Kuvantaminen vie pintaa syvemmälle 

Kuvantaminen tuo uutta tietoa sairauksista ja niiden syistä. Kuva vaatii tekijänsä ja tulkitsijansa.  

Lääkärit olivat pitkään diagnooseja tehdessä omien aistiensa varassa. Miltä potilas näytti, tuntui ja kuulosti. Tai haisi.  

”Pari tuhatta vuotta sitten lääkärit haistelivat potilaan virtsaa ja päättelivät hajusta, mikä tätä vaivaa. Siitä on onneksi päästy aika pitkälle”, kertoo Miika Nieminen.  

Nieminen on Oulun yliopistollisen sairaalan ylifyysikko ja lääketieteellisen fysiikan professori Oulun yliopiston lääketieteellisen kuvantamisen, fysiikan ja tekniikan tutkimusyksikössä. 

Sairaaloissa ja lääketieteen tutkimuksen parissa työskentelee paljon muitakin ammattilaisia kuin lääkäreitä. He kehittävät menetelmiä, joilla potilaasta saadaan tietoa, jota lääkäri tarvitsee työssään.  

Ennen kuin ensimmäiset kuvantamisessa käytettävät teknologiat keksittiin, lääkäreillä oli vain yksi keino kurkistaa potilaan sisään: leikkaaminen. Se ei ollut tehokasta eikä varsinkaan turvallista. 

Vuonna 1895 muuan Wilhelm Röntgen teki keksinnön, joka löytyy nykyään jokaisesta sairaalasta.  

Arkinen röntgen 

Röntgen on kuvantamismenetelmistä tutuin, tavallisin ja edullisin.  

Taakse ovat jääneet ajat, jolloin lääkäri tarkasteli filmille otettuja röntgenkuvia valokaappia vasten. Filmistä on siirrytty digiin ja lääkäri katsoo kuvat näytöltä.  

Kuvauksen periaate on silti pysynyt samana. Röntgensäde läpäisee pehmeät kudokset, ja ne näkyvät kuvassa tummina. Luu taas hohtaa kuvissa vaaleana, sillä se ei päästä sädettä läpi.  

Lähetteen tutkimuksiin tekee hoitava lääkäri. Tarvittaessa eri kuvantamistutkimusten yksityiskohdat ohjeistaa radiologian erikoislääkäri.  

Kun potilas tulee paikalle, hän tapaa röntgenhoitajan.  

Jarno Huhtanen on hyvä opas kertomaan, mitä kuvantamistutkimuksissa tapahtuu. Huhtanen opettaa röntgenhoitajaopiskelijoita Turun ammattikorkeakoulussa, tekee väitöskirjaa ja vähän vielä töitä röntgenhoitajanakin.  

”Hoitaja ottaa potilaan vastaan, huolehtii turvallisuudesta ja tekee käytännön toimenpiteet”, Huhtanen kertoo.  

Hoitaja asettelee kuvattavan oikeaan asentoon, poistuu seinän taakse, ja naps vain, kuva on purkissa. Kuvattava saa jatkaa matkaansa, kunhan röntgenhoitaja on tarkistanut, että kuva onnistui. Vaivatonta ja nopeaa.  

Vaikka ammatin nimessä kulkee sana röntgen, hoitajien työkuvaan kuuluvat myös muut kuvantamismenetelmät, kuten magneettikuvaus, läpivalaisu ja tietokonetomografia.  

Ultraääni kuuntelee kaikua 

Ultraäänilaite käyttää nimensä mukaisesti ääntä. Sen taajuudet ovat niin korkeita, ettei niitä kuule ihmiskorvin, eikä edes lepakonkorvin. Laitteen käyttämän periaatteen lepakko voisi kyllä tunnistaa, sillä siivekäs nisäkäs havainnoi ympäristöään kaikuluotaamalla. Se tuottaa korkeaa ultraääntä ja osaa sen tuottaman kaiun perusteella arvioida, mitä ympärillä on.  

