Vastaväittäjä: Apulaisprofessori Yongping Zheng, Hong Kong Polytechnic University
Kustos: Professori Jukka S. Jurvelin, Kuopion yliopisto

Väitöskirjan tiivistelmä:

Ultraäänen soveltuvuus nivelrikon tutkimiseen

Nivelrikko on yleinen kansantauti, josta kärsii noin puoli miljoonaa suomalaista. Taudin alkuvaiheessa rusto pehmenee ja kudoksen pinta hapsuuntuu. Nivelrikolle on tunnusomaista ruston kuluminen ja kivun lisääntyminen. Pitkälle edetessään tauti vie nivelen toimintakyvyn kokonaan.

Nivelrikon alkuvaihe on oireeton, jolloin taudin diagnosointi on vaikeaa. Nivelrikko havaitaan yleensä vaiheessa, jolloin nivelpinnat ovat merkittävästi kuluneet. Koska nivelrusto uusiutuu heikosti, hoitomahdollisuudet ovat silloin heikot. Nykyiset hoitomenetelmät ovat lähinnä kipua lievittäviä, eikä ruston kuntoa voida koskaan palauttaa täysin ennalleen.

Nivelrikon havaitseminen taudin varhaisessa vaiheessa voisi mahdollistaa tehokkaammat hoitomenetelmät ja esimerkiksi potilaan elämäntapamuutoksilla voitaisiin ehkä merkittävästikin hidastaa nivelrikon etenemistä ja parantaa potilaan elämänlaatua. Nykyiset nivelrikon diagnosointimenetelmät ovat kuitenkin epäherkkiä, eikä nivelrikkodiagnoosi ole siten mahdollinen taudin varhaisessa vaiheessa.

Useat tutkijat ovat esittäneet, että ultraäänen avulla voitaisiin havaita nivelrikolle tunnusomaisia rustomuutoksia. Ultraääni soveltuu ruston kuvantamiseen, mutta äänen ja kudoksen fysikaalisiin vuorovaikutuksiin perustuen mitatusta ultraäänisignaalista voidaan laskea myös ruston rakennetta ja koostumusta kuvaavia parametreja. Ultraääntä voidaan myös hyödyntää mekaanisessa ruston jäykkyysmittauksessa, jolloin ultraäänen avulla mitataan rustokerroksen paksuus ja ruston puristuma. Tämä parantaa jäykkyysmittauksen tarkkuutta.

Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ultraäänen heijastuminen ruston pinnalta käyttäytyy rustovaurion edetessä. Myös ultraäänen nopeutta ja vaimenemista tutkittiin terveessä ja vaurioituneessa rustokudoksessa. Työssä selvitettiin myös, muuttuvatko ruston akustiset ominaisuudet kudoksen mekaanisen koestamisen aikana, ja onko mahdollisilla muutoksilla vaikutuksia ruston jäykkyysmittauksen tarkkuuteen. Kaikki mittaukset suoritettiin ihmisen, naudan tai porsaan nivelrustonäytteille laboratorio-olosuhteissa.

Työssä havaittiin, että ultraäänen heijastus ilmensi tarkasti nivelruston pinnan alkavaa vauriota. Myös ultraäänen nopeus ja vaimeneminen riippuivat merkittävästi nivelruston vaurioasteesta. Ruston mekaanisen kuormittamisen havaittiin aiheuttavan muutoksia ultraäänen nopeudessa ja vaimenemisessa. Ultraäänen nopeuden muutokset voivat synnyttää epätarkkuutta ultraääniavusteisesti määritettyyn ruston jäykkyyteen, joskaan tämä ei välttämättä vaikuta menetelmän diagnostiseen käytettävyyteen.

Tutkimustulokset osoittavat, että ultraäänimenetelmät ovat herkkiä nivelrikolle tyypillisten kudosmuutosten havaitsemiseen. Väitöskirjatyössä testattuihin menetelmiin perustuva kliininen ultraäänimenetelmä voisi varhaistaa nivelrikkodiagnoosia merkittävästi.

Heikki Nieminen
Kuopion yliopisto
fysiikan laitos
puh. 050 338 9932
sähköposti: heikki.nieminen@uku.fi

Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 978-951-27-0689-1