Myndgreining

Myndgreiningardeildin er stór þáttur í Öldrunarrannsókn Hjartaverndar. Deildin er staðsett á annarri hæð rannsóknarstöðvarinnar í u.þ.b. 600 m2 húsnæði. Þar starfa röntgenlæknar, geislafræðingar og tæknimenn, en þar fyrir utan tengist fjöldi innlendra og erlendra vísindamanna og ráðgjafa starfsemi deildarinnar.

Deildin er ein sú fullkomnasta í heiminum og hefur í engu verið til sparað að fá bestu og öflugustu tæki sem völ er á. Myndatökubúnaður deildarinnar samanstendur m.a. af segulómun, tölvusneiðmyndun, ómun og augnmyndavél. Þá er á deildinni fjöldi sérhæfðra vinnustöðva fyrir myndaúrvinnslu.

Myndgreiningardeild Hjartaverndar er fyrsta filmulausa myndgreiningardeild á íslandi, útbúin stafrænu myndgeymslukerfi (PACS – Picture Archiving Computer System) og stafrænu upplýsingakerfi (RIS – Radiology Information System). Uppsetning á ofurtölvu sem á að nota við flókna úrvinnslu á heilamyndum teknar með segulómun stendur nú yfir.

Rannsóknir á myndgreiningardeild

Á deildinni eru framkvæmdar fjölbreyttar rannsóknir af nær öllum líffærakerfum. Yfirgripsmikil rannsókn sem snýr að byggingu og virkni heila er gerð með segulómun.  Þá á að nota segulómun til að greina hjartadrep og virkni  hjartavöðva en sú rannsókn er ein sú stærsta sem gerð hefur verið í heiminum með þessari tækni.

Öflugt tölvusneiðmyndatæki er notað til að mynda hjarta og æðakerfi og eru myndirnar notaðar til greiningar á magni kalks í kransæðum auk ósæðar.  Þá er tölvusneiðmyndun notuð til að taka myndir af stoðkerfi líkamans fyrir greiningu á beinþéttni ásamt vöðva og fitudreifingu.

Ómun er notuð til að rannsaka þykkt og stífleika hálsslagæða.  Einnig er virkni og bygging hjartans skoðuð.

Viðamiklar rannsóknir voru gerðar á augum og eyrum þar sem m.a. voru teknar myndir af augnhimnu, mældur augnþrýstingur og heyrn.

Þátttakendur í Öldrunarrannsókninni heimsóttu myndgreiningardeildina  tvisvar sinnum.  Í fyrri heimsókn voru gerðar rannsóknir með segulómun, tölvusneiðmyndun og ómun ásamt hluta vitrænna prófa.  Í seinni heimsókninni voru gerðar rannsóknir á sjón og heyrn.

Eins og fjallað hefur verið um voru framkvæmdar rannsóknir á augum og eyrum í þriðju heimsókn Öldrunarrannsóknarinnar. Rannsókn á augum fól í sér mælingu á sjón, augnþrýstingi og myndatöku á augnbotnum. Í myndatöku á augnbotnum voru teknar ljósmyndir af sjónhimnu. Markmiðið með myndatökunni var fyrst og fremst að kanna samband æðasjúkdóma í sjónhimnu og almennra hjarta- og æðasjúkdóma. Þannig eru myndirnar notaðar til að greina þrengingar í slagæðum, æðahnúta, æðagúl og blæðingar í sjónhimnu. Að auki verða kannaðar aðrir aldurstengdir sjúkdómar í auga eins og hrörnun sjónhimnu,  bæði í einstaklingum með og án sykursýki. Við myndatökuna var notuð sérhönnuð myndavél með afar sterkri aðdráttarlinsu. Myndir með mjög háa línuupplausn eru nauðsynlegar til að hægt sé að greina smáar sjónhimnubreytingar. Venjulega hefur augnbotnamyndataka einungis verið framkvæmd með því að nota filmur sem myndmóttakara þar sem línuupplausn hefur ekki verið nægjanleg með stafrænni tækni. Þróun í stafrænni ljósmyndun hefur þó verið hröð og í Öldrunarrannsókninni er í fyrsta skipti í faraldsfræðiverkefni notuð alstafræn myndavél í myndatöku á augnbotnum. Augnbotnamyndirnar hafa 6,3 milljón punkta (pixla) upplausn.

Heilabilun er sá þáttur í heilsu aldraðra sem hefur hvað afdrífaríkust áhrif á lífsgæði einstaklingsins og færni til daglegra athafna. Þetta er einnig sá þáttur sem kallar á mesta umönnun fyrir einstaklinginn heima og segir oft til um hvort þörf sé á búsetu á dvalarstofnun aldraðra eða hjúkrunarheimilum.

