Lydbølger som er viktig for helsa

Du kan ikke høre dem med det blotte øre, men de hjelper stadig flere pasienter. I løpet av 40 år har ultralyd-avbildning gått fra grumsete bilder i svart/hvitt, til skarpe 3D-bilder i sanntid. Og utviklingen fortsetter. Kunstig intelligens skal nå testes ut med tanke på tolkingen av bildene.

På skjermen til forsker og professor Lasse Løvstakken starter en film. Vi er midt i stormens øye. Det ser nesten ut som en orkan nærmer seg en kystlinje. Kan det være New Orleans? Nei, selv om pilene minner sterkt om værmodellens symboler er det blodstrømmenes hastighet i et hjerte vi ser.

Dette er det siste innen visualisering av hvordan blodstrømmene i hjertet oppfører seg. En slik nøyaktig måling av detaljerte blodstrømmønstre kan inneholde informasjon som er viktig ved diagnose av hjertesykdom.

– Dette har vi jobbet med å få til siden 2014. Nå er vi i ferd med å teste metoden ut på pasienter, sier Løvstakken. Han leder ultralydgruppen ved Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk ved NTNU.

Neste skritt vil være å gjøre det samme i en 3D-modell av hjertet.

FAKTA
Hva er ultralyd?

Ultralyd er lydbølger med en frekvens som er høyere enn menneskets øre kan oppfatte.

Ultralyd for diagnostikk er er basert på lydbølger i området 1 til 15 MHz som sendes ut mot et mål og mottas av en transducer. Signalene gjøres deretter fortløpende om til bilder, kurver eller lydsignaler.

Grovt sett kan man dele medisinsk bruk av ultralyd i tre:

  • Diagnostisk.
  • Terapeutisk med middels energiinhold, for eksempel for å varme opp muskler.
  • Terapeutisk med høyt energiinnhold, for eksempel for å knuse nyrestein eller å behandle hjernelidelser, som for eksempel essensiell tremor med flere.

Ultralyd ble først brukt diagnostisk for å se på hjertet; ekkokardiografi. Ultralyd brukes også for å se annet vev, indre organer, ledd, de store blodkar, innen nevrologien og for å se på foster under graviditet.

Ved ultralydundersøkelser utnytter man i mange tilfeller dopplereffekten. Dette innebærer at en ultralydbølge som treffer en blodcelle i bevegelse, reflekteres med en annen frekvens, avhengig av blodcellens hastighet og man kan beregne blodstrømhastigheten.

Fra dager til minutter

Denne måten å «se» inn i hjertet på ved hjelp av ultralyd finnes, takket være et unikt samarbeid mellom leger og teknologer i Trondheim.

For 40 år siden så det helt annerledes ut. Da ble ultralyd knapt nok brukt i diagnostisering. Hvis det var mistanke om hjertetrøbbel, tok det mange dager å få sjekket hjertet. Man måtte inn på et spesiallaboratorium, og undersøkelsene var både risikofylte og langdryge med røntgen og kateter i blodårer.

– Det tok ett til to døgn å prosessere bildene, og det vi så var bare grøt.

I dag sjekker du nesten det samme på 30 minutter, inngrepsfritt og uten risiko.

I tillegg til medisinsk bruk benyttes ultralyd til mange andre formål, som for eksempel å kontrollere sveisesømmer på stålrør, og testing av materialer innen olje og gassektoren.

Blir ikke ultralyd ferdigutviklet?

Ultralyd har mange fordeler som gjør den anvendelig og spennende. Det er blant annet evnen til å kunne «se» hva som finnes i ulike materialer uten at man trenger å gjøre inngrep.

Stadig vekk kommer det nye måter å bruke ultralyden på, for å avdekke, overvåke og måle forhold i kroppen. Foto: Karl Jørgen Marthinsen

Lydbølger sendes inn i kroppen og reflekterer tilbake et bilde av hjerte, lever, blodårer. Og man kan måle hjertets bevegelse og blodstrømhastigheter. Dette klarer man ikke like godt med metoder som f.eks. CT og MR. Ultralyden er en ufarlig måte å se hva som skjer på innsiden av kroppen.

Stadig vekk kommer det nye måter å bruke ultralyden på, for å avdekke, overvåke og måle:

– Det er nok hemmeligheter bak vår utvikling. Vi dekker mange fagområder; fysikk, matematikk, bilde og signalbehandling, og visualiseringer. Og så jobber vi tett med legene.

– Jeg har mange ganger trodd at  er det stopp, nå har vi nådd en grense og hva som er fysisk mulig med ultralyd, sier professor i medisinsk teknologi ved NTNU, Hans Torp.

Han er en av nestorene innen medisinsk ultralyd i Norge. I 40 år har han forsket og utviklet løsninger der ultralydens bølger er sentrale. Han har jobbet tett med klinikere som har pushet på og mast om nye løsninger for å kunne sjekke ditt og måle datt.

– Ideene kommer gjerne når vi snakker med legene. De har stadig vekk behov for nye verktøy og lurer på om det ikke er mulig å lage noe som kan gjøre det lettere å diagnostisere, tolke eller avsløre med ultralyd. Og da begynner tankene å surre, vet du.

Og det er ikke mange gangene Torp har måttet gi opp. Det må i så fall være når teknologien rett og slett ikke har kommet langt nok.

Samarbeider på kryss og tvers

Ved Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk ved NTNU jobber det ca. 200 personer, og i ultralydgruppen er de mellom 60 og 70 personer. Disse er verdensledende på sine felt.

– Vi er i en unik posisjon i Norge, Europa, ja – i verden. Vi som er teknologer, har kontorer på sykehuset med leger på alle kanter. I veggene sitter en lang historie med tverrfaglig samarbeid mellom leger, klinikere og industrien som er helt spesiell.  Det sier Lasse Løvstakken.

– Med 3D-bildene vi har i dag får man et sanntidsbilde av situasjonen på forhånd, i stedenfor en forundringspode når du åpner pasienten, forklarer Aakhus.

– Det er nok hemmeligheten bak vår utvikling. Vi dekker mange fagområder; fysikk, matematikk, bilde og signalbehandling, og visualiseringer. Og så jobber vi tett mot legene. Det er utrolig spennende og gir raske resultater.

Hjulpet av spillindustrien

Mens ultralyd for 40 år siden ga lydsignaler som måtte tolkes for å bedømme hjertets tilstand, fikk legene tidlig på 70-tallet se et grumsete bilde av en flik av hjertet i sort/hvitt. På 80-tallet kom fargedoppler som fremstilte blodstrømmene med farger, slik at det var mulig å se hvilken vei blodet rant i hjertet. Dette ga enda mer informasjon, blant annet kunne man få øye på forsnevringer og lekkasjer i hjertet.

Og etter dette har teknologien bare blitt bedre og bedre. Industrien er en minst like stor driver av løsninger som forskerne.

I tillegg til medisinsk bruk benyttes ultralyd til mange andre formål, som for eksempel å kontrollere sveisesømmer på stålrør, og testing av materialer innen olje og gassektoren. Foto: NTB scanpix

– Vi ønsker oss alltid bedre bildekvalitet. I starten hadde vi ikke nok datakraft, og vi hadde kommet kort i den teknologiske utviklingen. Det var mange utfordringer. Vi visste hva vi ville, men fikk det ikke til, sier Hans Torp.

– I løpet av de siste årene har vi hatt stor gevinst fra blant annet spill-industrien. De har sørget for datakraft, raske nett, og de har utviklet en fenomenal grafikk som vi nyter godt av. Dette hadde vi ikke begrep om for 30 år siden.

Ny teknologi og maskiner gir forskerne tilgang til data på en ny og mer fleksibel måte. Det betyr at de kan ta frem gamle ideer og prøve ut å på nytt, eller leke med data og være oppfinnsomme og finne nye muligheter å bruke ultralyd på. Og stort sett alltid i samarbeid med legene.

Lyden av doppler

Dette kan kardiolog og professor Svend Aakhus skrive under på.

– Dette er et ekstremt godt verktøy for oss, sier Aakhus, som fremdeles husker det første møtet med ultralyd som nyutdannet lege. Det var på «hjerteposten» i 1987, på Regionsykehuset i Trondheim (RiT) –  som i dag er St.Olavs Hospital.

– Jeg gikk gjennom gangene og kom til fløya der undersøkelsene foregikk. Og ut av døren på noen mørke rom kom en lyd jeg aldri hadde hørt før. Svusj svusj – som viste seg å være den karakteristiske dopplerlyden. Da jeg skjønte hva ultralyden etter hvert kunne brukes til, syntes jeg det var helt fantastisk.

FAKTA
Ultralyd ved blodforgiftning

Sepsis (blodforgiftning) er av de mest dødelige sykdommene på verdensbasis. I halvparten av alle dødsfall på norske sykehus har sepsis vært medvirkende. Når sepsis oppstår, skjer det tidlig en endring i blodsirkulasjonen i de små karene (mikrosirkulasjonen). Tidlig diagnostikk og start av antibiotikabehandling er kjempeviktig for å redusere antall dødsfall. Her kan ultralyd utgjøre forskjellen.

Hans Torp og sepsis-gruppen ved St.Olavs hospital/NTNU har utviklet en probe med ultralydbølger som de håper kan bidra til å oppdage tidlig endring i mikrosirkulasjonen så det kan stilles riktig diagnose.

Fra forundringspose til sikker kunnskap

Det siste nå er 3D-fremstilling av hjerteklaffen via spiserøret. Dette gjøres i forkant for operasjon og i real time på skjermen under operasjon.

