Anders Persson

– På sikt är vi ute efter en typ av one-stop-shop vid hjärtundersökning med fotonräknaren. Patienten går dit, undersökningen tar några minuter, inget känns och sen kan patienten gå tillbaka till jobbet, förklarar Anders Persson, och adderar: 

– Vi får direkt hjärtfunktion och hur kranskärlen ser ut. En enda undersökning kan då ersätta de väldigt många som görs idag. 

Den fotonräknande maskinen installerades på forskningscentrumet CMIV (se ruta) i somras. Det är en ren forskningsmaskin. För tillfället mellanlagras rådata på en externdisk om 50 Tbyte, innan den skickas vidare till två datorer.

– En undersökning ger otroligt mycket data. Vid en vanlig undersökning med datortomografi ser du i realtid hur bilden byggs upp på skärmen. Här kan du få vänta flera timmar innan du ser bilden.

– Samtidig går det att se strukturer på bara 20 µm jämfört med kanske 0,5 mm som bäst i en vanlig maskin. Du kan till exempel studera strukturen i en kranskärlsvägg.

Så vad skiljer den nya maskinen från en klassisk datortomograf (DT)?

I princip är allt förutom detektorn likadant. Ett röntgenrör, ibland flera, skickar fotoner som bländas av så att enbart en smal stråle går genom patienten. Strålningen med en viss energi fastnar i kroppen, framförallt i skelettet.

Det som skiljer de två DT-typerna är hur man mäter strålningen som passerat igenom kroppen.

En konventionell detektor är byggd lite som ett schackbräde, med små fyrkanter som har en vägg runtom. Detektorn består av kristaller, kallade scintillatorer, som utsöndrar vanligt synligt ljus när de träffas av röntgenstrålning. På baksidan av varje schackruta lyser det alltså, och ljusenergin är proportionell mot antalet fotoner som träffat rutan.

Medelenergin hos de fotoner som når en ruta är det som mäts upp. Då ingår även fotoner som träffat andra delar, studsat och kommit in från sidan. Likaså blandas lite elektroniskt brus in.

– För att få väldigt bra upplösning behöver du pyttesmå schackrutor, men väggen går inte att göra hur tunn som helst. Utvecklingen har gått dit att det inte går att komma mycket längre, snart blir det bara väggar kvar. 

Den fotonräknande maskinen arbetar istället med en högspänning mellan två ytor som fångar in varje enskild foton. Det gör att du kan mäta energin hos varje foton. Likaså går det att filtrera bort brus med annan energi.

– Du kan också göra ytan som du mäter på mycket mindre och detektorn blir betydligt känsligare eftersom signalen inte går via ljus.

En väsentlig detalj är att detektorn är lika känslig för alla energier. Det gör den enormt mycket känsligare för låga energier än dagens detektor. Därmed kan den användas för att avbilda och skilja ut mjukdelar, såsom muskel, vävnad, vatten och blod.

– Vi har stora förhoppningar när det gäller kranskärl, och att hitta farliga förändringar i hjärtat. Vi kan se väldigt små detaljer, trots att stråldosen är 50, kanske 80 procent lägre.

I skrivande stund får forskarna inte undersöka levande individer. För det krävs etiskt tillstånd, vilket är sökt och kommer att innebära att DT:n får användas på människor, men inte som primärdiagnostik.

3D-bild av hjärtat.

Samtidigt kommer forskarna inte att kunna utföra hjärtundersökningar eftersom de idag saknar EKG-triggning. Det krävs för att synka bild och EKG när hjärtat rör sig.

– Men vi vet att fotonräknaren kommer att bli jättebra för hjärtundersökningar i framtiden för vi har skannat stillastående hjärtan både från rättsmedicin och Kolmården och vi ser detaljer som vi absolut inte kan se med en vanlig datortomograf.

Forskarna arbetar sedan länge med rättsmedicin i Linköping. De skannar kroppar när det finns misstanke om mord för att hjälpa till, men också för att få material till forskningen.

Likaså samarbetar de med patologen på sjukhuset. De skannar väldigt mycket foster från avbrutna graviditeter, men också dödfödda barn för att ge svar på vad som skett. Det kan också vara barn som dött där man misstänker att något inte gått rätt till, men föräldrar förbjuder obduktion.

– Genom detta samarbete har vi kunnat utveckla nya tekniker och när vi nu testar en ny maskin är det oumbärligt.

Sedan i somras har forskarna hunnit studera en mängd objekt med fotonräknaren, såsom knäleder, brosk, ledband, mjukdelar, bukspottskörtel, lever och innerörats hörselben.

– Vi har kunnat se stigbygeln, som sitter på trumhinnan och är kroppens minsta ben. På barn från patologen som varit cirka 15 cm stora kan vi se stigbygeln jättesnyggt.