Samaan tyyliin toimii ultraäänilaite, mutta sen käyttämät taajuudet ovat paljon korkeampia kuin eläinten ultraäänet. Laite mittaa tuottamansa äänen kaikua ja muodostaa sen perusteella kuvan tietokoneen näytölle. Ääni heijastuu takaisin eri kudoksista eri tavoin. Erojen pohjalta muodostuu kuva siitä, mitä pinnan alla on.  

Ultraäänen käyttöä rajoittaa se, ettei kaiku yletä kovin syvälle. Tarkimman kuvan se antaa muutaman senttimetrin syvyydestä. Kun mennään syvemmälle, vaihdetaan taajuutta. Hyödyllistä kuvaa on mahdollista saada enintään kymmenen sentin syvyydestä.  

Muiden kuvantamismenetelmien kuvat analysoidaan tavallisesti jälkikäteen, mutta ei ultraäänen. Tutkimuksen tekee yleensä lääkäri, joka samalla arvioi, mitä kuvissa näkyy.  

Reumatologiassa ultraäänestä on tullut perustyökalu. Lääkäri voi sen avulla nähdä, onko nivelessä ylimääräistä nestettä tai onko nivelkalvo paksuuntunut. Ultraääni auttaa määrittämään tulehduksen astetta. Sen avulla voidaan myös ohjata nivelpistoksia oikeaan kohtaan.   

Viipalekuvia rinkelillä 

Joskus potilas kohtaa laitteen, joka näyttää valtavalta rinkeliltä. Kuvattava asettuu makaamaan pedille, jolla potilas siirretään rinkelin sisään.  

Rinkelin näköiset laitteet ottavat viipalekuvia, eri tekniikoilla.  

Kuvattavasta otetaan suuri määrä kuvia eri suunnista. Siksi laite on pyöreä. Kuvattava makaa paikallaan ja laitteen kuoren sisällä oleva kuvausmekanismi pyörii vinhaa vauhtia hänen ympärillään. 

Kun yksittäinen säde kulkee kudoksen läpi, se vaimenee. Kudoksen koostumuksesta riippuu, kuinka paljon.  

Tavallisessa röntgenkuvassa säde tulee yhdestä suunnasta ja kuvia syntyy yksi. Tietokonetomografiassa eli TT:ssä käytetään niin ikään röntgensädettä, mutta kuvia syntyy valtava läjä, kaikki aavistuksen eri kohdasta otettuja.  

”TT-kuva näyttää äärimmäisen tarkasti luisen rakenteen”, Huhtanen sanoo.   

Myös pehmytkudokset erottuvat. Niiden näkymistä voidaan parantaa käyttämällä kuvauksessa varjoaineita.  

Viipalekuvausta ei olisi olemassa ilman monimutkaista matematiikkaa, jolla eri suunnista otetut kuvat yhdistetään ja suodatetaan yhdeksi kuvaksi. Se taas ei olisi mahdollista ilman tehokkaita tietokoneita, sillä tekniikka vaatii paljon laskentatehoa.  

Magneetti härnää vetyä  

Vaikka röntgen ja ultraääni ovat monimutkaisia tekniikoita, ne sivuavat arjesta tuttuja ilmiöitä, valokuvaa ja kaikua.  

Magneettikuvaus on toista maata. Se perustuu siihen, miten magneettikenttä vaikuttaa vetyatomeihin.  

”Kun vetyatomien ytimiä härnätään sopivalla tavalla, niistä saadaan tiristettyä signaali, joka kertoo, missä ne syntyvät ja millaisessa ympäristössä ne ovat”, Nieminen kertoo.  

Elimistössä on paljon vettä ja rasvaa. Niitä yhdistää se, että molemmissa on paljon vetyatomeita. Siksi magneettikuvaus antaa tietoa etenkin pehmytkudoksista.  

Jos kärsii ahtaan paikan kammosta, magneettikuvaus voi tuntua ikävältä. Siinä missä TT-laitteet muistuttavat rinkeliä, magneettilaitteissa putki on pidempi. Vanhoissa laitteissa se oli myös kapea.  

