Ultraljudstomografi
av Urpo Kaila Forum 1988-05, sida 10-12, 17.03.1988
Uleåborgs universitet tor fram
Tekniker Petri Kekkonen håller i sin högra hand UHB-apparatens givare som innehåller en förförstärkare och en brusfri multiplexer med sextiofyra kanater, Skiktbilderna (högst uppe) konstrueras med hjälp av en PDP 11/74 minidator (terminalen till vänster).
Med dr John Koivukangas (tv) och TkD Esko Ålasaarela, docenter vid Uleåborgs universitet, svarar för UHB-projektet.
ULTRALJUDSTOMOGRAFI ..::
Forskare vid Uleåborgs universitet utvecklar en ny klinisk diagnosmetod som bygger på ultraljudsholografi. Metoden är ett förmånligare, exaktare och mindre riskfyllt alternativ till röntgentomografi. Forskningsprojektet siktar på industriell produktion för världsmarknaden.
u utför man redan kliniska tester N med en prototyp som bygger på UHB-metoden — (Ultrasound Holography Brightness). Aderton patienter och
Hera frivilliga har undersökts med UHBmetoden som lämpar sig bäst för analys av de inre organen som levern, bukspottskörteln eller sköldkörteln. Prototypen har äve installerar man Nordens tredje po P: Åbo universitetscentralsjukhus sitronemisslonstomograf.
APppa raten har kostat 13 miljoner mark och den kommer att användas både för forskning och för kliniskt bruk.
Med hjälp av positronemissionstomografi (PET) kan man följa med hur radioaktiva isotoper förflyttas och uppsamlas i mänskans vävnader.
Åbo får PET-avbildar — Vi byter ut en atom mot dess radioaktiva isotop i en molekyl som hör till mänskans normala ämnesomsättning. Med PET-apparaten kan vi sedan följa med positronstrålningen från tex syre-15 eller kväve 13, berättar Uno Wegelius, tf professor i klinisk PET-forskning vid Åbo universitet.
Genom att införa radioaktiva isotoper i läkemedel kan man med PET-metoden få information om hur medicinen uppsamlas i kroppen och hur snabbt den bryts ned. Överlag kan man säga att de flesta sjukdomar ändrar på ämnesomsättningens patologi.
På Åbo universitet verkar en forskningsgrupp som skall undersöka vården av cancerpatienter med hjälp av PETapparaten. Forskningsprojektet leds av Wegelius och det finansieras av Finlands Akademi.
Den sovjettillverkade cyklotronen i Åbo Akademis reaktorlaboratorium förser den amerikanska PET-apparate med positroner. UK 1 använts vid hjärnoperationer efter att skallbenet har avlägsnats.
Två docenter från Uleåborgs universitet ansvarar för UHB-projektet — Esko Alasaarela och John Koivukangas. TkD Esko Alasaarela på institutionen för telekommunikationsteknik startade projektet år 1980 och ledde den tekniska sektorn till år 1985. Därefter tog biträdande professor Antti Tauriainen vid. Men efter Tauriainens plötsliga frånfälle i augusti i fjol fortsatte Alasaarela åter att leda projektet. Alasaarela är även utvecklingsdirektör på företaget Uuden teknologian keskus UTK som sköter den kornmersiella sidan. Med dr John Koivukangas på institutionen för neurokirurgi har verkat som medicinsk sakkunnig. Institutionsföreståndaren, professor Stig Nyström har även bidragit med neurologisk sakkunskap.
Egen givare
Avbildning med ultraljudsteknik är ingen nyhet i sig. Denna teknik har använts bl a när man har analyserat känsliga objekt som foster och gravida kvinnor. Men jämfört med traditionell ultraljudsteknik har UHBmetoden flera nya lösningar som bl a ger bättre bildskärpa.
UHB-metoden kan jämföras med en radar som sveper genom mänskans inre. En ytterst känslig givare sänder ultraljud mot mänskans vävnader och registrerar ekon som vävnaderna reflekterar tillbaka. Därefter digitaliseras signalerna för datorbehandling. Slutligen konstruerar ett numeriskt rekonstruktionsprogram en svepbild av ett snitt genom mänskans inre.
