Mammografia, osa kuvantamisen historiaa ja tulevaisuutta

Kirjoittanut: Anja Henner, TtT, Yliopettaja (emerita)

Mammografia on ollut kuvantamisen yhtenä osa-alueena käytössä Suomessa 1970-luvulta alkaen. Suuri muutos ja kehitys on tapahtunut kuvan tallentamisessa: paperitulosteesta röntgenfilmin kautta digitaaliseksi reilussa viidessä vuosikymmenessä. Silti nykyinen röntgenhoitaja-, radiologi- tai fyysikkosukupolvi tuskin muistaa yksiemulsioista filmiä, hidastettua kehityskoneen ratanopeutta tai kehitteen korotettua lämpötilaa puhumattakaan koko prosessin tarkasta laadunvalvonnasta. Tässä tarinassa muutamia nostoja historiasta nykyaikaan.

Taustaa

Tarina kertoo, että ensimmäinen idea mammografiasta on syntynyt Rochesterissa 1924, jolloin joukko miesoletettuja röntgenhoitajia ihailivat valotaululla olevaa isorintaisen naisoletetun keuhkokuvaa. Kuvaa katsellessaan he pohtivat leikillään ja vakavissaan, voisiko kasvaimia paikantaa rinnasta röntgensäteillä. Faktaa on, että saksalainen kirurgi Albert Salomon otti röntgenkuvat poistetuista rinnoista vuonna 1913 osoittaakseen syövän leviämisen kainalon imusolmukkeisiin. Salomon pystyi myös erottamaan röntgenkuvan perusteella paikallisen, rajautuneen rintasyövän kudoksiin levinneestä syövästä. Eläville potilaille mammografia saatiin käyttöön, kun amerikkalainen Stafford L. Warren esitti 1930 julkaistussa artikkelissaan kuinka tärkeää on verrata molempien rintojen kuvaa rinnakkain ja kuinka luotettava kuvantamismenetelmä mammografia on: 119 henkilön kuvista vain kahdeksan tapausta tulkittiin väärin. Urugualainen radiologi Raul Leborgne esitteli puristuksen merkitystä mammografiassa 1949  ja  sen jälkeen Gershon-Cohen havaitsi rinnan kompression merkityksen mammografiakuvauksen laadun parantajana. Näiden tutkimustulosten jälkeen oltiin vakuuttuneita mammografian hyödyistä ja tekniikan kehittäminen kiinnosti yhä laajempaa joukkoa.  Kuitenkin mammografian kehittyminen nopein harppauksin tapahtui vasta 1970- luvulta alkaen.

Rintasyöpäseulonta osaksi terveydenhuollon järjestelmää

Amerikassa tehtiin1963-1966 laaja tutkimus, jossa pyrittiin todistamaan mammografian hyöty syövän varhaisessa toteamisessa. Rintasyöpäseulontaan saatiin lisävahvistusta 1974, kun Myron Moskowitz ja yhteistyökumppanit toivat uutta tutkimusmateriaalia ja lopullinen vahvistus sen hyödyistä nousi esille 1980-luvulla. Merkityksellinen tutkija ja kehittäjä on meille vanhemman polven röntgenihmisille tuttu ruotsalainen László Tabár. Hän on tehnyt paljon tutkimusta ja kouluttanut ja opettanut eri maissa mammografiaseulonnan merkityksellisyyttä vuodesta 1985 alkaen, jolloin hän esitteli 134867 naisen (ikähaarukka 40 – 79 vuotta) rintasyöpäkuolleisuuden laskeneen 31% yhden rinnan viistokuvan perusteella tehdyn varhaisen löydöksen vuoksi. Suomessa seulonnat aloitettiin vuonna 1987 ja Kansanterveysasetuksen (1992) mukaan kuntien täytyi järjestää maksuton seulonta kahden vuoden välein 50 – 59 vuotiaille naisille. Nykyisin seulontaa tehdään 50 – 69   vuotiaille.  

