Kirjoittanut: Anja Henner, TtT, Yliopettaja (emerita)
Tämän päivän nuoret kuvantamisen ammattilaiset tuntevat vain sähköisessä muodossa olevan kuvadatan ja sen käsittelyn, siirtämisen ja katselun. Kuva on juuri siellä, missä kulloinkin tarvitaan, sitä voi katsella monessa paikkaa yhtä aikaa ja sitä voi käsitellä. Pimiö, kehityskone, päivänvalokehityskone ja valotaulu ovat historiallisia muinaismuistoja.
Kuitenkin vanhemmat yhä työelämässä olevat muistavat – ja ovat toimineetkin – tuossa maailmassa. Onko kuvantamisessa tehty digiloikka vai onko kyseessä sittenkin maraton?
Taustaa
Isotooppitutkimuksissa gammakameroihin tuli 1970-luvulla leikekuvaus ja alkuaikoina kuvamatriisin koko oli 64*64.Tietokonetomografia (TT) tuli Suomeen 1970-1980 luvuilla ja vaati oman tietokonehuoneen kuvan laskentaa varten. Laitteella saatiin vain yksi leike yhdellä pyörähdyksellä. 1980-luvun lopulla Slip ring- tekniikka mahdollisti spiraaliliikkeen, jonka aikana potilas liukuu gantryn läpi. Kuvausaikaa saatiin lyhennettyä huomattavasti ja se puolestaan mahdollisti vartalon alueen kuvantamisen. Muistan, kuinka vuonna 1999 ECR:ssä (European Congress of Radiology) kaikilla TT-laitetoimittajilla oli esillä 4-leike laite ja osalla oli läpinäkyvä gantry eli röntgenputken liike kuvauksen aikana oli nähtävillä.
Angiografiassa filmisubtraktioita käytettiin varsinkin aivosuonten kuvantamisessa luurakenteiden häivyttämiseen ja pienten suonten näkyvyyden parantamiseen, mutta vuosituhannen loppua lähestyttäessä DSA (digitaalinen subtraktioangiografia) kehittyi muuttaen näin angiografiatoimintaa merkittävästi. Kuvankäsittely ja esim. liikeartefaktien korjaaminen toivat uusia mahdollisuuksia, alussa kömpelömmin ja hitaammin.
Natiivikuvantamisessa isoja muutoksia oli tapahtunut jo aiemmin, kun ns. päivänvalokehityskoneet olivat tulleet. Röntgenfilmihän kehitettiin alun perin pitelemällä sitä kehite- ja kiinnitealtaissa huuhdellen välillä vedellä. Sitä seurasi kehityskone, johon filmi syötettiin pimiössä avatusta kasetista. Filmilaarissa oli erikokoisia ja eri laatuisia filmejä: hitaat, loivat, jyrkät, yksi- ja kaksiemulsioiset. Vastaavasti oli myös erilaisia vahvistuslevyjä, joiden ominaisuuksia kuvailtiin väriherkkyydellä (sini- tai viherherkkä) ja nopeudella (50, 100, 200, 400, 800). Röntgenfilmi ja vahvistuslevy valittiin kulloisenkin halutun kuvanlaadun mukaan huomioiden tutkimusindikaatio ja tarvittava säteilyannos. Lastenröntgenosastolla muistan parhaimmillaan olleen 16 erilaista yhdistelmää eri ikäisiä potilaita ja eri tutkimusindikaatioilla olevaa tutkimusta varten. Jokaiselle yhdistelmälle piti tietää myös oikeat kuvausarvot: exponoinnin jälkeen kuvaa ei enää voinut käsitellä. Yli- tai alivalottuminen näkyi heti ja sitä ei voinut korjata jälkikäteen.
