Planmeca vähensi säteilyannosta pään alueen 3D-kuvantamisessa – algoritmien avulla yhä tarkempaa kuvadiagnostiikkaa

Planmecassa on kehitetty älykästä teknologiaa, jonka avulla voidaan vähentää lääketieteellisessä kuvantamisessa tarvittavaa säteilyä mutta säilyttää kuvan diagnostinen laatu. 3D-kuvantamisteknologiaan kehitetyt algoritmit mahdollistavat aiempaa tarkemman kuvan ja diagnostiikan.

Matala-annoksisesta kuvantamisesta hyötyvät kaikki, mutta erityisen iso sen vaikutus on lapsiin, koska heillä on suhteellisesti enemmän säteilylle herkkää punaista luuydintä kuin aikuisilla.

Planmeca lähti kehittämään annosmittauksia noin kymmenen vuotta sitten, kun aiheesta julkaistiin uusia tutkimuksia. Silloin nähtiin mahdollisena, että laitteilla pystytään yhä vähentämään ionisoivan säteilyannoksen määrää lääketieteellisessä kuvantamisessa.

Pitkään Planmecan palveluksessa toiminut Juha Koivisto, joka työskentelee nykyään yhtiön johtavana fyysikkona, lähti tekemään aiheesta väitöskirjaa Helsingin yliopistossa.

Tutkimuksissamme havaitsimme, että säteilyannosta voidaan vähentää ilman, että kuvien diagnostinen laatu kärsii. Vertailtuamme matala-annoksista kuvantamista perinteisiin menetelmiin, havaitsimme, että säteilyä voidaan vähentää 77 prosenttia, Koivisto sanoo.

Annosmittarilla tarkasteltiin säteilyn muodostumista

Planmeca lanseerasi älykkääseen algoritmiin perustuvan matala-annoksisen kuvantamismenetelmän ”ultra low dose protocol” vuonna 2014. Tuotekehitystä edelsi reaaliaikaisen annosmittarin kehittäminen. Laitteen avulla on mahdollista nähdä, millä tavalla säteilyannos muodostuu.

– Laitteessa on potilasta edustava malli, eli ns. fantomi, johon on asennettu annosta mittaavia antureita. Kun fantomia valotetaan KKTT-laitteen tai minkä tahansa muun röntgenlaitteen sädekeilalla, anturit mittaavat kudoksiin jääneet annokset, joista efektiivinen annos voidaan laskea. Näin meille syntyy käsitys siitä, mihin elimiin säde osuu ja mistä efektiivinen annos syntyy pään alueella. Eri elimillä on erilaiset painokertoimet, Juha Koivisto sanoo.

– Esimerkiksi luuytimellä, joka uudistuu kaikkein voimakkaimmin, on isoin painokerros. Jos siihen kohdistaa säteilyä, on efektiivinen annos isompi kuin jos säteilyn kohdistaa ihoon tai aivoihin, Koivisto jatkaa.

Mittarin avulla käytiin läpi kaikki Planmecan kuvantamisprotokollat.

Diagnostinen tarve määrittää kuvan alueen, tarkkuuden ja säteilyn

Planmeca kehittää 3D-kuvantamisen kliinisiä sovelluksia implanttihoidoissa, oikomishoidoissa, hengitysteiden ja poskionteloiden tutkimuksissa sekä leukakirurgiassa.

Planmecan laitteilla hammaslääkärit ja radiologit voivat nyt määrittää diagnostiikan tarpeen perusteella sopivan kuvantamisprotokollan, johon liittyy tietty annos. Ammattilaisilla on yleensä hyvä käsitys kulloinkin tarvittavasta kuvan laadusta ja siihen liittyvästä säteilyannoksesta. Säteilylaissa määritellään, että potilasta ei saa säteilyttää enempää kuin diagnostinen tarve vaatii.

– Jos esimerkiksi halutaan diagnosoida otsaonteloita tai poskionteloita, usein riittää pienempi säteilymäärä, jolla saa riittävän hyvän kuvan tarkoitukseen, Juha Koivisto sanoo.

Implanttihoito tai juurialueen hoito vaativat erottelevampaa ja tarkempaa 3D-kuvaa, ja näiden pienten alueiden kuvaamiseen tarvitaan usein myös suurempi säteilyannos. Oikomishoitoon tarvittavaan leuan alueen kuvaan riittää usein alhaisempi resoluutio ja vähäisempi säteilyannos.