Systemets givare har naturligtvis en central roll — givaren avgör de fysikaliska gränserna för hur detaljerad information systemet kan förmedla. Forskargruppen för 5/1988 FORU sökte till en början beställa givaren av internationella leverantörer men kunde inte få tag på en tillräckligt känslig apparat. Gruppen beslöt sig för att konstruera sin egen givare. Resultatet blev en synnerligen känslig syntetiskt fokuserande radgivare som består av 64 element.
Datorrekonstruerad fokusering I traditionella ultraljudsapparater har givarna fokuserats mekaniskt eller elektriskt. För att få bättre upplösning på bilden har man varit tvungen att göra avsökningsstrålen smalare. Traditionella givare inregistrerar information från endast ett fåtal fokuseringspunkter.
UHB-prototypens — givare inregistrerar däremot alla tänkbara ultraljudsekon. Detta är möjligt eftersom fokuseringen inte sköts av givarna utan av ett numeriskt fokuseringsprogram efter inregistreringsfasen.
Det har varit ett av forskningsprojektets huvudmål att utveckla en effektiv algoritm för simuleringsprogrammet. Den syntetiska fokuseringens slutliga lösningsmodell är ca tio gånger enklare än de algoritmer som fanns till hands när man startade projektet. För den nya algoritmens prestanda talar att man nu kan klara sig med en AT-persondator. Med tilläggsprocessorer är det möjligt att konstruera fem bilder i sekunden.
Den datorsimulerade fokuseringen medför många fördelar jämfört med givarbaserad fokusering. Eftersom alla punkter fokuseras individuellt är det möjligt att korrigera störningar. Den numeriska databehandlingen gör det möjligt att automatiskt identifiera olika typer av vävnader t ex cancer. Med den gamla analogtekniken var man tvungen att ty sig till visuella diagnoser. Processen blir betydligt snabbare — nu är det möjligt att få fram bilder i realtid.
Inga hälsorisker
Koivukangas berättar att man mycket noggrant har undersökt de eventuella hälsoriskerna som är förknippade med ultraljudsdiagnoser. Hittills har man inte upptäckt några som helst skadliga effekter. Detta är en av ultraljudstomografins stora fördelar jämfört med röntgentomografi.
— De olika tomografimetoderna, röntgen, ultraljud och magnetisk avbildning, kompletterar varandra och de har alla sina egna tillämpningsområden. Röntgenbaserad datortomografi är t ex hittills den enda tekniken att avbilda hjärnan så länge skallbenet är intakt. Ultraljudstomografi kan däremot ge nyttig tilläggsinformation efter att skallbenet har avlägsnats, berättar Koivukangas.
I vissa fall kan dock ultraljudstomografi, speciellt när den används med den nya holografimetoden UHB, ersätta skiktröntgen. Man får en bättre bildskärpa och det blir lättare att identifiera eventuella abnormaliteter t ex i hjärnan eller i levern.
UHB-metodens apparatur är lätt att för fortsättning på s 12
FÖRUN, 5/1988
Robot
Text: Ragnhild Artimo
LJ Oo LJ bistår kirurgen? Roboten borrar med osviklig precision en kavitet i patientens femur, den översta delen av lårbenet. Kaviteten svarar precis på mikrometern mot implantens form, och betyder för patienten en bättre fungerande reservdel. Kirurgen fungerar som roboten arbetsledare.
ngefär så hoppas forskarna vid /BM U och University of California, Davis
School of Medicine att det robotsystem skall fungera, som skall hjälpa kirurgerna att göra ett noggrannare arbete vid ortopediska operationer.
Projektet, som startade 1986, inriktas på användandet av en robot för vissa faser av den precisionskrävande operation med vilken patienten erhåller en höftledsersättning av metall och plast. Bara i USA utförs 120 000 höftledsoperationer varje år, och behovet av dem ökar i takt med befolkningens ökande genomsrnittslivslängd.