Filmi-vahvistuslevytekniikasta digitaaliseen myös natiivikuvantamisessa
Ensimmäiset kuvalevyt (CR) otettiin natiivikuvantamisessa käyttöön 1990-luvulla. Kuvalevytekniikassa kyse oli kaksivaiheisesta prosessista: röntgensäteily aiheuttaa bariumfluorohalideja sisältävässä levyssä elektronien loukkuun jäämistä. Energiatilat vapautetaan lukemalla laservalolla piste pisteeltä kuvalevyä rivi kerrallaan, jolloin syntyy fluoresenssivaloa. Digitalisoituna niistä muodostuu kuvamatriisin alkioiden arvot. Tässä prosessissa kyse on epäsuorasta taltioinnista: kuvalevy ei ole digitaalinen (engl. indirect). Etuna on, että kuvanlevyn valotusvara on laaja (yli-/alivalottumista ei helposti tule), kuvadataa voidaan käsitellä ja arkistoida. Alkuvaiheessa useiden vuosien ajan kuva tulostettiin laserfilmille, joka edellytti laitteiden yhteensopivuutta. DICOM-standardi mahdollisti eri laitevalmistajien laitteistojen yhteensopivuuden ja helpotti varmasti niin käyttäjien kuin laitetoimittajienkin työtä.
Ensimmäinen kuvalevypatentti oli Fujilla, mutta nopeasti muutkin laitetoimittajat toivat markkinoille omat kuvalevynsä. Uuden vuosituhannen alussa olikin tarjolla useita kuvalevyjärjestelmiä, joissa periaatteet olivat samat, mutta kuvankäsittelyohjelmistot ja kuvalevyn ”ominaisuuksia” kuvaavat nimikkeet ja parametrit aivan erilaisia. Kuvalevyjen käyttöönotto oli periaatteessa helppoa: pitkälti samat kasettikoot kuin filmikuvantamisessa ja kehityskoneen tilalle tuli kuvanlukija. Mutta röntgengeneraattorin valotusautomaatin säätö ja kuvan laadun optimointi lienevät aiheuttaneet harmaita hiuksia melko monelle. Filmille kuvattaessa suhteellinen nopeus kertoi tarvittavasta säteilyannoksesta: jos suhteellinen nopeus kaksinkertaistui, tarvittava säteilyn määrä puolittui. Kuvalevyissä käyttöön tulivat annosindikaattorit: S- ja L- arvo, LgM-arvo, EI ja REX-arvo. Kaikilla oli oma logiikkansa ja lukuarvoiltaan ne olivat hyvin erilaisia ja käyttäytyivät hyvin eri tavalla. IEC-standardi (IEC 62494-1) näiden indikaattorien yhtenäistämiseksi laadittiin jo 2008, mutta sen käyttöön ottaminen on kestänyt kauan. Huomioitavaa on, että annosindikaattori (EI, exposure index) kertoo siitä, kuin hyvin kuvareseptorin odottama annos on saavutettu, mutta ei potilaan saamasta annoksesta. DIMOND III-projektissa (2004) annettiin suosituksia kuvanlaadusta ja kuvareseptorin suhteellisesta nopeudesta, mutta niiden implementointi oli hankalaa ja hidasta johtuen ainakin osittain annosindikaattorien sekamelskasta.
Kuvalevyjen käytön yleistyessä tuli markkinoille uusi kuvan tallennin, jolle ei tuntunut löytyvän oikeaa nimitystä. Säteilyturvakeskus otti käyttöön termin taulukuvailmaisin (flat panel), mutta se ei ole vakiintunut ammattilaisten käyttöön. Sen vuoksi yleisemmin puhutaan suoradigitaalisesta kuvareseptorista – tai nykyisin detektorista (DR). Tässäkin on käytössä eri tekniikoita: osassa tapahtuu fluoresenssi, joka muunnetaan elektroniseksi signaaliksi (indirect), osassa fluoresenssia muunnosta ei tarvita (direct) vaan säteily aiheuttaa sähköisen signaalin suoraan puolijohteessa. Oleellista molemmissa tekniikoista on se, että ne käyttävät detektoria, jolle voidaan kuvata kaikki. Käytössä on myös kannettava detektori esimerkiksi osastokuvauksia varten ja pienempi detektori lasten tai raajojen kuvauksiin.