”Uudet laitteet ovat jo väljempiä, niissä putki on halkaisijaltaan 70 sentin luokkaa”, Huhtanen sanoo.  

Kuvaus kestää pitkään, yleensä vartista puoleen tuntiin, kuvattavan kohdan mukaan. Koko ajan pitäisi pysyä paikallaan. 

Laite pitää kovaa meteliä. Siksi potilas saa aina päähänsä kuulosuojaimet, ja halutessaan niihin musiikkia. Käden ulottuvilla on myös nappi, jonka avulla saa puheyhteyden röntgenhoitajaan.  

”Pyrimme siihen, että potilaalla on rauhallinen olo ja hän malttaa olla liikkumatta koko kuvauksen ajan.” 

Magneettikuvassa, samoin kuin TT:ssä, käytetään joskus varjoaineita, mikä tehostaa kudosten näkyvyyttä.  

Reumasairauksissa magneettikuvausta käytetään etenkin silloin, kun arvioidaan lonkkanivelen ja SI-nivelten tulehdusta.  

PET vaatii merkkiaineen 

Tuoreimpia tulokkaita sairaaloissa ovat positroniemissiotomografialaitteet eli PET-laitteet. Niitä käytetään etenkin syövän kuvantamisessa, mutta käyttökohteet ovat lisääntymässä. 

Myös PET-kuvantaminen perustuu säteilyyn, mutta siinä säteilee laitteen sijaan potilas. Kuvattavalle annetaan merkkiainetta, joka säteilee heikosti. Kuvassa näkyy, mihin kohtiin merkkiaine elimistössä kertyy. 

Merkkiaine valitaan sen mukaan, mitä tautia tutkitaan. Eri syövillä on omat merkkiaineensa, samoin muilla sairauksilla. Menetelmän käyttöä rajoittaa laitteiden määrän lisäksi merkkiaineiden saatavuus. Ne säilyvät käyttökelpoisina vain hyvin lyhyen ajan. Monipuolisimmat kuvausmahdollisuudet ovat sairaaloissa, jotka valmistavat itse merkkiaineita.  

PET-kuvassa käyminen ei ole hätäisten hommaa. Potilaan pitää olla levossa vähintään puoli tuntia ennen merkkiaineen antamista. Se annetaan yleensä tuntia ennen kuvausta, ja kuvausta pitää odottaa niin ikään levossa, jotta aine saa rauhassa kertyä oikeaan paikkaan elimistössä.  

Kärsivällisyyttä vaaditaan kuvauksen jälkeenkin.  

”Kuvattava säteilee vähän vielä kuvauksen jälkeenkin. Lähikontaktia pienten lasten kanssa pitää välttää loppupäivän”, Huhtanen sanoo.  

Jokaisella paikkansa 

Eri menetelmillä on omat etunsa, eikä uudempi ole aina parempi. Luut näkyvät hyvin röntgenissä, rustot ja jänteet magneetissa, syövän leviäminen PET:ssä.  

Joskus kuvaustavan valintaan vaikuttaa se, missä asennossa ihmisen voi kuvata. Esimerkiksi kaularangan muutosten arviointia varten kaula pitää joskus kuvata taivutettuna.  

”Vaikka magneettikuvaus on tarkka, sillä ei voi ottaa taivutuskuvia. Röntgenissä sen sijaan voi”, Huhtanen kertoo.  

Luiden tilasta saa yleensä hyvän kuvan röntgenissä, mutta poikkeuksiakin on.  

”Rasitusmurtumat näkyvät magneetissa paremmin.” 

Paras käsitys saadaan eri menetelmiä yhdistämällä. Entistä useammin sairaaloissa on käytössä yhdistelmälaitteita, joilla onnistuu sekä että tietokonetomografia että PET.  

Kuvantamista ei tehdä varmuuden vuoksi, vaan vasta, kun sen antamaa lisätietoa tarvitaan oireiden selvittämiseen. Jos oikein tarkkaan kuvataan, jokaisen kehossa näkyy poikkeavia löydöksiä. 

Ultraäänilaitteet ovat nykyään edullisia ja monen eri alan erikoislääkärit käyttävät niitä osana arkista tutkimusta.  

