Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Lung structure and function studied by synchrotron radiation

Liisa Porra

Doctoral dissertation, April 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physical Sciences, Division of X-ray Physics and Faculty of Medicine, Department of Clinical Physiology and Nuclear Medicine.

Tutkimuksen taustaa: Useimmissa keuhkosairauksissa, erityisesti astmassa ja keuhkoahtaumataudissa kaasujen vaihdunta keuhkoissa on häiriytynyt ja keuhkotuuletuksen jakauma on epätasainen. Keuhkojen tuuletuskykyä tutkitaan perinteisesti spirometrialla. Keuhkojen alueellisen toiminnan kuvantamiseen käytetään kliinisesti radionuklidimenetelmiä, joissa erotuskyky on 1-2 senttimetrin luokkaa. Käytössä olevien kuvantamismenetelmien erotuskyky ei ole riittävän tarkka kuvaamaan keuhkojen ääreisosien rakennetta ja toimintaa. Nykyiset menetelmät eivät myöskään ole täysin kvantitatiivisia. Tieto keuhkojen toiminnasta on tähän mennessä rajoittunut alueellisiin suureisiin ja tästä johtuen keuhkojen ääreisosien toiminta on huonosti tunnettu. Tässä väitöskirjatyössä on kehitetty synkrotronisäteilyn käyttöön perustuva uusi menetelmä, jonka avulla keuhkojen ääreisosien toimintaa ja rakennetta voidaan tutkia entistä tarkemmin.

Tutkimusmenetelmästä: Synkrotronisäteily on hiukkaskiihdyttimessä tuotettua röntgensäteilyä, jota on perinteisesti käytetty fysiikassa materiaalitutkimuksissa. Synkrotronisäteilyn käyttö lääketieteellisissä tutkimuksissa on suhteellisen uusi tutkimusala, ja yksi menetelmistä on K-reuna vähennyskuvaus (K-edge subtraction imaging, KES). KES-kuvauksessa kuvataan varjoaineen jakautumaa kohteessa käyttäen kahta röntgensäteilyn aallonpituutta, jotka ovat eri puolilla varjoaineena käytettävän stabiilin ksenon-kaasun K-absorptioreunaa. Varjoaineen jakauma keuhkoissa voidaan kuvata CT leikekuvina tai kolmiulotteisesti spiraali-CT:llä, ja hengitystiet sekä keuhkojen ääreisosat saadaan näkyviin. Varjoaineen tiheys voidaan mitata ja sen määrä keuhkoissa on suoraan verrannollinen paikalliseen keuhkotuuletukseen. Kuvien resoluutio on 0.1mm3 ja vertailtuna muihin menetelmiin resoluutio, tarkkuus ja herkkyys tekevät KES-menetelmästä ainutlaatuisen.

Tuloksista ja niiden merkityksestä: Väitöskirjatyössä menetelmää on sovellettu keuhkojen rakenteen ja toiminnan yksityiskohtaiseen tutkimiseen ja ymmärtämiseen. Menetelmää on menestyksekkäästi sovellettu keuhkotuuletuksen jakauman tutkimiseen, keuhkojen ja keuhkoputkien kolmiulotteiseen kuvantamiseen ja histamiinilla aiheutetun keuhkoputkien supistumisen dynamiikan tutkimiseen nukutetuilla kaneilla. Tulokset tuovat uutta tietoa keuhkojen toiminnasta ja astmatyyppisistä reaktioista sekä niiden vaikutuksesta keuhkotuuletukseen ja keuhkotilavuuksiin. Toistaiseksi tutkimus voidaan tehdä vain synkrotroni-tutkimuslaitoksissa, mutta kehitteillä on sairaalakäyttöön soveltuvia synkrotronilähteitä; lähitulevaisuudessa menetelmää voitaneen käyttää myös sairaalatutkimuksissa.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 04.04.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki