Hyppää pääsisältöön

Koronavirustilanne Itä-Suomen yliopistossa

Polvinivelen mallinnuskuva tietokoneen näytöllä

Nivelrikon diagnostiikkaa kehitetään uusien menetelmien avulla

  • Terveys ja hyvinvointi

Filosofian maisteri Olli Nykäsen väitöstutkimuksessa perehdyttiin modernien magneettikuvausmenetelmien, magneettisen suskeptibiliteetin kartoituksen (QSM) ja ultralyhyen kaikuajan kuvauksen (SWIFT), soveltuvuuteen nivelruston ominaisuuksien kuvantamisessa.

Uudet menetelmät nivelruston kuvantamiseen ovat tarpeen, sillä yleisimmän nivelsairauden, nivelrikon, syntyä ja kehitystä varhaisvaiheessa ei kyetä seuraamaan nykyisillä menetelmillä kajoamatta nivelrustoon. Koska olemassa olevat kuvantamismenetelmät eivät kykene havaitsemaan alkavia, sinällään pieniä muutoksia nivelruston tilassa, myös nivelrikon hoitomenetelmien kehittäminen on vaikeaa.

Magneettikuvaus tarjoaa suuren muunneltavuutensa ansiosta useita vaihtoehtoisia tapoja nivelruston kuvaamiseen, mutta suuri osa jo kehitetyistä menetelmistä ei sovellu laajaan sairaalakäyttöön joko liian pitkien kuvausaikojen, laitteistovaatimusten tai jopa laitteistoriippuvuuden takia. Näin ollen sairaalakäyttöön on vakiintunut lähinnä anatomiseen kuvantamiseen tarkoitettuja menetelmiä, jotka kyllä ovat tarkkoja edenneen nivelrikon diagnostiikassa, mutta eivät kykene kertomaan kudoksen tilasta kvantitatiivisesti.

QSM on kvantitatiivinen magneettikuvausmenetelmä, joka kertoo kuvantamiskohteen magneettisesta suskeptibiliteetista. Magneettinen suskeptibiliteetti on aineen ominaisuus, joka kertoo aineen reagoinnista ulkoiseen magneettikenttään. QSM on siten riippumaton kuvantamiseen käytetyn magneettikuvauslaitteiston ominaisuuksista, toisin kuin monet muut kvantitatiiviset parametrit. Lisäksi QSM mahdollistaa tarkan kolmiulotteisen kuvaamisen lyhyessä ajassa useimpiin muihin kvantitatiivisiin menetelmiin verrattuna.

Magneettikuvaus tarjoaa erinomaisen kontrastin pehmytkudoksissa, mutta nivelrikon ja muiden liikuntaelinten sairauksien kannalta myös luun, sekä luun ja ruston rajapinnalla sijaitsevan kalkkiruston kuvaaminen olisi tarpeen. Ultralyhyen kaikuajan menetelmät, kuten SWIFT, mahdollistavatkin ruston lisäksi myös kalkkeutuneen kudoksen kuvantamisen. Erityisesti ruston ja luun väliseltä rajapinnalta on havaittu kirkas magneettikuvaussignaali, jonka tarkkaa alkuperää ei toistaiseksi olla selvitetty.

Väitöstutkimuksessa havaittiin, että QSM:än hyödyntäminen nivelrustossa on haastavaa ja oikean QSM-protokollan löytäminen vaatii tarkkaa harkintaa. Työssä havaittiin muun muassa, että jotkin aiemmin aivoissa toimiviksi todetut QSM-protokollat eivät sovellukaan nivelruston kuvaamiseen. Työssä havaittiin myös, että QSM-kontrasti on erilainen terveessä ja nivelrikkoisessa rustonäytteessä, mutta tälle erolle ei löytynyt selittävää tekijää ruston ominaisuuksien muutoksista. Yhdistämällä QSM ja T2* -relaksaatioaika, pystyttiin ennustamaan ruston ominaisuuksia jossain määrin. SWIFT-kuvantamisen osalta havaittiin, että ruston ja luun rajapinnalla nähtävä signaali onkin lähtöisin kokonaan rustosta, eikä kalkkirustosta kuten kirjallisuudessa on tyypillisesti oletettu. Siten rajapinnan kirkas signaali ei anna ainakaan suoraa tietoa kalkkirustosta tai rustonalaisesta luusta.

Työn havainnot antavat kuitenkin aihetta tarkempaan jatkoselvittelyyn, erityisesti SWIFT:llä havaitun kirkkaan signaalin tutkiminen kvantitatiivisilla menetelmillä olisi tarpeen tulevaisuudessa. Vaikka QSM:än osalta tulokset jäivät osittain avoimiksi, menetelmän täyttä potentiaalia ei välttämättä saatu selvitettyä väitöstutkimuksen yhteydessä. Esimerkiksi ulkoisen suskeptibiliteettireferenssin tai kontrastiaineiden käyttöä tullaan selvittämään tulevissa tutkimuksissa.

Yhteenvetona väitöskirjatyön tuloksista voidaan sanoa, että tutkimuksen kohteena olleet menetelmät antavat hyvän pohjan jatkotutkimuksille ja pohdinnalle siitä mihin suuntaan nivelruston magneettikuvausta voisi kehittää, vaikka eivät suoraan uusia diagnostisia menetelmiä tuotakaan.

FM Olli Nykäsen sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Magnetic resonance imaging of the osteochondral unit: studies using quantitative susceptibility mapping and sweep imaging with fourier transform tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 4.9. Kuopion kampuksella ja verkossa. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Chunlei Liu, University of California, USA, ja kustoksena apulaisprofessori Mikko Nissi, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuus on englanninkielinen.

Väittelijän painolaatuinen kuva

Väitöskirja verkossa

Väitöstilaisuus verkossa