Ihosyöpää

Ihosyöpä vai ei? Selviää sekunneissa.

Satelliiteissa käytetty kaukokartoitustekniikka auttaa nyt paljastamaan ihosyövän silmän räpäyksessä.

Perinteisesti niin sanottu hyperspektrikuvaus on vaatinut suurikokoisia kameroita, joilla maanpinnasta heijastunutta säteilyä on mitattu suurella määrällä hyvin kapeita aallonpituuskaistoja. Viipaloimalla kuvissa olevat eri värisävyt hyvin tarkasti ja tutkimalla niitä erikseen sekä ristikkäin on voitu esimerkiksi tunnistaa avaruudesta pinnalla ja välittömästi pinnan alla olevia mineraaleja, arvioida kasvien biomassaa vaikkapa lannoitussuunnitelmia varten, seurata ympäristön tilaa ja määrittää ilmakehän kaasujen pitoisuuksia.

Mitä useammalla ja kapeammalla aallonpituuskaistalla mittaukset tehdään, sitä pienemmät erot kohteiden välillä havaitaan.

Nyt samaa tekniikkaa voidaan käyttää siis ihon kuvaamiseen ja siinä olevien mahdollisten ihosyövän esiasteiden nopeaan määrittämiseen. VTT:n kehittämä kevyt ja kannettava hyperspektrikamera kuvaa ihoalueen parissa sekunnissa ja pystyy päättelemään automaattisesti onko omituinen läiskä mahdollisesti syöpää vai ei. Silmä ei tähän pysty.

Kun kamera kuvaa kerralla 12 neliösenttimetriä, on laajojen ihoalueiden kuvantaminen kerralla mahdollista. Koska ihosyöpien määrä on räjähdysmäisessä kasvussa niin maailmanlaajuisesti kuin myös Suomessa ihmisten liiallisen auringolle altistumisen seurauksena aiheutuvista UV-haitoista sekä väestön ikääntymisestä johtuen, on tälle tekniikalle suuri tarve.

Kameran avulla kyetään määrittämään hoidon tarpeessa oleva ihoalue siten, että voidaan kerralla hoitaa myös ne alueet, joihin myöhemmässä vaiheessa olisi kehittymässä ihosyövän esiasteita. Hyperspektrikameralla on tutkittu myös hankalasti silmällä erottuvien kasvojen alueen pintamelanoomien (lentigo malignojen) rajojen määrittämistä, jotta vältyttäisiin myöhemmiltä lisäleikkauksilta.

Pilottivaiheen tutkimuksessa yhteistyökumppaneina ovat olleet Jyväskylän yliopisto, Päijät-Hämeen keskussairaala ja HYKSin Iho- ja allergiasairaala. Jyväskylän yliopiston omistuksessa oleva kamera on tutkimuskäytössä Tietotekniikan laitoksella, ja sitä voidaan hyödyntää yleisinstrumenttina myös monessa muussa eri sovelluskohteessa.

Fabry-Perot -interferometriin perustuva hyperspektrikamera ottaa kuvan kymmenillä valon aallonpituuksilla, kun normaali kamera kykenee kolmeen aallonpituuteen. Muodostuva spektrikuva on kolmiulotteinen kuutio, joka koostuu lukuisista päällekkäisistä harmaasävykuvista, joista jokainen on otettu kapealla valon aallonpituusalueella. Kuutiossa olevat kuvat muodostavat spektrin jokaiselle spektrikuvan pisteelle, joista kudokset voidaan tunnistaa ja näin rajata terveet ja pahanlaatuiset ihoalueet toisistaan. Kuvista pystytään laskennallisten menetelmien avulla päättelemään hoidettavan ihokasvaimen sijainti ja laajuus. Pilottivaiheen tutkimuksessa tulokset varmennetaan koepaloilla.

Suomalaista erikoisosaamista

VTT on kehittänyt aktiivisesti tekniikkaa 1990-luvun alusta alkaen, ja työtä on vetänyt tämän uuden kamerankinkin keksinyt johtava tutkija Heikki Saari.

Käytetty tekniikka perustuu ranskalaisten fyysikoiden Charles Fabryn ja Alfred Perot'n keksintöön. He Perot kehittivät 1800-1900-luvun vaihteessa nimeään nyt kantavan interferometripektroskopiamenetelmän, joka perustuu valon interferenssiin kahden yhdensuuntaisen peilin välillä. Kun kaksi peiliä on hyvin lähellä toisiaan (esimerkiksi vihreälle valolle yhden aallonpituuden (~550 nm) päässä toisistaan), peiliparin läpi pääsee vain kapea aallonkaista 550 nm:n ympäriltä.

VTT:n kehittämä mikroelektromekaaninen hiilidioksidianturi oli ensimmäinen teolliseen käyttöön otettu mikroelektroniikan valmistusteknologiaan perustuva tätä tekniikkaa käyttävä anturi ja VTT laajensi ensimmäisenä maailmassa toimivan mikromekaanisen Fabry-Perot-interferometriratkaisun näkyvän aallonpituuden alueelle sekä infrapuna-alueelle. Laitteen valmistuskustannukset saatiin hyvin alhaisiksi, joten niitä voidaan tuottaa jopa miljoonia vuosittain. Nyt spektrometrimoduulin lopullisen hinnan määrää käytännössä pakkauksen materiaali- ja työkustannukset.

Heikki Saari keksi vuonna 2005 uuden, periaatteessa tavallisen digikameroissa käytetyn kolmivärikuvasensorin ja Fabry-Perot-interferometrin periaatteen yhdistävän hyperspektrikameraperiaatteen. Nyt kamera oli jo niin pieni, että se voitiin asentaa pieneen parikiloiseen lennokkiinkin.

Nyt julkistettu ihosyöpää sondaava laite perustuu samaan tekniikkaan. Sitä voidaan käyttää myös aivoleikkausmikroskoopissa rajamaan kasvaimesta leikattavaa aluetta.

Hyperspektrikamera kopterissa
AISA

Maailman pienin hyperspektrikamera on sekin VTT:n kehittämä. Sitä voidaan käyttää pienissä radio-ohjattavissa lennokeissa ja nanosatelliiteissa moniin sovelluksiin, kuten monitoroimaan ympäristön tilaa, lannoitussuunnitelmien tekemiseen ja metsien puulajitunnistukseen.

Yllä olevassa kuvassa on suomalaisella AISA-spektrometrillä otettu väärävärikuva, jossa tyypillistä suomalaista havumetsää ja hakkuuaukioita. Lehtimetsää kasvaa teiden sekä pienten jokien varsilla. Alempi kuva on hyperspektrikuva samasta alueesta.

---

Artikkeli perustuu VTT:n lähettämään tiedotteeseen VTT:n hyperspektrikameralla lupaavia tuloksia ihosyövän esiasteiden havaitsemiseen sekä aiemmin VTT:ltä sekä Heikki Saarelta saatuihin tietoihin. Kuvat: VTT ja Flickr.


Juttuja samasta aiheesta