiolog wkracza najczęściej, gdy przeprowadzony został już wywiad medyczny. W tej chwili bez diagnostyki obrazowej rzadko stawia się rozpoznanie. Gdy podejrzewamy złamanie, lekarz kieruje na zdjęcie rentgenowskie i jeśli zostanie ono potwierdzone, to wdraża się odpowiednie postępowanie. W przypadku urazu, gdy zdjęcie RTG nie wykazuje zmian, a w badaniu mamy podejrzenie istotnego uszkodzenia, sięgamy po USG czy rezonans magnetyczny. Są one zalecane praktycznie zawsze, gdy istnieje podejrzenie poważnego uszkodzenia tkanek miękkich, czyli wszystkiego, co nie jest kością. Te metody czasami się uzupełniają.
Czasami jedna nad drugą ma przewagę. W jakich przypadkach?
Co do zasady rezonans magnetyczny lepiej pokazuje uszkodzenia struktur wewnątrzstawowych i tkanek miękkich głęboko położonych, natomiast USG lepiej pokazuje tkanki powierzchowne. Jest to badanie dynamiczne, co powoduje że możemy ocenić nie tylko samą strukturę, ale i funkcję. Często wybór metody zależy od takich czynników, jak dostępność w danej lokalizacji czy też doświadczenie badającego. Są diagności doświadczeni w badaniu ultrasonograficznym, zdolni zobaczyć więcej niż inni. Ale są też specjaliści bardziej doświadczeni w rezonansie magnetycznym. Dynamiczna ultrasonografia tak naprawdę umożliwia ocenę pracy mięśni, ścięgien, więzadeł w warunkach zbliżonych do naturalnych. Ma to szczególne znaczenie w diagnostyce niestabilności stawów, np. stawu skokowego. Przykładamy głowicę USG do danej struktury, by zobaczyć, jak zachowuje się w zgięciu, wyproście, obciążeniu. Jednak należy podkreślić, że badania obrazowe, niezależnie od tego jak będą dokładne, stanowią element całej diagnostyki i zawsze ostateczne rozpoznanie i leczenie oparte jest nie tylko o wyniki badań obrazowych, ale również o badanie fizykalne, wywiad, badania funkcjonalne czy laboratoryjne. Dlatego tak ważna jest współpraca interdyscyplinarna między radiologami, ortopedami czy fizjoterapeutami.
Jakie urazy diagnozujemy w USG, a jakie w rezonansie?
Często mylnie zakładamy, że jeśli czegoś nie wychwycimy w rezonansie magnetycznym, to nic tam nie ma. Albo przychodzą pacjenci i mówią, że mieli wykonane RTG i nic nie wyszło. Dziwią się, że skierowano ich jeszcze na USG lub rezonans magnetyczny. A tak naprawdę nie ma jednego narzędzia, które zdiagnozuje wszystko. Mamy wiele narzędzi w zależności od wstępnych podejrzeń. W idealnym świecie pacjent najpierw ma wykonane badanie fizykalne, trafia do lekarza ortopedy i na podstawie tego badania dobiera się odpowiednią ścieżkę diagnostyczną. W większości przypadków zaczynamy od RTG, ale we współczesnej medycynie sportowej, przy urazach mięśniowych ta metoda niewiele wnosi. Na przykład więzadło przednie krzyżowe na USG zwizualizować można jedynie częściowo, metodą z wyboru w tym przypadku jest rezonans magnetyczny. Podobnie jest z uszkodzeniem obrąbka stawowego w stawie ramiennym czy łąkotek, bo uszkodzenie tych struktur w USG jest bardzo słabo widoczne albo wręcz niewidoczne. W badaniu USG z kolei możemy ocenić bardzo dobrze struktury powierzchniowe, np. wspomniane ścięgno Achillesa czy więzadła w stawie skokowym z oceną ich funkcji w badaniu dynamicznym – co stanowi przewagę nad statycznym badaniem rezonansu. Są struktury, które podobnie możemy ocenić zarówno w rezonansie magnetycznym, jak i USG. W takiej sytuacji wybór metody zależy od takich czynników, jak dostępność czy doświadczenie diagnosty.
Badanie obrazowe nie zawsze da jednak jednoznaczną odpowiedź…
Diagnostyka to nie jest zawsze prosta matematyka. Dlatego lekarze, którzy mają nawet duże doświadczenie z dużą pokorą podchodzą do tego, co widzą. To proces wymagający doświadczenia, analizy wielu informacji i świadomości ograniczeń poszczególnych metod obrazowych. Pacjenci często oczekują jednoznacznej diagnozy po pierwszym badaniu, jednak w praktyce rozpoznanie najczęściej opiera się na połączeniu obrazu klinicznego, wyników badań obrazowych oraz dodatkowych testów.
