Filosofian lisensiaatti, sairaalafyysikko Minna Husson väitöstutkimuksessa esiteltiin ja testattiin uusi magneettikuvaukseen perustuva menetelmä sydänlihaksen verenkierron määrittämiseen. Tutkimuksessa selvitettiin myös koneoppimisen soveltuvuutta magneettikuvien analysointiin.
Sydän- ja verisuonisairaudet ovat maailmanlaajuisesti suurin yksittäinen kuolinsyy. Vuonna 2014 Suomessa tapahtui yli 60 000 sydänkohtausta. Näistä potilaista noin 20 prosenttia oli työikäisiä. Nykyisillä tutkimusmenetelmillä voidaan tutkia sydänlihaksen tilaa, mutta ne ovat vain laadullisia menetelmiä, niihin liittyy säteilyaltistus, tai ne ovat vaikeasti saatavilla. Sydänlihaksen tilan tutkimiseksi tarvitaankin laajasti saatavilla oleva menetelmä, jolla voidaan saada tarkka diagnoosi, ja jolla voidaan seurata sairauden kulkua ja hoidon vaikuttavuutta.
Kontrastiainetehosteinen magneettikuvaus on lupaava menetelmä sydänlihaksen verenkierron tutkimiseen. Menetelmässä potilaan verenkiertoon ruiskutetaan kontrastiainetta, ja samanaikaisesti rekisteröidään useita kymmeniä magneettikuvia sydämen sykkeen tahtiin. Kontrastiaine näkyy magneettikuvissa kirkkaana, joten sen leviämistä verenkierron mukana sydänlihakseen voidaan tarkastella. Terveeseen sydänlihaskudokseen leviää nopeasti paljon kontrastiainetta, kun taas verenkierroltaan vaurioituneeseen kudokseen kontrastiainetta pääsee vähän ja hitaasti. Kuvan kirkkauden perusteella voidaan määrittää kontrastiaineen määrä sydänlihaksessa, mistä voidaan laskea sydänlihaksessa virtaavan veren määrä. Kontrastiaineen määrän ja kuvan kirkkauden välinen suhde ei kuitenkaan ole suoraviivainen, vaan suhde muuttuu kontrastiaineen määrän muuttuessa ja sydämen syketaajuuden vaihdellessa. Magneettikuvat ovat myös hyvin herkkiä erilaisille kuvantamisvirheille. Mainitut seikat ovat merkittäviä virhelähteitä, ja ovat rajoittaneet menetelmän käyttöä.
Tässä väitöstyössä kehitettiin ja testattiin menetelmä, jolla kontrastiaineen määrän ja kuvan kirkkauden välinen riippuvuus voidaan määrittää aiempaa luotettavammin. Väitöskirjatyössä kehitetty menetelmä oli aiempia menetelmiä tarkempi erityisesti silloin kun sydämen syke vaihteli. Vertailumenetelmänä käytettiin positroniemissiotomografiaa, joka on luotettavin sydänlihaksen verenkierron määritykseen saatavilla oleva menetelmä.
Magneettikuvaus kärsii useista virhelähteistä. Kuvavirheet voivat olla peräisin esimerkiksi hengitysliikkeestä, rytmihäiriöistä tai implanteista sydämen alueella. Kuvan kirkkauteen vaikuttaessaan nämä kuvavirheet aiheuttavat edelleen virhettä sydänlihaksen verenkierron määrityksessä.
Väitöstutkimuksessa havaittiin, että koneoppimismenetelmillä voidaan automaattisesti tunnistaa kuvausvirheistä kärsivät alueet. Lisäksi havaittiin, että koneoppimisen avulla kehitetty laskenta-algoritmi voi oppia määrittämään sydänlihaksen verenkierron oikein kuvavirheistä huolimatta. Koneoppimisen avulla sydänlihaksen verenkierron määritys voitaneen tulevaisuudessa tehdä luotettavammin ja laajemmalle potilasjoukolle.
Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä väitöskirjatyössä kehitetyt menetelmät voivat parantaa sydänlihaksen verenkierron määrityksen luotettavuutta. Tämän lisäksi on ilmeistä, että koneoppimiseen perustuvat menetelmät tulevat soveltumaan sydänlihaksen verenkierron määritykseen sekä tieteellisessä tutkimustyössä, että kliinisillä potilailla.
FL Minna Husson sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Quantification of myocardial perfusion using contrast agent enhanced first pass magnetic resonance imaging tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 25.9.2020 klo12 Kuopion kampuksella ja verkossa. Vastaväittäjänä toimii professori Hannu Eskola, Tampereen yliopisto, ja kustoksena professori Hannu Manninen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuus on suomenkielinen ja osallistujamäärä on rajattu, joten sitä voi seurata verkossa.
