Ekskursio 2: Elekta-ekskursio

Kurssin toinen ekskursio suuntautui Elekta Neuromag -yrityksen toimitiloihin Hakaniemessä. Ekskursion yleisrakenne oli seuraava: aluksi meille kerrottiin mikä MEG-kuvantamisessa on niin mielenkiintoista, miten se pääpiirteittäin tapahtuu ja mistä magneettikuvantaminen alkoi – tähän kului suunniteltu ekskursion kesto, noin kaksi tuntia –, tämän jälkeen pääsimme käymään talon kellarikerroksessa sijaitsevalla MEG-laitteella ja näimme siellä käytännössä miten MEG-signaalin häiriöitä poistetaan.

Esitelmän keskeinen sisältö

Kuvantamismenetelmien kannalta aivotoiminta voidaan jakaa kolmeen eri aikamittakaavaan:

1 min – ∞

anatomia

CT (tietokonetomografia, huomio merkittävä säteilyannos), MRI (magneettiresonassikuvaus)

1 s – 1 min

metabolinen toiminta

PET (positroniemissiotomografia, huomioi säteilyannos), SPECT (yhden fotonin emissiosta laskettu tomografia), fMRI (toiminnallinen MRI), NIRS (lähi-infrapunaspektroskopia)

≈ 1 ms

sähköinen toiminta, signalointi

EEG (elektroenkelofagia), MEG (magnetoenkelofagia)

Eli siis, jos olemme kiinnostuneita aivojen sähköisestä toiminnasta on meidän käytettävä joko EEG:tä tai MEG:tä. Näistä ensimmäisen etuna on selvästi yksinkertaisempi rakenne, parempi sietokyky ulkoisia häiriöitä kohtaan ja siten selvästi edullisempi hinta. EEG on myös herkkä esimerkiksi radiaalisille virroille, toisin kuin MEG. EEG:n suurin ongelma on kuitenkin se, että aivojen johtavuusjakaumaa ei tunneta; tästä johtuen EEG-signaalin lähteiden paikantaminen aivoissa ei ole kovinkaan tarkkaa.

Magneettikentän kannalta oleellinen väliaineen permeabiliteetti on oleellisesti vakio kaikissa orgaanisissa aineissa – tästä johtuen magneettikentän lähteiden paikantaminen onnistuu selvästi paremmin. Ekskursiolla muistettiin myös toki mainita se, että tämän inversio-ongelman ratkaisut eivät ole yksikäsitteisiä – haluttu ratkaisu valitaan ”mielivaltaisesti” mahdollisten ratkaisujen joukosta. Valintakriteerinä käytetään tyypillisesti joko: oletusta kiinteästä määrästä dipolimaisia lähteitä tai lähdevirtojen normin minimoitumista.

Magneettienkelofagian suurin haaste on se, että mitattavat magneettikentät ovat erittäin pieniä. Hermosolukimpun aktivaation aiheuttama magneettivuon tiheys on noin 100 fT – 1 pT. Mittakaavana, maan magneettikentän tiheys maanpinnalta mitattuna on noin 30–60 μT – eli siis melkein miljardikertainen mitattavaan kenttään nähden. Tästä syystä MEG-laitteet on sijoitettava alumiinista (korkeataajuinen suojaus) ja μ-metallista (matalataajuisen kentän pysäyttäminen) rakennettuihin suojahuoneisiin; ja magneettikentän mittaus on tehtävä suprajohtavilla kvantti-interferenssilaitteilla – SQUID-sensoreilla.

Tämäkään ei aina riitä – ja tästä syystä alalla on kehittetty erinäisiä menetelmiä häiriöiden poistamiseksi mittauksen jälkeen. Näistä meille esiteltiin kaksi. SSP, eli signaaliavaruuteen projisointi, – missä antureita saatu mittadata projisoidaan tyhjän MEG-laitteen mittaukseen nähden kohtisuoraan aliavaruuteen. Tämä poistaa usean kertaluokan verran häiriötä – signaalikohinasuhteen kustannuksella. SSS, eli signaaliavaruuden erottelu, – missä signaaliavaruus jaetaan kahteen osaan, antureiden rajaama pallo ja niitä ympäröivä pallolla punkteerattu avaruus. Menetelmässä siis kyetään erottamaan mikäli jokin komponentti on lähtöisin pään sisäpuolelta vai pään ulkopuolelta.

Koska nämäkään menetelmät eivät aina riitä, on MEG-mittauksissa turvauduttava usein kohinanpoistomenetelmistä yksinkertaisimpaan – toistettuun mittaukseen. Tätä, ja sen tarjomaa skaalauslakia: SNR ∝ √(N), missä N on mittausten määrä.

MEG-laitteella havaittua

MEG-laitteella meille havainnollistettiin käytännössä, miten eri kohinanpoiston vaiheet toimivat. Käytännössä tämä näytti isolta joukolta punaisia käyriä valkoisella taustalla, jotka olivat toinen toisiaan suorempia koko ruudun mittakaavassa (mikä oli kolme sekuntia) – eli matalataajuiset komponentit saatiin selvästi poistettua. Koska laitteessa ei ollut mitään, mitä mitata ei signaalin säilymiseen voi ottaa kantaa – ilmeisesti se kuitenkin säilyy suhteellisen hyvin.

Toisaalta laitteella havaitsimme miten herkkä se on ulkoiselle häiriölle. Laitteen ulkopuolisen tilan lattian tömäytys aihetti välittömästi suuren häiriöpiikin mittadataan – koska SSP:n aliavaruus on laskettu levossa olevalle laitteistolle. Toisaalta SSS siloitti tämänkin häiriön pois.