Kvantitatiivisia magneettikuvausmenetelmiä nivelruston arviointiin nivelrikossa

Oulun yliopiston lääketieteellisen fysiikan tutkimusryhmä on kehittänyt uuden, kehittyneen menetelmän, joka edistää nivelrikon diagnosointia jo taudin varhaisessa vaiheessa. Kudosten laatua voidaan tutkia molekyylien tasolla yksinkertaisella magneettikuvausmenetelmällä, joka ei vaadi varjoaineen käyttöä tai kudosnäytteen ottoa. Menetelmää on testattu potilaskäyttöön tarkoitetulla magneettikuvauslaitteella ja se on valmis kliinistä käyttöä varten. Nivelrikon varhainen diagnosointi kasvattaa hoidon onnistumisen todennäköisyyttä, vähentäen näin niveltähystyksen tarvetta.

Nivelrikko on nivelsairaus, joka vaikuttaa miljoonien ihmisten elämään maailmanlaajuisesti. Suomessa nivelrikon aiheuttamat suorat ja epäsuorat kustannukset ovat arviolta lähes miljardi euroa vuodessa. Yleisiä oireita ovat nivelten kipu ja jäykkyys, joita alkaa esiintyä 40–50 vuoden iässä ja jotka voivat johtaa vaikeaan liikuntakyvyttömyyteen. Vammautumisen riski polven nivelrikossa on yhtä suuri kuin sydän- ja verisuonitaudeissa ja suurempi kuin missään muussa iäkkäämmän väestön sairaudessa. Vaikka nivelrikon kehittyminen sietämättömäksi kivuksi ja liikuntavammaisuudeksi kestää vuosikymmeniä, emme silti pysty pysäyttämään taudin hidasta, vääjäämätöntä etenemistä. Nykyisillä kliinisillä menetelmillä ei pystytä havaitsemaan nivelrikon varhaisia vaiheita, joiden aikana onnistunut hoitotulos olisi todennäköisempi. Röntgenkuvasta voidaan todentaa nivelrikko vasta siinä vaiheessa, kun on jo liian myöhäistä ja leikkaus on todennäköisesti ainoa jäljellä oleva hoitokeino.

Suomen terveydenhuolto ei välttämättä pysty tulevina vuosikymmeninä vastaamaan jatkuvasti lisääntyvään polven tekonivelleikkausten tarpeeseen, joka on Suomessa kaksinkertainen EU:n keskimäärään nähden. Nivelrikon kehittymisessä keskeinen rooli on nivelrustolla, 2–3 mm ohuella kudoksella, joka peittää luut nivelissämme. Nivelrustolla on erityisiä, nivelen oikealle toiminnalle tärkeitä mekaanisia ominaisuuksia, joita mikään synteettinen materiaali ei pysty jäljittelemään. Nivelruston uusiutumiskyky on kuitenkin heikko ja nivelrikon loppuvaiheissa rusto on pahasti vaurioitunut.

Nivelrusto ei näy röntgenkuvassa, mutta se on mahdollista nähdä leikkauksessa tai magneettikuvissa. Magneettikuvauslaitteilla voidaan kuvantamisen lisäksi saada yksityiskohtaisempaa tietoa nivelrustosta. Joillakin näillä tekniikoilla, kuten esimerkiksi T1 ja T2 relaksaatioaikamittaus ja nk. dGEMRIC-menetelmä, voidaan mitata molekulaarisia muutoksia rustossa.

Professori Miika Niemisen johtama Lääketieteellisen fysiikan tutkimusryhmä on yksi maailman merkittävimpiä ruston magneettikuvauksen alalla. Ryhmä on tutkinut ja kehittänyt uutta teknologiaa kliinisiin sovelluksiin jo useiden vuosien ajan. Victor Casula on väitöskirjatyössään tutkinut yhteistyökumppaniensa kanssa nivelruston arviointia T1, T2 ja dGEMRIC-menetelmillä. Tutkimuksessa verrattiin menetelmiä niveltähystykseen. Tulokset osoittivat, että magneettikuvausmenetelmät paljastivat potilaan rustosta enemmän tietoa kuin niveltähystys, jossa vain ruston pinnan visuaalinen arviointi on mahdollinen. Magneettikuvausmenetelmät auttavat siis arvioimaan missä kunnossa nivelrusto on.

Väitöskirjatyössä tutkittiin myös kahta muuta, kehittyneempää menetelmää, T1rho ja T2rho relaksaatioaikamittausta. Nämä uusimmat tekniikat kuuluvat nk. pyörivän koordinaatiston menetelmiin, jotka ovat erittäin herkkiä havaitsemaan molekyylien liikettä kudoksissa. Nämä menetelmät kehiteltiin alun perin Minnesotan yliopistossa ja Oulun yliopiston Lääketieteellisen fysiikan tutkimusryhmä sovelsi niitä ensimmäisenä nivelruston tutkimiseen. Tutkimuksen perusteella adiabaattinen T1rho ja T2rho pystyvät luotaamaan laajempaa molekulaaristen vuorovaikutusten joukkoa. Kliinisessä käytössä näiden menetelmien tarkkuus ja vakaus jopa epähomogeenisen magneettikentän tapauksessa ovat suureksi eduksi. Lisäksi ne eivät aiheuta kudosten lämpenemistä, joka myös on estänyt aiempien pyörivän koordinaatiston menetelmien kliinisen käytön.

Victor Casula osoitti väitöskirjassaan, että adiabaattisilla T1rho ja T2rho:lla voidaan erottaa vaurioita rustossa ja luussa nivelrikon varhaisessa vaiheessa. Menetelmät testattiin onnistuneesti sekä potilaiden että terveiden vapaaehtoisten avulla ja otettiin kliiniseen käyttöön.

Nämä havainnot voivat mahdollisesti johtaa nivelrikon varhaiseen diagnosoimiseen, joka auttaa ehkäisemään leikkauksia ja parantaa potilaiden elämänlaatua vähentäen samalla terveydenhuoltojärjestelmälle aiheutuvia kustannuksia. Menetelmiä voidaan myös käyttää testattaessa uusia tehokkaampia lääkkeitä ja ei-kirurgisia hoitomuotoja. Lääketieteellisen fysiikan yksikön tutkimusryhmä kehittää magneettikuvausmenetelmiä edelleen ja suunnittelee laajempia kliinisiä tutkimuksia, joilla varmennetaan nämä lupaavat tulokset.