Mammografiakuvantamisen moderni aika alkaa 1970-luvulla

Mammografian moderniksi ajaksi kutsutaan 1970 -lukua, ehkä nykyaikana voitaisiin moderni aika siirtää 2000 -luvulle. Vaikka jo 1950 -luvulla Robert L. Egan, jota myös mammografian isäksi on tituleerattu, esitteli hienoraevahvistuslevyn ja kaupallisen filmin kuvan laadun parantamiseksi, mutta vasta 1960 -luvulla alettiin suunnittelemaan erityisiä rintojen kuvantamiseen suunniteltuja mammografialaitteita ja välineitä. Tosin ranskalainen Charles Gross esitteli 1965 laitteen, jossa oli anodimateriaalina molybdeenia, fokuskoko 0.7 mm sekä puristuslaite. Tällä saavutettiin hyvä erotus parenkyymin, rasvan ja mikrokalkkien osalta. Matalan kuvausjännitteen ja korkean virran merkitys kuvan laadun parantamiseen oli myös havaittu. Alkuaikoina kuvia arvioitiin paperille tulostettuina, myöhemmin käytettiin myös kuorifilmiä (röntgenfilmi valotiiviissä kuoressa). Stukissa tarkastajana työskennellyt Kauko Karila kirjoittaa Röntgenhoitaja 1/1980 lehdessä: ”Vahvistuslevy-filmiyhdistelmien käyttöä pitäisi mammografiassa lisätä, koska siirtyminen kuorifilmeistä vahvistuslevyihin pienentää annoksia 1/3 – 1/30 osaan”.

Alalla toimivat laitevalmistajat panostivatkin 1970 – ja 1980 -luvuilla mammografiafilmien ja vahvistuslevyjen sekä kehitysprosessin kehittämiseen. Sickles, Kunio Doi ja Genant keksivät käyttää suurennusta kuvauksessa 1977, joten siihen tarvittiin omat apuvälineensä. Sekä kliinisen että seulontamammografian laajetessa 1980 -luvulla, itse mammografialaitteisto, kuvien tallentaminen, kehittäminen ja sanelu muuttuivat nopeasti.

Mammografiassa käytetyt kasetit, filmit ja vahvistuslevyt

Markkinoilla oli erilaisia röntgenfilmejä ja -kasetteja mammografiaan. Mammografiassa käytettävä röntgenfilmi muuttui kaksiemulsioisesta yksiemulsioiseksi ja röntgenkasetissa kahden vahvistuslevyn sijasta oli vain yksi, useimmilla valmistajilla takakannessa oleva vahvistuslevy. Vahvistuslevy oli hienorakeinen (pienet kiteet). Tällä tavalla pyrittiin saamaan takaisin heijastuma (crossover) mahdollisimman pieneksi ja kohteen pienet yksityiskohdat tarkaksi.  Pienet kiteet tuottivat kuitenkin vähemmän valoa, joten säteilyä tarvittiin enemmän. Mammografiassa käytetty röntgenfilmi oli jyrkkä, jolloin valotusvara oli pieni. Tällä yhdistelmällä saatiin esille pieniä yksityiskohtia ja pienet erot kudoksen tiiviydessä. Hidas vahvistuslevy vaati kuitenkin isomman säteilyannoksen ja filmin jyrkkyys oikeaan osuvan säteilyannoksen. Tämän vuoksi mammografialaitteisiin tuli jo varhaisessa vaiheessa valotusautomaatti (AEC), joka mittasi rinnan läpi menneen säteilymäärän kuvan oikean mustuman saavuttamiseksi. Kun luuston kuvauksessa valotusautomaatissa oli säädettävissä n. kolme porrasta suuntaansa, mammografialaitteessa mahdollisuuksia saattoi olla seitsemän suuntaansa. Valotusautomaatti oli mammografialaitteessa kasetin alapuolella, jotta mittakammio ei näy kuvassa (luuston kuvauksissa kasetin yläpuolella). Normaalisti kasetin takakannessa on ohut lyijylevy, mutta mammokasetissa ei saanut olla takakannessa lyijyä juuri valotusautomatiikan takia.  Muutenkin kasetille oli eritysvaatimuksia: etureunan piti olla mahdollisimman ohut (chest wall distance), kasetin valotiivis, sen tuli vaimentaa säteilyä mahdollisimman vähän ja oltava helposti puhdistettava.

Mammofilmin kehittäminen

Pimiössä kehittäjän tuli laittaa filmi kasettiin oikein päin eli filmin emulsiopuoli vahvistuslevyä vasten. Filmin mustumaa voitiin ”säätää” vielä kehityskoneessa hidastamalla filmin kulkua kehitysprosessin aikana (normaalisti 1,5 minuuttia, mammolla 3,5 minuuttia) ja nostamalla kehitteen lämpötilaa asteella tai kahdella. Kaikki tämä edellytti joko kahta eri kehityskonetta tai kehitysprosessin sovittamista näiden kahden väliin, mutta kuvan laadun ja potilaan säteilyannoksen tasapainon säilyttämistä.