Í Öldrunarrannsókninni var heilabilun könnuð með ítarlegum vitrænum prófum ásamt segulómun. Ef vísbending kom fram um heilabilun fékk viðkomandi einstaklingur nánari rannsókn á minnismóttöku Landspítala – háskólasjúkrahúss á Landakoti.  Með ólíkum rannsóknum er ætlunin að finna samband á milli þeirra niðurstaða sem fást með segulómun og niðurstaða minnisprófana auk annarra rannsókna. Niðurstöðurnar má svo hugsanlega nota til að greina  heilasjúkdóma fyrr og þróa jafnvel nýja meðferðarmöguleika.

Myndir sem teknar eru með segulómun af heila eru notaðar fyrir þrennskonar greiningu er snúa bæði að virkni og byggingu heilans.  Um er að ræða hálfmagnbundna greiningu á almennum heilabreytingum, magnbundna greiningu á heilavirkni og magnbundna greiningu á byggingu heilans.  Í hálfmagnbundnu greiningunni eru notaðar fimm tegundir háskerpu-myndaraða sem innihalda um 400 myndir af hverjum einstaklingi.  Myndirnar eru greindar m.t.t. almennra breytinga í hvítum og gráum heilavef. Þannig er gerð grein fyrir fjölda og tegund breytinga í hverjum heila, þær taldar og staðsettar.

Sérhæfð vinnustöð er samanstendur af tveimur tölvum og fjórum skjáum ásamt sérhönnuðu skráningarforriti er notuð við úrvinnsluna.  Í magnbundinni greiningu af heilavirkni er rannsökuð hæfni heilavefs til að flytja utanfrumuvökva (diffusion) og segulmagn (magnetization transfer).  Í eðlilegum heilavef á sér ávallt stað ákveðið flæði utanfrumuvökva og flutningur segulmagns á milli sameinda.  Líklega minnkar bæði flæði og flutningur segulmagns með aldri og því gefst í fyrsta skipti í heiminum tækifæri á að kanna með nákvæmum hætti áhrif öldrunar á flæði utanfrumuvökva og flutning segulmagns í heila.

Í greiningunni er notað hálfsjálfvirkt forrit sem umreiknar myndstyrk segulómunar í magn flæði og flutning segulmagns sem túlkað er með línuritum. Í magnbundinni greiningu af byggingu heilans eru notaðar tví- og þrívíddar myndaraðir sem hver um sig eru misnæmar fyrir byggingu og breytingum heilavefs. Þessar myndir eru meðhöndlaðar í svokallaðri ofurtölvu sem eru um 60 raðtengdar tölvur (Linux cluster). Hver og ein hefur sitt hlutverk, allt frá því að leiðrétta myndgalla í grunnmyndum t.d. hreyfióskerpu, til nákvæmrar útlistunar á rúmmáli heilbrigðra og sjúkra vefja heilans og samanburðar á öllum mælingum Öldrunarrannsóknarinnar (data mining). Ofurtölvan hefur þannig í för með sér stóraukna möguleika á að finna tengsl margra líkra og/eða ólíkra mæliniðurstaða sem geta svarað spurningum Öldrunarrannsóknarinnar um aldurstengdar breytingar líkamans.

Í Öldrunarrannsókninni hafa verið skipulagðar nokkrar hliðarrannsóknir þ.e. aukarannsóknir sem aðeins ná til hluta þátttakenda. Ein þessara hliðarrannsókna var viðamikil rannsókn af hjarta með segulómun sem náði til amk 700 einstaklinga. Tilgangurinn er að kanna eiginleika og tíðni svokallaðs þöguls hjartadreps og greiningarnæmni segulómunar af þessum sjúkdómi miðað við greiningarnæmni hefðbundins hjartalínurits.

Þögul hjartadrep eru einkennalaus og ummerki þeirra sjást ekki alltaf á hjartalínuritum. Þetta leiðir til þess að meðferð er ekki gefin sem getur haft afar slæmar afleiðingar seinna fyrir þolanda þöguls hjartadreps, þ.e. hann fengið alvarlegt hjartaslag vegna stærra dreps í hjartavöðva.  Í segulómrannsókninni eru teknar myndir í ýmsum plönum sem eru svo notaðar til að greina virkni hjartavöðvans, m.a. samdráttareiginleika hjartahólfa, útstreymisbrots og massa hjartavöðvans (MYND). Þá verður beitt sérstakri tækni sem með aðstoð skuggaefnis lýsir upp svæði hjartavöðvans sem innihalda drep (MYND). Þessi tækni hefur mikla næmni fyrir drepi í hjartavöðva en líkur eru á að rannsóknin verði sú fyrsta í heiminum til sýna fram á nákvæma greiningarnæmni segulómunar af þöglu hjartadrepi.

