Töyräs Juha 30.3.2001Mechano-Acoustic Characterization of Articular Cartilage and Trabecular BoneKuopion yliopiston luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunnassa esitettiin 30.3.2001 tarkastettavaksi FM Juha Töyräksen väitöskirja Mechano-Acoustic Characterization of Articular Cartilage and Trabecular Bone (Ultraäänen soveltuvuus luun ja ruston rakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien arvioimiseen). Vastaväittäjänä oli dosentti Harri Sievänen UKK-instituutista Tampereelta ja väitöstilaisuuden valvojana dosentti Jukka S. Jurvelin Kuopion yliopistollisesta sairaalasta. Väitöskirjan tiivistelmä: Nivelrikko (osteoartroosi) ja luunhaurastuminen (osteoporoosi) ovat erityisesti iäkkäitä ihmisiä uhkaavia kansantauteja, joiden sosiaaliset ja taloudelliset vaikutukset ovat erittäin suuret. Näiden tautien hoidon kannalta aikainen diagnosointi on ensiarvoisen tärkeää. Tässä väitöskirjatyössä pyrittiinkin kehittämään ultraäänen käyttöön perustuvia menetelmiä molempien sairauksien diagnostiikkaan. Menetelmiä kehitettäessä tehtiin kokeellisia mittauksia sekä nivelrustolla että hohkaluulla. Kokeellisten mittausten lisäksi suoritettiin sekä analyyttisiä että numeerisia mallinnuksia. Kokeelliset mittaukset koostuivat ultraäänimittausten lisäksi mekaanisesta koestuksesta, tiheysmittauksista sekä mikroskooppisista määrityksistä. Tuloksia analysoitaessa verrattiin ultraäänen ja verrokkimenetelmien kykyä mitata kudosten rakenteellisia ja mekaanisia ominaisuuksia. Väitöskirjatyössä kehitettiin matemaattisen mallinnuksen sekä kokeellisten mittausten avulla uudentyyppinen laite erityisesti ohuen nivelruston mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen niveltähystyksen yhteydessä. Tutkimusten yhteydessä ilmeni, että korkeataajuinen ultraääni (20-30 MHz) on erittäin herkkä havaitsemaan pinnallisia nivelrikon alkuvaiheen muutoksia. Tämän lisäksi ultraääni osoittautui tarkaksi menetelmäksi määrittämään nivelruston paksuus, mikä sinällään on kliinisesti tärkeä tieto nivelrikkodiagnostiikassa. Tutkimuksissa selvisi myös, että yhdistämällä ultraäänimittaus mekaaniseen koestukseen pystyttiin diagnosoimaan varhaisia nivelrikkomuutoksia ja erottelemaan erityyppisiä vauriomekanismeja toisistaan, mikä on nivelrikon hoidon kannalta erittäin tärkeää. Luun ultraäänitutkimuksissa selvisi, että luun koon ja luuta ympäröivien pehmytkudosten vaikutus kliinisesti mitattaviin ultraääniparametreihin (äänen nopeus ja laajakaistainen vaimeneminen) saattaa olla merkittävä virhelähde ja se tulisi ottaa huomioon tehtäessä kliinisiä mittauksia. Tutkimuksissa selvisi myös, että yleisimmin kliinisissä luuston ultraäänitutkimuksissa käytettävä muuttuja (laajakaistainen vaimeneminen) ei käyttäydy samalla tavalla mineraalitiheyden kanssa kuten kliinisissä mittauksissa on oletettu, vaan saattaa antaa virheellisiä tuloksia suurilla luuntiheyden arvoilla. Yksittäisistä parametreistä parhaaksi luun murtolujuuden ennustajaksi osoittautui mineraalitiheys, mutta paras ennuste luun lujuudesta saavutettiin kuitenkin yhdistämällä ultraäänimittauksen ja perinteisen mineraalimittauksen tulokset. Yhteenvetona voidaan sanoa, että korkeataajuinen ultraääni on potentiaalinen menetelmä nivelrikon aikaiseen toteamiseen ja erityisesti yhdistettynä mekaanisten ominaisuuksien mittaukseen se voisi antaa uutta aikaisempia menetelmiä tarkempaa tietoa nivelruston tilasta. Tämän väitöskirjatyön pohjalta ollaankin kehittämässä uutta laitteistoa kliiniseen nivelrikkodiagnostiikkaan. Luun ultraäänitutkimuksissa selvisi, että ultraäänen käyttäytyminen hohkaluussa tunnetaan puutteellisesti ja että kliinisesti käytettäviin luuston ultraäänitutkimuksiin saattaa siten liittyä virhelähteitä. Voidaan kuitenkin todeta, että oikein käytettynä ultraääni on hyvä työkalu myös osteoporoosidiagnostiikassa. Tässä työssä saatujen tutkimustulosten pohjalta voikin olla mahdollista kehittää aikaisempaa herkempi ultraäänimenetelmä myös osteoporoosidiagnostiikkaan. Kuopion yliopiston julkaisuja C Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 951-781-221-3 |