Mammografia digiaikaan: Full-Field Digital Mammography  eli FFDM

Mammografia lienee digitalisoitunut kuvantamisessa viimeisenä. Food and Drug Administration (FDA) julkaisi 1996 laitetoimittajille ohjeet digitaalisen mammografian testaukseen ja hyväksymisprosessiin. Ensimmäinen FDA:n hyväksymä digitaalinen mammografialaite oli General Electricin Senographe 2000 D 2000 -luvun alussa.  Luuston tutkimuksissa siirryttiin 1990-luvulla kuvalevyihin ja 2000- luvulla ns. suoradigitaaliseen eli detektoripohjaiseen kuvantamiseen. Ensimmäiset riittävän tarkat digitaaliset CR-kuvanlukijat ja kuvalevyt mammografiaan tulivat 1997 – 2000 Fujilta, Agfalta ja Kodakilta (nyk. Carestream). Annostaso ei juurikaan laskenut filmille kuvantamiseen verrattuna.

Samaan aikaan mammografialaitevalmistajat kehittivät suoradigitaalisia detektoreita, joilla kuva syntyy suoraan digitaaliseen muotoon ja se pystytään tallentamaan DICOM formaatissa PACS järjestelmään edelleen katsottavaksi. CR-kuvalevypohjaisiin mammografialaitteisiin on kehitetty myös tekniikoita, joilla olemassa oleva laite digitalisoidaan, joten koko laitetta ei tarvitse uusia.

Tomosynteesi, 3D-kuvantaminen, kaikukuvantaminen ja MRI ovat kehittyneet viime vuosina huimasti. Silti perinteinen mammografia pitänee vielä pintansa varsinkin seulonnassa, joskin suoradigitaalisena.

Mammografiakuvien katselu

(kiitos asiantuntija-avusta Eero Mässeli)

Xerografiassa kuva tulostettiin paperille ja myös tulkittiin siitä. Röntgenfilmiin siirryttäessä tulivat röntgenosastoille valotaulut ja autoalternaattorit. Mammokuvien katselua varten voitiin laittaa osa valotaulusta pimeäksi sammuttamalla valoja taulusta tai peittämällä taulu mustalla materiaalilla. Radiologi erotti paremmin pienet yksityiskohdat ja erot, kun valo oli vain kuvan kohdalla.

Digitaaliseen kuvantamiseen siirtyminen muutti röntgenosastojen luonnetta ja rakennetta: pimiö kehityskoneineen ja kiinnitteen tuoksuineen jäi historiaan ja tilalle tulivat hämärät saneluhuoneet monitoreineen. Myös röntgenhoitaja tarkastaa kuvan onnistumisen työasematietokoneen monitorilta. Kuvankatselumonitoreissa on tapahtunut huima kehitys reilussa kahdessa vuosikymmenessä.

Markkinoilla oli CRT-tekniikkaan perustuvia 5MP näyttöjä saatavilla jo 1990-luvun lopulla, mutta niiden hinta oli varsin korkea ja niitä ei tiettävästi Suomeen hankittu. PACS järjestelmät olivat alkuvaiheessa myös hitaita mammografiakuvien käsittelyyn. Ensimmäiset LCD-tekniikkaan perustuvat DICOM kalibroidut 3MP näytöt tulivat markkinoille 2002. Vuonna 2004 myös viimeiset keskussairaalat siirtyivät PACSiin ja niiden nopeus alkoi olla riittävä myös mammografiakuville. EUREF julkaisi vuonna 2003 lisäyksen seulontamammografian laadunvalvonnasta (European  Guidelines  for  Quality  Assurance  in Mammography  Screening), ja siinä mainittiin että monitorina tulisi käyttää 19-21”, 5 Megapikselin monitoreja. Koska laitevalmistajat olivat mukana dokumentin valmistelussa, saatiin monitoreja markkinoille nopeasti ainakin Belgialaiselta Barcolta ja Japanilaiselta Eizolta.

Monitorien kirkkaus oli tuolloin tyypillisesti 350 – 500 kandelaa, valmistajasta riippuen. Luminanssisuhteen minimi oli aluksi 250:1. Huonevalaistuksen maksimikirkkaudeksi määriteltiin 10 Luxia, joka on hyvin pimeä.

5MP harmaasävy LCD-monitori pysyi vakioratkaisuna seulontamammografiassa yli 10 vuotta. Ainoa merkittävä muutos oli loisteputkivalojen kieltäminen uusissa monitoreissa EU:ssa 2012 elohopean vuoksi.