Mammografia siirtyi digitaaliseksi viimeisenä
Rintojen kuvaaminen mammografialaitteella alkoi 1970-luvulla, jolloin puristukseen käytettiin kartioon laitettavaa ilmapalloa. Mammografiakuvalta vaaditaan tarkkaa erotuskykyä, jotta pienet kalkkeumat ja alkavat muutokset havaitaan ajoissa. Mammografiaseulontojen alkaminen 1987 asetti omat haasteensa. Niinpä kuvanlaatua pyrittiin parantamaan hitaalla filmivahvistuslevy-yhdistelmällä. Kasetissa oli vahvistuslevy vain toisella puolella ja yksiemulsioinen filmi asetettiin sitä vasten. Kehitysprosessia optimoitiin hidastamalla filmin läpikulkuaikaa normaalista 90 sekunnista kolmeen minuuttiin ja nostamalla kehitteen lämpötilaa. Kuvalevytekniikassa kehitettiin kaksipuoleinen kuvalevyn luenta ja omat kuvankäsittelyohjelmat mammografiakuville. Myös pixelikokoa pyrittiin pienentämään. Säteilyturvakeskus arvioi pitkään, riittääkö kuvalevyn laatu seulontoihin. Kuvadatan häviäminen eli fading ja kuvalevyjen puhtaus koettiin myös ongelmalliseksi. Niinpä mammografiassa siirtyminen digitaaliseen kuvantamiseen on tullut viiveellä. Nykyisin mammografialaitteissa käytetään Suomessa jo pääosin detektoritekniikkaa. Säteilyturvakeskuksen tilastojen mukaan Suomeen on rekisteröity yhteensä 159 mammografialaitetta, joista suoradigitaalisia laitteita on 98. Suhteellisesti ottaen Suomessa kuvataan edelleen paljon kuvalevytekniikalla verrattuna muihin Pohjoismaihin ja Eurooppaan. Esimerkiksi Ruotsissa mammografiaa tehdään täysin suoradigitaalisilla laitteilla. Mitä idemmäs ja etelämpään Euroopassa mennään, sitä enemmän kuvalevytekniikkaa käytetään.
Kuvamonitorit ja tietojärjestelmät
Kuvamonitorien ja ohjelmistojen vaatimukset ovat muuttuneet neljännesvuosisadassa huimasti. Katodisädeputkinäytöt (CRT, Cathode Ray Tube) jäivät historiaan ja nestekidenäytöt (LCD, Liquid Crystal Display) ovat isompia ja tarkempia, kehittyen koko ajan. Myös kuvankatseluolosuhteet ovat muuttuneet: ennen radiologi katseli kuvia kuvataululta kuvatarkastuksessa, nykyisin radiologi istuu hämärässä huoneessa jossakin – voi olla vaikka kotonaan tai laskettelemassa. 1990-luvun puolivälissä oli röntgenhoitajien täydennyskoulutus, jossa visioitiin, kuinka tulevaisuudessa radiologi voi lausua röntgenkuvia vaikka kotona loikoillen – nyt 25 vuotta myöhemmin, visio on osa kliinistä käytäntöä. Sen on mahdollistanut nopeat tietoliikenneyhteydet, joista ei viime vuosituhannen lopulla osattu edes unelmoida. Kuusamossa digitaaliseksi skannatun keuhkokuvan siirtyminen Ouluun saattoi kestää puolikin tuntia. Toki kuvadatan ja potilastietojen käsittely edellyttää hyvää ja turvallista yhteyttä. Samalla se nopeuttaa potilaan hoitoa paikasta riippumatta – toivottavasti.