Planmecan laitteistolla voidaan ottaa kuva 10 X 10 senttimetrin alueelta matalimmillaan 12 mikrosievertin säteilymäärällä. Lääkäri voi madaltaa annosta esimerkiksi rajaamalla kuvavolyymin kokoa tai pienentämällä kuvausarvoja eli muuttamalla kuvan laatua. Käytännössä matala-annoksisen kuvantamisen käyttö on tehty erittäin helpoksi: se onnistuu yhtä nappia, vihreää omenaa, painamalla.

Tavoite on vähentää kumulatiivista säteilyä väestössä

Juha Koivisto kertoo, että tilastollinen säteilyriski on yksilötasolla hyvin pieni mutta se voi silti suurten väestöpohjien kohdalla olla merkittävä.

– Haluamme edelleen pienentää väestötason kumulatiivista säteilyriskiä ja siksi saada omien laitteiden annoksen niin pieneksi kuin se vain on mahdollista, hän sanoo.

Lääketieteellinen 3D-kuva voidaan Planmecan laitteistolla ottaa pienimmillään 12 mikrosievertin säteilyannoksella, joka vastaa Suomessa saatavaa taustasäteilyä noin neljän päivän ajalta.

– Säteilyturvakeskuksen mukaan saamme noin 0,15 mikrosievertiä säteilyä tunnissa. Esimerkiksi lennolla Atlantin yli, altistuu ihminen noin 80 mikrosievertin säteilylle, mikä on merkittävästi suurempi kuin pienin KKTT-kuvantamisesta tuleva säteilyannos, Koivisto kertoo säteilyarvojen mittakaavasta.

Planmecan tavoitteena on edelleen saada säteilyä niin alas kuin mahdollista, eettisten standardien ”as low as diagnostically acceptable” (ALADA) -mukaisesti. Periaate on osa Planmecan eettistä kuvantamisfilosofiaa.

– Vaikka yksittäiselle potilaalle ei juurikaan aiheudu riskiä pään alueen kuvantamisesta, voi siitä laajassa mittakaavassa tulla kansanterveyttä koskeva ongelma, minkä vuoksi on suositeltavaa vähentää säteilyä edelleen, Juha Koivisto sanoo.

Linjaukset herättävät keskustelua

Euroopan komissio laatii näyttöön perustuvia ohjeistuksia siitä, millaisissa tapauksissa käytetään mitäkin kuvausprotokollaa ja julkaisee keskiarvoja lääketieteellisen kuvantamisen säteilyannoksista.

Röntgendivisioonan tuotepäällikkö Antti Airisto kertoo, että linjaukset herättävät paljon keskustelua alan ammattilaisissa. Kuvauksia tehdään nykyään sekä 2D- että 3D-laitteilla, mikä vaikuttaa keskiarvoihin.

Esimerkiksi viisaudenhampaan poistamisen yhteydessä on käyty keskustelua 3D-kuvantamisesta. Viisaudenhampaan poistossa 3D-kuva paljastaa esimerkiksi sellaisen tilanteen, jossa potilaan hammasjuuri on kietoutunut hermokanavan ympärille.

– Jos tämä ei ole tiedossa, voi hermokanava vaurioitua hammasta poistettaessa, minkä seurauksena saattaa aiheutua jopa halvaustila, Airisto sanoo.

Vasta-argumenttina voidaan sanoa, että tarkempi 3D-kuva pelastaisi vain muutamia harvoja tapauksia, eikä ole syytä kasvattaa kansakunnan kumulatiivista säteilyannosta tämän takia.

– Tietyn kokoisen röntgenvolyymin keskiarvoannos saattaa kuitenkin olla nyt huomattavasti enemmän kuin Planmecan suositus on esimerkiksi viisaudenhampaan poistoon, Airisto sanoo.

3D-kuva tuo lisää olennaista tietoa

Kun verrataan 2D-kuvia ja 3D-kuvaa toisiinsa, voidaan konkreettisesti nähdä, minkälaista tietoa 2D-kuvat jättävät piiloon. Antti Airisto vertaa toisiinsa kuvia potilaasta, jota hevonen on potkaissut päähän.

– 2D-kuvissa näkyy hampaan kruunun lohkeaminen ja poskionteloissa on epäsymmetriaa, mikä saattaa viitata vuotoon, Airisto kertoo.

Hampaiston 3D-kuvaa voi pyörittää eri suuntiin, jolloin vioittunut alue näkyy eri suunnista. Saman potilaan 3D-kuvasta näkyy, että hampaan juuri on katkennut, mikä ei näy 2D-leikekuvassa. 3D-kuvassa näkyy myös, että potilaan yläleuka on pirstaleina, mitä ei voinut 2D-kuvassa erottaa.