Vuonna 2012 Barco aloitti yhdessä LCD-paneelien valmistajan Hitachin kanssa kehitystyön värillisen, 12 Megapikselin laajakuva mammografianäytön kehittämiseksi. Kyseessä oli aivan uusi teknologia perustuen uuteen LED-taustavaloon ja yli kaksinkertaiseen kalibroituun kirkkauteen (1000 cd). Monitorin koko kasvoi myös 33-tuumaiseksi, joka vähentää merkittävästi tarvetta kuvien suurentelemiseen. Värinäyttö mahdollisti myös kaikkien muiden modaliteettien sanelun samalta näytöltä. Korkeampaa kirkkautta oli runsaasti toivottu radiologien toimesta, jotta huonevalaistuksen tasoa voitaisiin edes hieman nostaa, kuvanlaadun kärsimättä. Tämä parantaa saneluergonomiaa ja työssä jaksamista. Lisäksi yksi laajakuva monitori eliminoi tarpeen näyttöparien värisovittamisesta, joka on ollut LCD-tekniikan merkittäviä haasteita alusta pitäen.

Uusin AAPM’n suositus (The Report of AAPM Task Group 270 January 2019) mammografia monitorien luminanssisuhteeksi on LR=350 (vaihteluväli LR=250:1 – 450:1) Minimikirkkaus on 420 kandelaa kalibroituna ja mustan taso vähintään 1.2 kandelaa. Huonevalaistuksen taso mammografiasanelu tiloissa tulisi olla 20 – 45 Luxia. Nykyiset, tunnettujen valmistajien mammografiaan tarkoitetut monitorit täyttävät edellä mainitut vaatimukset varsin helposti. Suuri osa myydyistä mammografia monitoreista vuonna 2021 oli jo 600-1000 kandelan, 12 MP, 30 -33” laajakuva värinäyttöjä. Harmaasävy 5MP pareja edelleen valmistetaan, mutta kysyntä laskee voimakkaasti.

Mammografia tänään

Rintasyöpätutkimuksen ja mammografiaseulonnan kehitys on ollut huimaa viimeisten vuosikymmenten aikana. Systemaattisen seulonnan hyödyt ovat kiistattomat. Suomessa löytyy vuodessa yli 5000 rintasyöpää, joista suuri osa voidaan parantaa. Rintasyöpäkuolleisuus on alhainen juuri tehokkaan seulonnan ansiosta.

Kuvantamisen teknologia on kehittynyt, se on tänään yhä enemmän suoradigitaalista. Kuvantaminen on sitä myötä helpompaa röntgenhoitajille, kuvalevyjen ja filmien käsittely on jäänyt pois. Radiologeille voidaan tarjota entistä parempilaatuisia kuvia kehittyneiden detektoriteknologioiden ja kuvaprosessoinnin ansiosta. Asiakkaan säteilyturvan kannalta yhä parempilaatuisia kuvia saadaan aikaiseksi entistä pienemmillä säteilyannoksilla. Kehitys on oikean suuntaista, mutta paljon on vielä tehtävää.

Uudet detektoriteknologiat ja kehittyneet kuvankäsittelyalgoritmit tuovat uusia ulottuvuuksia rintasyöpätutkimukseen, jonakin päivänä myös seulontaan. Yhä pienempiä muutoksia rintarauhaskudoksesta voidaan erottaa terveestä kudoksesta. Tekoälyavusteiset analysointiohjelmistot tekevät myös tuloaan. Samoin niin sanotut multimodaaliset kuvantamistekniikat, joissa yhdistetään erilaisia kuvantamisteknologioita, kuten esimerkiksi varjoainekuvaus ja tomosynteesi.

Teknologian kehitys yhteistyössä kliinisten asiantuntijoiden kanssa antaa hyvän ennusteen nykyisille ja tuleville sukupolville.

Lähteitä:

Omat muistiinpanot

Röntgenhoitaja 1/1980 lehti

Nitida Mekasut (2011) Mammography: From Past to Presen

www.syoparekisteri.fi

Steen & Van Tiggelen  Short history of mammography: a Belgian perspective. https://www.researchgate.net/publication/6143668_Short_history_of_mammography_a_Belgian_perspective

Uusista rinnan kuvantamismenetelmistä lisää materiaalia  http://earlydetectionofbreastcanser.weebly.com/module-3.html