Tutkimusten saatavuudessa on eroja, sillä kaikkia laitteita ole saatavilla joka paikassa. Siihen, kuinka herkästi lääkäri lähettää potilaan tiettyyn tutkimukseen, vaikuttaa myös tutkimuksen hinta. Se taas riippuu paljolti siitä, kuinka kalliilla laitteella tutkimus tehdään. Itse laitteen lisäksi maksaa myös sen ylläpito ja huolto.   

Kelvollisen röntgenlaitteen voi hankkia sadalla tuhannelle eurolla, mutta yhdistettyjen PET- ja TT -laitteiden hankintasummat ovat kolmen miljoonan paikkeilla. Turkuun vuosi sitten hankittu Suomen ensimmäinen PET-magneetti-yhdistelmälaite maksoi neljä miljoonaa.  

Kuvaa lukee lääkäri  

Tarkinkaan kuva ei tee itse diagnoosia. Siihen tarvitaan ihmistä. Ensin hoitava lääkäri pohtii, mikä lisätieto auttaisi häntä arvioimaan potilaan tilaa.  

Kun halutut kuvat on otettu, paras osaaminen niiden tulkintaan on siihen erikoistuneilla radiologeilla, joita aiemmin kutsuttiin myös röntgenlääkäreiksi. 

Heitä on kuitenkin rajallinen määrä, eivätkä kaikki kuvat päädy heidän lausuttavikseen. Varsinkin röntgenkuvien tulkinta jää välillä hoitavan lääkärin tehtäväksi.  

Suomessa lausunnot kuvista tekee aina lääkäri, mutta monessa Euroopan maassa on valittu toinen linja. Niissä röntgenhoitajat voivat kouluttautua myös kuvien tulkintaan. Tämä on tavallista muun muassa Ruotsissa, Norjassa ja Tanskassa.  

Jarno Huhtanen on ainoana suomalaisena röntgenhoitajana opiskellut röntgenkuvien tulkintaa Britanniassa Canterburyn yliopistossa. Sikäläisessä terveydenhuollossa hänellä olisi pätevyys tulkita vartalosta ja raajoista otettuja kuvia. Röntgenhoitajat voivat Britanniassa erikoistua myös esimerkiksi pään alueen TT-kuviin tai polven magneettikuviin.  

Nivelrikon eri muodot 

Kun laitteet kehittyvät, kuvien laatu paranee ja sairauksista saadaan aiempaa tarkempaa tietoa. Kuvantamista voidaan alkaa käyttää entistä useamman sairauden tutkimisessa. 

Kaikki tekniikat eivät kehity samaan tahtiin.  

”Tietyn sairauden tutkimisessa käytettävä menetelmä voi vaihtua, kun toinen kuvantamismenetelmä ohittaa sen kehityksessä”, Miika Nieminen sanoo.  

Niemistä kiinnostaa etenkin magneettikuvauksen käyttö nivelrikon tutkimuksessa.  

”Nivelrikko on yläkategoria useammalle eri sairaudelle, joita lääketiede ei vielä oikein osaa erottaa toisistaan.” 

Nykyään nivelrikko voidaan todeta röntgenkuvista vasta, kun muutokset ovat jo pitkällä. Nykykeinoin voidaan hoitaa oireita, mutta ei parantaa niveleen tulleita vaurioita. Kun ne vaikeuttavat elämää liikaa, kelvottomaksi käynyt nivel voidaan vaihtaa tekoniveleen.  

Nieminen tutkimusryhmineen etsii keinoja, joilla ongelmaan päästäisiin käsiksi jo varhaisemmassa vaiheessa. Magneettikuvaus on kehittynyt niin, että sen avulla on mahdollista saada nivelten pehmytkudoksista paljon aiempaa tarkempaa tietoa. Esimerkiksi siitä, onko tutkittavassa nivelessä nivelruston alkavaa vauriota ennen ruston ohenemista.  