– Tämä antaa paljon enemmän informaatiota siitä, onko hammas mahdollista pelastaa ja minkälaisia korjaustoimenpiteitä tulee tehdä. Jos luuta on pirstaloitunut, tilalle voi laittaa keinoluuta ja jatkaa myöhemmin implanttihoidolla, Airisto kuvaa.

Hammaslääkärit suunnittelevat jo usein implanttihoitoja 3D-kuvantamisen avulla lähes kaikissa kehittyneissä maissa.

– Yhdestä kuvasta näkee luun määrän, josta voi arvioida tarvittavan implantin koon. Siitä näkee myös luun laadun, mikä määrittää implantin pysyvyyttä ja mahdollisen keinoluun tarvetta sekä alaleuan hermokanavan, jonka sijainti määrittää toimenpidettä, Airisto kertoo.

Algoritmit laskevat 3D-kuvan ja korjaavat liikettä

Planmecan järjestelmissä algoritmit toimivat kolmella tasolla: laitteistossa, 3D-kuvan muodostamisessa sekä ohjelmistoissa.

– 3D-kuva muodostuu muutamasta sadasta 2D-kuvasta. Kun kuvausvarsisto pyörii potilaan ympärillä, tulee pulssitettua röntgensädettä, jossa jokainen pulssi tuottaa yhden 2D-kuvan. Kuvadata eli lukuisat 2D-leikkeet menevät tietokoneelle, jossa algoritmien avulla niistä lasketaan kolmiulotteinen volyymi. Tämä rekonstruktio on kehitetty Planmecassa, Antti Airisto sanoo.

Algoritmeja kehitetään myös korjaamaan kuvaa kuvantamisen aikana.

– Viuhkoja ja varjoja kuvaan voivat aiheuttaa implantit, juurihoidot, hammasraudat ja kaikki tiheämpi aines. Voimme korjata nämä kaikki kuvassa, Airisto jatkaa.

Suurin läpimurto algoritmeilla on Airiston mukaan kuitenkin saatu aikaan potilasliikkeen korjaamisessa (correction algorithm for latent movement).

– Pienikin liike nakertaa kuvan laatua, mutta algoritmin avulla voimme poistaa liikkeen negatiivisen vaikutuksen kuvaan, Airisto sanoo.

Tämä algoritmi auttaa esimerkiksi pienten lasten kuvaamista. Ongelma on kuitenkin kuvantamisessa laajempi, sillä tutkimusten mukaan yli 40 prosenttia ihmisistä liikkuu kuvantamisen aikana. Aiemmin kuva jouduttiin ottamaan uudestaan, nyt se voidaan korjata.

Markkinointi- ja viestintäjohtaja Maarit Vannas kertoo, että algoritmien kehitystyö on ollut Planmecalle erittäin tärkeä tekijä, jolla se on päässyt harppaamaan kilpailijoitaan edelle. Hän kertoo, että algoritmeja on äärimmäisen vaikea kopioida, koska ne sisältävät syvällistä tuotekehitysosaamista.

3D-kuvantamiseen tulossa lisää koneälyä

Planmecassa tuotekehityksen seuraava askel on kehittää edelleen koneälyä ja siihen liittyviä sovelluksia.

Yritys on kehittänyt mittavasti laitteistoaan sekä Romexis-ohjelmistoaan, joka mahdollistaa 3D-kuvien käyttämisen implanttien suunnittelusta leukakirurgiaan.

– Ohjelmiston kehittäjät miettivät jatkossa lisää sitä, miten vielä saada 3D-kuvista irti kaikki mahdollinen, Antti Airisto kuvaa.

Jotta kaikki toimisivat yhteen, myös mekaniikka- ja elektroniikkasuunnittelu on hyvin tärkeää. Se on suunniteltu mahdollistamaan monipuolinen kuvantamisgeometria.

– Planmecan laitteet rakentuvat aiempien päälle, ja vanhoista 2D-laitteista pystytään päivittämään 3D-laite. Ohjelmistopäivityksillä pystytään myös tuomaan uusia ominaisuuksia vanhoihin laitteisiin, Airisto sanoo.

Monilla maantieteellisillä markkinoilla 3D-kuvantaminen edustaa vielä pientä osaa laitekannasta.

– Nopeiten 3D-kuvantamista otetaan käyttöön Kiinassa johtuen pitkälti siitä, että siellä on hypätty kehityksessä 2D-digitaalikuvantamisen vaiheen yli. Ranskassa valtio on lähtenyt tukemaan vanhan laitekannan digitalisoimista ja uusimista 3D-kuvantamisen suuntaan. Yhdysvalloissa toimitaan yhä hyvin monilla klinikoilla 2D-laitteistoilla, Maarit Vannas kertoo.

kuvat: Planmeca