Kransæðasjúkdómar og afleiðingar þeirra, t.d. hjartadrep, hafa veruleg áhrif á lífsgæði einstaklinga og getu til að lifa óháð hjúkrun eða umönnun. Hjartabilun er vaxandi vandamál meðal aldraðra alls staðar í heiminum.  Því er brýnt að reyna að auka skilning á hvaða þættir það eru sem stuðla að betra heilbrigði hjartans á efri árum. Margar rannsóknir í Öldrunarverkefninu snúa að hjarta – og æðakerfi. Með myndgreiningu er hjarta ekki aðeins rannsakað með segulómun eins og fjallað hefur verið um, heldur einnig með tölvusneiðmyndum. Um er að ræða sneiðmyndir af bæði hjarta og ósæð sem notaðar eru til að greina magn kalks í kransæðum og hjarta. Þessi rannsókn er einn liður í að meta samband genatjáningar, æðakölkunar og öldrunar. Kalk í kransæðum er talið vera merki um langvarandi kransæðasjúkdóm og eykst því verulega með aldri. Erlendar rannsóknir hafa sýnt að þekkt tengsl eru á milli aukins magns kalks í kransæðum, hjartadreps og þar með dauða. TS myndirnar af hjarta og ósæð eru fluttar yfir í sérhæfðar vinnustöðvar þar sem sérstakt forrit er notað til að magngreina kalk hverrar kransæðar ásamt aðfarandi og fráfarandi ósæðar.

Beinþynning er vaxandi vandamál aldraðra og eitt af þeim vandamálum sem hafa veruleg áhrif á færni einstaklingsins. Beinbrot, bæði samfallsbrot á hrygg, lærleggsbrot og handarbrot eru stórt vandamál hjá öldruðum. Mikilvægt er að reyna að greina þá þætti sem ákvarða hættu á beinþynningu. Með þeim aðferðum sem beitt var í Öldrunarrannsókninni var vonast til að hægt verði að auka upplýsingar um þá þætti sem áhrif hafa á beinþynningu, slitgigt og brothættu. Með TS eru teknar myndir af lendhrygg og mjöðmum til að meta ástand beins. Fjöldi Linux vinnustöðva ásamt forriti sem sérstaklega var hannað fyrir þessa rannsókn er notað til að mæla beinþéttni ásamt lögun beins. Nýung er að nota TS tækni við beinþéttnimælingar og hefur það aldrei verið gert áður í heiminum í jafn miklu mæli og í Öldrunarrannsókninni. Hin hefðbundna aðferð við að mæla beinþéttni er að nota tvívíða röntgenmyndatöku sem hefur þá takmörkun að myndbjögun eftir vörpun myndefnis á mynd er algeng. Í TS eru myndirnar unnar í þrívídd sem stórlega dregur úr þessari bjögun sem gefur nákvæmari niðurstöður um beinþéttni og beinlögun. Sérstaklega skal bent á að með þessari rannsókn fást í fyrsta sinn upplýsingar um beinþynningu íslenskra karlmanna.

Þekkt er að með auknum aldri minnkar vöðvamassi einstaklingsins og magn fitu eykst. Þessir þættir geta haft veruleg áhrif á færni og almenna heilsu. Fitudreifing ákvarðar áhættu á ýmsum sjúkdómum og skýr tengsl eru á milli magns fitu og heilbrigði öldrunar. Fitudreifing og vöðvamassi líkamans var m.a. könnuð með TS í Öldrunarrannsókninni. Teknar voru myndir af kvið, læri og lifur sem unnar eru í vinnustöðvum. (Greinar og fræðsluefni um rannsóknir með Tölvusneiðmyndun í Öldrunarrannsókninni HÉR).

Ómun er notuð til að taka myndir af hálsslagæðum og hjarta. Í rannsókn af hálsslagæðum voru teknar myndir til að meta þykkt æðaveggja ásamt stífleika æða. Faraldsfræðirannsóknir hafa áður sýnt fram á tengsl þykktar hálsslagæðaveggjar og stífni hálsslagæðar við hjarta- og æðasjúkdóma. Þá hefur nýlega verið sýnt fram á skýrt samband á milli kalkútfellinga í kransæðum og þykktar hálsslagæðaveggja. Ómrannsóknin af hálsslagæðum getur því skilað mjög mikilvægum upplýsingum um aldurstengda þróun á kalkmyndunum í æðum og um hjarta- og æðasjúkdóma almennt.