Konventionella höftledsimplanter förankras i lårbenet med acrylcement, som till sin hållfasthet visat sig bristfällig — större påfrestningar har ofta resulterat i att ”fogarna” brustit. Därför har man utvecklat cementlösa implanter överdragna av ett poröst metallskikt, som benet kan ”växa in i” och fixera på plats. För att denna organiska ”låsning” skall kunna ske, är exakt passform mellan implanten och benet ett måste.
Det är här roboten kommer in i bilden: Preliminära resultat av försök med syntetiskt benmaterial visar att en robot kan uppnå exaktare passform än en kirurg som arbetar med konventionella manuella instrument.
Roboten och kirurgen ”arbetspar” Robotarna kommer inte att jobba ensamma i framtidens operationssalar. Roboten och kirurgen bildar ett team där partnernas speciella kunnande och färdigheter kompletterar varandra. Arbetsledarskapet är kirurgens — självfallet. En robotassisterad höftledsoperation kommer att gå till såhär: Före det operativa ingreppet appliceras tre ”lokaliseringsredskap”, kalibreringsspikar (calibration pins) i lårbenet under lokalbedövning. Sedan görs en datatomografiscanning (C7 scan) av benet: scannern producerar med hjälp av röntgenstrålar en serie bilder som kombineras i datorn till en serie tvådimensionella bilder — som i sin tur transformeras till en tredimensionell mogell, och datorn presenterar den optimala storleken, formen och positionen för implanten — och den mot implanten svarande kaviteten i relation till kalibreringsspikarna.
PELVIS (Front View)
NORMAL HIP
FEMURS i UPPERENO 1; | OFTHIGH BONE | CALIBRÄTION PINS fd
HIP IMPLANT
Pelvisstrukturen som visar höftimplanten i femur, övre partiet av lårbenet. Roboten skall kunna borra den kavitet i femur där implanten fästs. Rutan visar den artificiella höftimplanten.
Under själva operationen dirigerar kirurgen sedan roboten till dessa spikar, och roboten utnyttjar informationen i datorn under arbetet att forma kaviteten för implanten — under datakontroll och kirurgens övervakning.
Robottillämpningar för kirurgi kan potentiellt tänkas också för tex plastikkirurgi, kirurgiska ingrepp i huvud och hals, samt canceroperationer.
Från princip till praktik Foörskarteamet består av IBM-forskarna Bela Musits och Edward Glassman, UC Davisforskarna heter Howard Paul, William Bargar, Tien Hsia och Brent Mittelstadt. Arbetet utrförs vid UC Davis med utrustning från och finansiellt stöd av IBM. Man har använt sig av AMLÄX, ett vid IBM utvecklat avancerat robotprogrammeringsspråk. IBM-forskarna har tagit fram kalibrerings- och ”känsel"tekniken som gör det möjligt för roboten att “se” och säkrar rätt positionering och utformning av kaviteten.
Robotassisterade operationer på människor har inte ännu utförts. Eller i klartext: systemet är inte ”marknadsfärdigt” på ett bra tag ännu. Men de resultat som redan nu uppnåtts visar att robotsystemet för detta användningsområde kommer att medföra kirurgi med långt större precision än den mänskliga handen är kapabel til. 11
Ultraljuds…
fortsättning från s 1 flytta eftersom metoden, till åtskillnad från röntgentomografi, inte kräver några stora fast monterade givare som roterar runt patienten. Detta medför att tomografiundersökningar i framtiden blir möjliga även på kretssjukhus och hälsostationer. Till dags dato har man kunnat utföra tomografiundersökningar endast på de stora universitetssjukhusen. Även kostnadsaspekten spelar en stor roll. När — ultraljudstomografer — kostar 50 000—300 000 mark går kostnaderna för skiktröntgen upp till 2—4 miljoner mark,
Grundforskning och produktutveckling
UHB-projektets sista fas har pågått i tre år och en slutrapport skall bli färdig | april. Därefter fortsätter arbetet med ett mindre tillämpningsprojekt, under ledning av TkD Juha Ylitalo.