Muutama muistelus matkan varrelta
Filmi-vahvistuslevyjen aikana oli usein käytössä alumiinikiiloja, joilla pyrittiin tasaamaan valotusta. Digitaalisessa kuvantamisessa näitä ei enää tarvita, koska kuvanluenta voidaan optimoida ja kuvaa voidaan käsitellä. Digitaalisessa kuvantamisessa ei tule yli- eikä alivalotusta johtuen laajasta dynamiikasta. Tämä johtaa helposti siihen, että kaikilla potilailla käytetään saman verran säteilyä riippumatta potilaan koosta ja tutkimusindikaatiosta. Myös kuvausarvojen muuttaminen ja yleensäkin kuvausarvojen vaikutus säteilyannokseen ja kuvanlaatuun hämärtyy. Toki etenkin taulukuvailmaisintekniikalla on potilasannoksia voitu pudottaa huomattavasti. Myös Säteilyturvakeskus on huomioinut tämän vertailuannoksia asettaessaan. Taulukuvailmaisimille on asetettu saavutettavissa oleva taso muutamiin tutkimuksiin.
Moni asia on muuttunut vuosien varrella. Koska röntgenfilmi oli kallista, piti sitä säästää, joten kuvattiin useampi projektio samalle filmille. Digitaalisessa kuvantamisessa tästä ei tarvitse huolta kantaa. Toinen mielenkiintoinen muutos on kuvan rajaus. Filmikasetteja ja röntgenfilmiä oli lukuisia eri kokoisia ja kasetti valittiin kohteen koon mukaan. Jo kuvalevyissä oli kokoja vähemmän ja detektoreissa vain yksi tai kaksi kokoa. Sen vuoksi kuvan rajaus voi jäädä turhan laajaksi tai sitten kuvaa rajataan eksponoinnin jälkeen monitorilla. Kuvasta tulee kuitenkin aina nähdä alkuperäinen säteilylle altistunut alue, joka esimerkiksi raskaana olleen kuvauksen jälkeen voi olla hyvinkin merkittävä tieto. Etenkin kuvalevyn tulon alkuaikoina oli havaittavissa rajauksen löystyminen, koska laitetoimittajan ohje oli: kuvalevylle pitää tulla suoraa säteilyä.
Röntgenosastoilla on tapahtunut myös henkilökunnassa muutos: fyysikoiden määrä on lisääntynyt huomattavasti ja esimerkiksi kehittäjien ammattikunta on kadonnut. Uutena ovat PACS-vastaavat, jotka esimerkiksi korjaavat, jos kuvat on menneet väärän potilaan nimellä tai kuvadatassa on väärää tietoa. Laadunvarmistuksessa on otettu käyttöön uudet menetelmät ja annosseuranta on jo osittain automatisoitu niin, että annostietoa ja kuvanlaatua voidaan seurata tutkimuskohtaisesti. Ehkä lähiaikoina saadaan jopa ”annospassi” tai ainakin jonkinlainen annostietämys potilaskohtaisesti.
Taaksepäin katsottaessa reilut kolme vuosikymmentä digitaalista kuvantamista tuntuu lyhyeltä ajalta. Eteenpäin katsottuna – kukaan ei osanne ennustaa. Onko tehty digiloikka – ainakin digihyppy. Terveydenhuollossa kaikkinensa on edetty paljon hitaammin kuin vaikkapa kaupan tai pankkipalvelujen alueella, voisi melkein sanoa madellen. Sähköisen reseptin saaminen vei pari vuosikymmentä, Kanta-arkistoa on tehty ja kehitetty yhtä hartaasti. Kuvantamista on perinteisesti pidetty teknisesti korkeatasoisena ja edellä kävijänä. Tässä suhteessa voisi sanoa, että ehkä on otettu pieni loikka tai tehty vain puolimaraton.
Anja Henner 1.11.2021