Markmið hjartaómunar í Öldrunarrannsókninni er að meta ástand hjartavöðvans og innri starfsemi. Flestar mælingarnar eru gerðar á vinstri slegli, en þar er skoðuð stærð, veggþykkt og samdráttarhæfni slegilsins.  Stærð hjartahólfa er mæld og leki  og þrengsli í lokum metinn.  Þessar niðurstöður er svo hægt að bera saman við aðra þætti sem mældir eru í öldrunarrannsókninni s.s. blóðþrýsting, kalkmagn í kransæðum, kólesterólmagn o.f.l. Eins og í annarri myndaúrvinnslu á myndgreiningardeild þá er notað sérstakt tölvukerfi við úrvinnslu á öllum ómmyndum.

Hver einstök myndgreiningarrannsókn er viðamikil og felur í sér mikið magn mynda auk textaskráningar samfara gæðaeftirliti rannsókna og úrvinnslu mynda. Öll myndgögn eru geymd í PACS og textagögn eru geymd i ORACLE gagnagrunni Hjartaverndar.  Fyrir hvern og einn af þeim einstaklingum sem tóku þátt í Öldrunarrannsókninni voru teknar myndir sem krefjast um 600 MB (megabitum)  af geymslurými. Þá hafa verið skilgreindar um 12000 breytur fyrir hvern þátttakanda sem endurspeglar hið gríðarmikla magn upplýsinga sem safnað er í rannsókninni.

Hér verður gerð grein fyrir hvernig gagnakerfið er byggt upp m.t.t. flutnings og geymslu gagna.

PACS

PACS (Picture Archiving Computer System) tengir myndatöku við myndgagnageymslu og myndgagnaúrvinnslu.  Eftir að myndir eru teknar með ómun, segulómun og tölvusneiðmyndum eru allar persónuupplýsingar þ.e. nafn og kennitala þátttakenda, fjarlægðar af myndum og í staðin eru myndirnar merktar með 10 stafa leyninúmeri í sérstakri tölvu. Þá eru myndir fluttar í myndgeymslu sem samanstendur af tveimur 6,4 TB (terabita) arkífum. Þetta fyrirkomulag er haft á til að tryggja öryggi gagnanna. Arkífin tvö eru eftirmynd hvors annars og vista nákvæmlega sömu gögn. Þau eru geymd í eldvörðum herbergjum í sitt hvorri byggingunni. Frá arkífunum eru myndirnar fluttar sjálfkrafa til mismunandi vinnustöðva þar sem úrvinnsla mynda fer fram.

Flutningur textagagna

Um leið og myndatöku með ómun, segulómun, tölvusneiðum og augnbotnamyndavél er lokið eru allar myndir metnar m.t.t. myndgæða og gerð er grein fyrir hugsanlegum frávikum í framkvæmd myndatökunnar. Um er að ræða viðamikla skráningu sem getur tekið jafnlangan tíma og myndatakan sjálf. Allar þessar upplýsingar eru skráðar í RIS (Radiology Information System) og því næst eru gögnin flutt í ORACLE gagnagrunn stofnunarinnar. Eftir að myndir hafa verið unnar í úrvinnslu-vinnustöðvunum eru niðurstöður í formi texta fluttar í ORACLE gagnagrunninn.

Öflugt gæðaeftirlit er forsenda þess að hægt verði að ná markmiðum rannsóknarinnar. Því gegnir gæðaeftirlit stóru hlutverki á öllum stigum Öldrunarrannsóknarinnar, jafnt við þjálfun starfsfólks, framleiðslu grunngagna og úrvinnslu niðurstaða. Um leið og allar myndir hafa verið teknar eru þær greindar með tilliti til myndgæða og hugsanlegra útlitsfrávika sem geta haft áhrif á niðurstöður.  Það sama á við um ferlið sem við tekur þ.e. myndaúrvinnsluna sjálfa. Allar niðurstöður gæðaeftirlits á myndum eru skráðar í gagnagrunn Öldrunarrannsóknarinnar.

Sú gagnasöfnun og gagnaúrvinnsla sem Öldrunarrannsóknin hefur í för með sér, hefur gefið starfsmönnum kjörið tækifæri á að samnýta starfið til náms, t.d. meistara –  eða doktorsnáms. Einnig hafa nemar úr Háskóla Íslands (HÍ) og Tækniháskóla Íslands (THÍ) lagt stund á rannsóknir í Hjartavernd í tengslum við lokaverkefni.

Þetta á ekki síst við um starfsemi myndgreiningardeildar. Um helmingur geislafræðinga á deildinni leggur stund á meistaranám í læknadeild HÍ samfara almennu starfi.