Filosofian maisteri Abhisek Bhattarain väitöskirjatyössä tutkittiin kaksoiskontrastiaineeseen perustuvaa tietokonetomografiamenetelmää nivelruston terveyden määritykseen. Kehitetty menetelmä nopeuttaa varjoainepohjaista tietokonetomografiakuvantamista ja tehostaa nivelen toiminnan ja rakenteen tutkimusta. Se mahdollistaa tulevaisuudessa aikaisempaa paremman nivelrikon kehittymisen ennustamisen ja hoidon suunnittelun.
Nivelrikko on kymmeniin miljooniin ihmisiin vaikuttava sairaus. Lihavuus ja nivelvammat ovat tunnettuja tekijöitä, jotka lisäävät nivelrikon riskiä. Paikallinen kudosvaurio tai nivelen kokema vamma ovat erittäin yleisiä syitä traumaperäisen nivelrikon kehittymiselle. Tarkkojen diagnoosimenetelmien puuttuessa nivelrikkodiagnoosi vahvistetaan yleensä valitettavasti liian myöhään. Tällöin taudin etenemiseen ei enää pystytä tehokkaasti puuttumaan. Noin puolella potilaista, jotka ovat kokeneet polven ristisiteen tai nivelkierukan repeämän, kehittyy nivelrikko 10-20 vuodessa vamman jälkeen.
Nykyisillä diagnostisilla tekniikoilla on rajallinen kyky havaita varhainen rappeuma. Tietokonetomografia on yleisesti saatavilla oleva kuvantamistekniikka, jolla voidaan saavuttaa erinomainen kuvan tarkkuus. Pehmytkudosten, kuten nivelruston, tilan arviointi vaatii kuitenkin varjoaineiden käyttöä. Varjoaineavusteinen tietokonetomografia mahdollistaa kudosvaurioiden havaitsemisen, nivelkudosten segmentoinnin ja antaa tietoa ruston terveydestä varjoaineiden diffuusion perusteella. Lisäksi varjoaineiden käytön merkittävä etu on ruston ja luun samanaikainen kuvantaminen, mikä on ratkaisevan tärkeää sairastuneen nivelen kunnon kokonaisvaltaisessa määrityksessä.
Nivelruston rappeutumisen ensimmäisiä merkkejä ovat pinnallisen kollageeniverkon hajoaminen, proteoglykaaniproteiinien menetys ja vesipitoisuuden kasvu. Nämä rappeutumiseen liittyvät muutokset muuttavat varjoaineiden diffuusiota rustoon. Anionisten ja kationisten varjoaineiden diffuusio rustoon on kääntäen ja suoraan verrannollinen nivelruston negatiiviseen varaustiheyteen, jonka proteoglykaanit muodostavat ruston sisälle. Ei-ioniset aineet kuitenkin sekoittuvat vapaasti kudoksen vesipitoisuuden ja läpäisevyyden perusteella. Kationinen, jodipohjainen, varjoaine (CA4+) on diffuusiotasapainossa huomattavasti herkempi havaitsemaan proteoglykaanihäviöitä rustossa verrattuna muihin aineisiin.
Rappeutumisen aikana proteoglykaanien menetys ja vesipitoisuuden kasvu tapahtuvat samanaikaisesti, mitkä vaikuttavat vastakohtaisesti kationisten aineiden diffuusioon. Tämä johtaa heikentyneeseen herkkyyteen havaita kudosmuutoksia ennen diffuusiotasapainoa, ts. ensimmäisten tuntien aikana varjoaineen annostelun jälkeen, ennen kuin elimistö ehtii poistamaan ainetta. Siten CA4 +: n diagnostista herkkyyttä voitaisiin parantaa kykenemällä sulkemaan pois diffuusioon liittyvän muuttuneen vesipitoisuuden vaikutus.
Väitöstutkimuksessa yhdistettiin CA4+-varjoaine neutraalin gadolinium-varjoaineen (gadoteridolin) kanssa. Käyttämällä kahta erilaista röntgensäteilyenergiaa näiden eri varjoaineiden pitoisuudet nivelessä voidaan määrittää samanaikaisesti. Tulokset osoittavat, että menetelmä parantaa CA4+:n herkkyyttä ruston rakenteellisen ja toiminnallisen tilan määrityksessä. Lisäksi kuvantaminen voidaan tehdä tunnin kuluessa varjoaineen antamisesta, mikä on kliinisesti merkittävää. Tämä työ selventää myös nivelruston ainesosien (proteoglykaanit, kollageeni ja vesi) vaikutusta varjoaineiden diffuusioon kudoksen eri syvyyksissä ja eri ajan hetkillä. Saadut tulokset ovat arvokkaita tulevaisuuden varjoaineita suunniteltaessa, ja ne auttavat optimoimaan kuvantamisen ajoitusta.
Filosofian maisteri Abhisek Bhattarain lääketieteellisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Novel dual-contrast computed tomography technique for detection of cartilage injuries tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 16.10. Vastaväittäjänä toimii Assistant Professor Sarah Manske, University of Galgary, Kanada, ja kustoksena tutkijatohtori Janne Mäkelä, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti ja sitä voi seurata verkossa.