Wyzwaniem są szczególnie pacjenci pediatryczni i zawodowi sportowcy?
To są na pewno grupy niesłychanie wymagające. W tym wypadku czujemy jeszcze większą odpowiedzialność, bo dzieci mają jeszcze nieukształtowany organizm i niepowodzenie lub niewłaściwie zdiagnozowany problem wpływa na całe ich życie, a u sportowców decyduje o wynikach. Sportowcy zawodowi mają często takie przeciążenia i urazy, które nie są spotykane w populacji sportowców amatorów. Poza tym zarabiają na życie uprawianiem sportu, więc każda przerwa w treningach oznacza przerwę w pracy. Sportowiec szykuje się do olimpiady cztery lata, a kontuzja może ten wieloletni wysiłek zaprzepaścić. Takiego sportowca trzeba bardzo szybko „stawiać na nogi”. To jest zupełnie inne podejście.
Czego jeszcze potrzeba diagnostyce obrazowej, by jeszcze celniej diagnozować?
Wydaje mi się, że rezonans magnetyczny w diagnostyce będzie coraz bardziej powszechny. Po pierwsze zwiększyła się dostępność tej metody. Kiedyś był jeden rezonans magnetyczny na całe województwo, teraz jest ich kilka w jednym większym mieście. To metoda bezpieczna. Nikt jeszcze nie udowodnił, że pole elektromagnetyczne wpływa negatywnie na zdrowie, dlatego w przeciwieństwie do RTG czy tomografii komputerowej, gdzie mamy do czynienia z promieniowaniem jonizującym, można wykorzystywać rezonans magnetyczny nawet do badań kontrolnych.
Niewiele się o tym mówi, bo nie jest to tak spektakularne jak chatboty, ale w rezonansie sztuczna inteligencja, bazując na algorytmach, jest w stanie odtworzyć dokładnie obraz z relatywnie niskiego sygnału. Kiedyś potrzebowaliśmy dobrego sygnału, więc badanie trwało długo. Jak zaczynałem pracę, to rezonans kolana trwał 30 minut. Obecnie przy zastosowaniu algorytmów AI wykonujemy takie samo badanie, które trwa 10 minut w czterokrotnie wyższej rozdzielczości. Widzimy dzięki temu coraz więcej szczegółów anatomicznych.
Sztuczna inteligencja w tej chwili jest też w stanie z rezonansu magnetycznego odtworzyć syntetyczne obrazy, jak w badaniu tomografii komputerowej i zdjęciu RTG. Co prawda na razie są to programy testowane w badaniach klinicznych, ale wyglądają bardzo obiecująco. W takim przypadku wykonujemy tylko jedno badanie, a mamy do dyspozycji trzy. Sztuczna inteligencja jest w stanie zobaczyć w obrazie niuanse, których oko ludzkie nie jest w stanie wychwycić. Np. wskazać, że pacjent, który ma wykonywany rezonans magnetyczny z powodu dyskopatii, powinien jeszcze wykonać badania w kierunku osteoporozy, jest to przykład narzędzi, które wspierają pracę radiologów.
W rezonansie więzadła przedniego krzyżowego wykonywanym zwykłą metodą w dużym uproszczeniu widzieliśmy czarne pasmo, co oznaczało, że wszystko było dobrze. W tej chwili, jeśli badanie wykonuję na aparacie 3 Teslowym z użyciem akceleratorów sztucznej inteligencji, widzę tę strukturę jako bardzo złożoną anatomicznie. Rozróżniam tzw. pęczki, a między nimi tkankę łączną. Jestem w stanie zobaczyć nawet pojedyncze naczynia krwionośne. Mogę dzięki temu rozpoznać blizny, które mogłyby sugerować przebyte uszkodzenia. To wcześnie było bardzo trudne do diagnozowania.
A to przekłada się na precyzyjniejsze leczenie?
Nawet jeśli obecnie część tych informacji może wydawać się mało istotna z punktu widzenia praktyki klinicznej, pojedynczy zauważony szczegół może w przyszłości całkowicie zmienić sposób postępowania i przyczynić się do znaczącej poprawy efektów leczenia. Warto również pamiętać, że badania nad wykorzystaniem tych danych w codziennej praktyce medycznej nadal trwają. Z czasem coraz częściej okazuje się, że pozornie drobne detale mają większe znaczenie, niż wcześniej sądzono i mogą realnie wpływać na decyzje terapeutyczne.