– Med 3D-bildene vi har i dag får man et sanntidsbilde av situasjonen «på forhånd», istedenfor en forundringspose når du åpner pasienten, forklarer Aakhus.

De første 3D-bildene kom allerede på begynnelsen av 90-tallet. Det var Duke University i USA som presenterte en 3D-ekkomaskin. Den var like stor som fire kjøleskap og hadde en probe på størrelse med en kilopakke smør.

– Det tok ett til to døgn å prosessere bildene, og det vi så var bare grøt.

Svend Aakhus tenker tilbake, smiler og sier: – Og 25 år seinere er det som å se virkeligheten selv tre frem gjennom ultralydbildene. Dette har blitt helt avgjørende for at vi lykkes så godt. Dette gir oss en helt annen tilnærming og er fantastisk. Vi visste jo hva vi ville ha, men ventet på teknologien som datakraft og probeteknologi.

Forlengede arm

Det at bildekvaliteten blir bedre så raskt, gjør at den kliniske nytteverdien stiger. Og legene må følge med.

I dag er ultralydapparatet i mange tilfeller klinikernes forlengede arm. Den store styrken til ultralydteknologien er at apparatene kan lages små og bærbare, slik at de kan tas med til pasienten. Det har vært en miniatyrisering som gjør at ultralyd er veldig tilgjengelig og blir brukt flere steder enn bare på store sykehus.

– Vi kan ikke drive moderne hjertemedisin uten ultralyd, påpeker Aakhus.

Og stadig flere grupper bruker dette verktøyet ved diagnostisering.

– Forsøk med ultralydbilder som tolkes av kunstig intelligens (KI) er i gang.

I tillegg til kardiologene er ultralyd i bruk på snart alle avdelinger. Røntgenlegen har brukt det i mange år. Det samme har fødselsleger og jordmødre. Nevrologene bruker det på blodårer i hals og hjerne, og revmatologene har også begynt å bruke det på muskler og ledd. I tillegg er mage-tarm-spesialistene er i gang.

Ultralyd brukes snart på alle avdelinger. Foto: Karl Jørgen Marthinsen

Ultralyd er også en viktig guide under prøvetaking og tapping av væsker fra hjerteposten, lungeposen og bukhulen. På den måten ser legen nålen slik at man vet at man stikker riktig sted. Da er ultralyd god å ha.

FAKTA
Ultralyd for å forebygge hjerneskade

NeoDoppler er et lite ultralydapparat som kan bidra til å hindre hjerneskade hos premature barn. Det er i de første timene og dagene etter en prematur fødsel, at risikoen er høyest for at en hjerneskade oppstår. Da er ustabiliteten i blodstrømmen i hjernen størst og viktigheten av å overvåke hjernes blodstrøm kontinuerlig er størst.

Sensoren/proben som Hans Torp har utviklet, festes på fontanellen av babyens hode, og ultralyden måler blodstrømmen i mange dybder samtidig, noe som har vært en utfordring å få til.

Samme teknologi kan også benyttes for å avsløre forkalkninger i blodårene i beina. Dette er vanskelig å oppdage på et tidlig stadium. Plager ved denne sykdommen kan i verste fall føre til amputasjon.

Kunstig intelligens og ultralyd

Forsøk med ultralydbilder som tolkes av kunstig intelligens (KI) er i gang.

– Vi ønsker å få datateknologien til å tolke enkelte ultralydbilder som er lett gjenkjennelig. Her vil maskinlæring kunne gjøre legen både mer effektiv og nøyaktig i sitt arbeid, og på sikt også kunne si om det er noe feil, sier Lasse Løvstakken. Ved instituttet har de nå et prosjekt som går på å gjenkjenne bindevev/fibrose i hjerteveggen. Dette er ikke enkelt å se, ei heller om det er mye eller lite av det. Her håper vi KI kan hjelpe oss.

– Hva kan det neste store innenfor feltet ultralyd?

Løvstakken tenker seg om.

– Det er mye som skjer på teknologisiden nå. Vi får stadig vekk ultralydprober som er proppfulle med enda mer teknologi. Miniatyriseringen vil fortsette, og selv om legen må få opplæring, vil nok mye kunne tolkes automatisk etter hvert. 3D-avbildning med full kvalitet er like om hjørnet, og det kommer helt nye teknologi for å sende og motta lyd.  Alt dette vil bidra til å gjøre pasientbehandlingen bedre – og danne utgangspunkt for nye løsninger. Det tar aldri slutt!

Denne artikkelen ble først publisert 02.07.19. på Gemini.no.

 

Følg med på Norges digitalisering!

Du kan melde deg av nyhetsbrevet via linken i bunnteksten i nyhetsbrevet. Informasjon om våre retningslinjer for personvern finner du på vår hjemmeside.