”Tavoite on oppia tunnistamaan eri nivelrikon muodot toisistaan. Kehitämme menetelmiä, jotka antavat tietoa pehmytkudoksen koostumuksesta.”  

Viime kädessä tavoite on parantaa potilaiden hoitoa, kun sairauden eri muotojen erot ja kulku opitaan tunnistamaan paremmin.  

Kertynyt tieto voi kannustaa myös kehittämään lääkkeitä. 

”Nivelrikkoon kehitettävien lääkkeiden tehoa arvioidaan röntgenkuvissa näkyvien muutosten avulla. Rusto ei röntgenkuvissa näy, joten lääkkeiden vaikutusta rustoon ei niissä nähdä.” 

Jos hyvin käy, magneettikuvat voivat jonain päivänä antaa rustoista niin tarkkaa kuvaa, että se kelpaa lääkkeiden tehon arviointiin. 

Dataa, fysiikkaa ja insinöörejä 

Kuvantamisen yleistyminen on mullistanut monen sairauden hoidon. Erityisen tärkeää se on silloin, kun kahdessa henkeä uhkaavassa sairaudessa on samanlaiset oireet, mutta erilainen hoito. Näin on aivoinfarktin eli veritulpan ja aivoverenvuodon kohdalla. Kuvat auttavat lääkäriä arvioimaan, kuka tarvitsee pikaista liuotushoitoa, kuka muuta hoitoa.  

Kun tutkijat kehittävät kuvantamisen menetelmiä, mukana on eri alojen osaajia.  Moni tutkija on Miika Niemisen tapaan fyysikko, mutta keskeinen rooli on myös insinööreillä ja matemaatikoilla.  Radiologian erikoislääkärit puolestaan kertovat, ovatko kuvat lääkärin kannalta tarpeeksi tarkkoja ja hyödyllisiä.  

”Tutkimusryhmissä tarvitaan nykyään myös isoja tietomääriä käsitteleviä datatieteilijöitä”, Nieminen kertoo.  

Paljon tutkitaan sitä, missä määrin tekoälystä on ihmisen apuriksi. Etenkin koneoppimisesta toivotaan apua kuvien tulkintaan.  

Yksinkertaistaen koneoppiminen toimii näin: koneelle syötetään iso määrä kuvia ja kerrotaan mitä niissä on. Kun tätä on toistettu tarpeeksi usein, kone osaa lopulta omatoimisesti analysoida kuvan ja kertoa sen sisällön. Tämä peukalo on ehjä, tässä peukalossa luu on murtunut, tämän peukalon nivel näyttää kummalliselta.  

”Ihmistä tekoäly ei korvaa, mutta se voi olla hyvä apuväline rutiininomaisiin tehtäviin. Se vapauttaa ihmisen aikaa muuhun työhön”, Nieminen kertoo. 

Koneen etuna on, että se ei väsy ja niitä saa kaupasta lisää. Oulun yliopistossa toinen tutkijaryhmä on kehittänyt tekoälyyn pohjautuvan laskentamenetelmän, joka osaa luokitella nivelrikon vaikeusasteen röntgenkuvan pohjalta.  

”Tulevaisuudessa kone voi tarjota terveyskeskuslääkärille sellaista tietoa, jonka nyt antaa radiologi”, Nieminen sanoo.  

Kuvantamismenetelmiä kehitetään jatkuvasti entistä nopeammiksi ja tarkemmiksi. Myös vanhat tekniikat muuttuvat. 

”Röntgenilmaisimet ovat parantuneet. Ne voivat jatkossa antaa entistä enemmän tietoa myös pehmytkudoksista.” 

”Todennäköisesti tulevaisuudessa on käytössä tekoälyyn pohjautuvia järjestelmiä, jotka tukevat lääkäriä päätöksenteossa. Ne voivat käsitellä muutakin tietoa kuin kuvaa”, Nieminen sanoo.  

Ihminen vetää kuitenkin lopullisen johtopäätöksen ja päättää hoidon.  

Teksti: Pia Laine 
Kuvitus: Esa-Pekka Niemi 

Juttu on ilmestynyt Reuma-lehdessä 1/2021