Det är ovanligt att man lyckas kombinera akademisk grundforskning med krävande produktutveckling inom ett och samma forskningsprojekt. UHB-gruppen har dock lyckats med detta konststycke genom att ansöka om finansiering till de olika delproiekten från olika källor. Enligt Alasaarela har det inte uppstått några som helst konflikter
UHB-bild med den nya radgivaren. Bilden visar en hjärna, vars struktur och detaljer samt en tumör klart avtecknar sig. UHB, Ultrasound Holography Brightness, lämpar sig bäst för analys av de inre organen.
mellan de vetenskapliga och kommersiella intressena.
Finlands Akademi och Uleåborgs universitet har finansierat de utgifter som hänför sig till grundforskning medan TEKES har fi man kunde göra vårde lättare.
älsovårdsbranschen får lov att H svälja en bitter medicin om ma skall tro på utredningen om hälsavårdsutgifternas utveckling. Undersökningen Terve Suomi 2030 har skrivits av byråchef Pekka Parkkinen och planerare Malija-Liisa Järviö på uppdrag av Ekonomiska planeringscentralen TASKU.
Avgift enligt inkomst? Trots att forskarna talar för att återinföra den kostnadsbelagda hälsovården, anser de att låginkomsttagarnas service skall tryggas genom att man låter avgifterna bero på inkomsterna.
Rapporten baserar sig på prognoser som utgår från att samhällets åldersstruktur kommer att förändras kraftigt.
TASKU-prognos: Bitter medicin för hälsovårdssektorn
Av ekonomiska orsaker är det nödvändigt att minska på antalet sjukhusdagar. Det kan bli nödvändigt att begränsa användandet av dyr sjukhusteknologi. Man borde även utreda o av de hopplöst sjuka
Jämfört med dagens läge kommer dubbelt flera mänskor att vara över sextiofem år gamla år 2030.
Mer pengar på hälsa Genom höjd levnadsstandard kommer även hälsovårdsutgifternas relativa andel av inkomsten att öka. Den största delen av kostnadsökningen beror dock på ökade reella arbetskraftskostnader. Enligt rapportens normalmodell kommer utgifternas andel av BNP att öka från 9,3 procent år 1960 till 14,7 procent år 2030. I 1986 års priser betyder detta 100 miljarder mark!
TASKU föreslår också att man borde öka den ekonomiska medvetenheten hos läkarna och vårdpersonalen. UK 1 nansierat produktutvecklingen.
Åven Instrumentarium har suttit med i forskningsnämnden och bidragit med en mindre summa. Utvecklingschef Raimo Seppänen på Palomexdivisionen berättar att företaget ännu vill vänta och se innan man besluter om affärer.
Alasaarela berättar att UHB-gruppen har varit i kontakt med de stora leverantörerna av ultraljudstomografer. Han vill inte nämna några namn så länge förhandlingarna pågår. Man kan endast konstatera att det främst är de största elektronikkoncernerna som har kapacitet att producera ultraljudstornografer, bl a Siemens, Toshiba och HitaChi. Trots att den kommande marknadsföringen sannolikt sker utomlands är det möjligt att produktionen och produktutvecklingen stannar kvar i Finland.
UHB-projektet är unikt även i globala mått. På inget annat håll har man lyckats utveckla fungerande syntetiskt fokuserande ultraljudstomografi för kliniskt bruk. På tekniska högskolan i Delft i Holland hade man visserligen ett likhande projekt men man beslöt sig för att rikta in sig på seismiska tilllämpningar.
Man har uppskattat att världsmarknaden för uliraljudstomografer är ca två miljarder dollar per år. Ungefär hälften av efterfrågan kommer fråm USA. Olika ultraljudstekniker kommer att få en ökad betydelse inom medicinen. Men ultraljud kommer att användas även i många andra tillämpningar. Inom livsmedelsindustrin kan man följa med t ex hur kött blir genomstekt och det skall bli möjligt att kontrollera kvaliteten på förpackade livsmedel utan öppna förpackningen. Det finns även visioner att använda ultraljud för att utveckla “synen” hos robotiserade system. [ 5/1988 FORUN