En teknik som Linköpingsteamet är ensamt om är att kunna simulera blodflödet genom hjärtat utifrån en konventionell DT-undersökning. Då samlar de in 20 tidsfaser, som filmrutor, av ett hjärtslag, därefter beräknar de blodflödet efter hur kärlet ser ut med hjälp av CFD (Computational fluid dynamics) som är en välkänd metod inom strömningsmekanik.

Det betyder att de kan skapa ett så kallat what-if-senario. De kan stoppa in en virtuell hjärtklaff för att studera vad som händer om thoraxkirurgen sätter in den på olika sätt, exempelvis lutar eller roterar den. Idag sätts alla klaffar in exakt likadant.

Hjärtmuskeln består av tre olika lager som rör sig år olika håll. En konventionell maskin kan bara visa konturer av muskelns in- och utsida. Därför används ultraljud för att se hur hjärtmuskel rör sig.

Med fotonräknaren vill forskarna nå ännu längre in i hjärtat. Hittills har de bland annat kunnat titta på blodkärlen inuti hjärtmuskeln hos lammhjärtan. Det går också att simulera hjärtats rörelse liksom turbulensen i förmaket för att se om det finns en risk för att blodet står still där så länge att det kan bli en propp.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Även hjärtklaffarna vill forskarna kunna avbilda. Det är när allt detta kan göras som forskarna nått delmålet: att göra fotonräknaren till en one-stop-shop.

Där är de inte idag. Visserligen får de redan nu ut energin från alla fotoner, men med dagens mjukvara har de bara möjlighet att beräkna två energinivåer.

– Just nu håller vi på att uppgradera maskinen. Vi byter ut allt när det gäller hur vi skapar bilder så att vi kan få flera energier och därmed ännu högre upplösning. Om någon vecka har vi nog fyra energinivåer, säger Anders Persson, och konstaterar:

– Samtidigt ska vi titta på hur mycket data vi behöver kliniskt. Det vet ingen idag. Det vi vet är att upplösningen så långt är klart bättre än vad vi tidigare trott.

Därför fick Linköping fotonräknaren Tyska Siemens har skapat en datortomograf som kan mäta energin i varje enskild foton. Hittills har Siemens tillverkat tre forskningsmaskiner. Den ena ska Siemens självt experimentera med. När företagets ledning och vetenskapliga råd beslutade vilka två universitet i världen som skulle få de andra två maskinerna fick Linköpings universitet förtroendet. Tyska Siemens har skapat en datortomograf som kan mäta energin i varje enskild foton. Hittills har Siemens tillverkat tre forskningsmaskiner. Den ena ska Siemens självt experimentera med. När företagets ledning och vetenskapliga råd beslutade vilka två universitet i världen som skulle få de andra två maskinerna fick Linköpings universitet förtroendet. – Det var helt klart att Mayo-kliniken i USA skulle få en av maskinerna. Forskargruppen där är otvivelaktigt världsledande inom detta, konstaterar Anders Persson på frågan hur Siemens resonerade när företaget fördelade de två datortomograferna.  Mayo-kliniken i Rochester, Minnesota, startade ett projekt kring fotonräknare redan för sex år sedan. Tillsammans med Siemens byggde forskarna en helt egen fotonräknande detektor, cirka 1,5 cm bred, som de stoppade in i en konventionell datortomograf, en så kallad dual-source-maskin från Siemens. Maskinen har två detektorer och två röntgenrör. Maskintypen används främst för att snabbt fånga in data, exempelvis för att följa hjärtat när det slår. – Mayo-teamet bytte ut den ena detektorn mot den handbyggda. På så sätt kunde forskarna jämföra detektorerna i realtid. Anders Persson har varit gästprofessor på Mayo-kliniken där han lärde känna Cynthia McCollough, som leder universitetets fotonräknande forskarteam. – Jag har varit där varje år sedan projektet startade men genom åren har gruppen utvidgats för att samla representanter från de 20 största universiteten i världen. När Siemens beslutade att bygga fotonräknande maskiner med en detektor som går att kommersialisera ville förstås alla universitet i den aktuella gruppen ha den tredje maskinen att forska på. Det uppstod en del diskussioner. – Då sa Siemens att kvaliteten på forskningen och potentialen att kunna få ut bra forskning ifrån maskinen är nummer ett när företaget väljer var maskinerna ska placeras. Vi blev tvåa i världen i den rankningen, efter Mayo, konstaterar Anders Persson. Bildtext: Siemens mest avancerade datortomografi som företaget säljer idag, kallad Force DT. Fotomräknaren är en forskningsmaskin som ser nästan likadan ut på utsidan. Inuti är den däremot helt annorlunda.