Spillindustriens jag etter superraske mikroprosessorer har hjulpet norske forskere til å løse et 40 år gammelt ultralyd-problem.
Problemet kalles aberrasjon, eller avbildningsfeil. Og fordi det nå er løst, er neste generasjons teknologi for hjerteultralyd på vei ut i verden med teknologi fra NTNU og GE Vingmed Ultrasound i bagasjen.
Nyvinningen har fått navnet Adapt. Den er egentlig en algoritme, som bruker rådata fra ultralyd til å anslå og oppveie for effekten av kroppsvev hos hver enkelt pasient.
– Den gir skarpere og klarere hjertebilder enn vi har sett tidligere, sier Svein-Erik Måsøy, som er forsker, medisinsk ultralydekspert, og direktør i SFI CIUS (Centre for Innovative Ultrasound Solutions) ved NTNU.
18 millioner dødsfall årlig
I følge Verdens helseorganisasjon (WHO) dør rundt 18 millioner mennesker av hjerte og karsykdom hvert år. Forekomsten er doblet på 30 år, og topper lista over verdens største helseutfordringer. Årlig utføres det over 100 millioner hjerteundersøkelser med ultralyd.
Lidelsene kommer ofte med alder. Her hjemme har eldrebølgen bare så vidt begynt.
– Tallene sier noe om størrelsen på utfordringene vi jobber med, og om markedet som teknologien vår nå er en del av, sier Måsøy.
Fra SFI til lisens – til verdensmarkedet
– Vi er først ute i verden med denne løsningen. I vår nisje er dette definitivt et gjennombrudd. Tiden vil vise hva det betyr i hjerteklinikken, sier han.
Før lanseringen sist høst ble Adapt-teknologien testet ved sykehus over hele verden. Her klargjør stipendiat Marlene Halvorsrød skanneren for et klinisk forskningsstudie på pasienter som nylig har hatt hjerteinfarkt. Foto: Sølvi W. Normannsen
SFI CIUS er ett av tolv Senter for Forskningsdrevet Innovasjon ledet fra NTNU. Adapt er kommersialisert av Horten-selskapet GE Vingmed Ultrasound. Den er basert på én av i alt 30 lisenser fra NTNU i fjor. Blant disse var det 9 lisenser fra Fakultet for medisin og helsevitenskap.
Hovedutfordring: Ulike kropper
Ultralyd er lyd som blir til bilder. Den største utfordringen for hjertediagnostikk med ultralyd er at folk har forskjellige kropper. Vi har ulik muskulatur og ulikt bindevev, og både mengde og fordeling av underhudsfett er forskjellig. Avstanden mellom ribbeina våre varierer med høyde, alder og kjønn.
Alt dette gir ulik hastighet på lydbølgene, og det er nettopp hastighet som avgjør kvaliteten på ultralydbildene.
Beregner og renser vekk uklarhet
Svein-Erik Måsøy sammenligner det å sende ultralydbølger gjennom kroppsvev, med å fotografere med et lag med vaselin på linsa. Kontrastene forsvinner, og bildet blir grumsete. Problemet kalles altså aberrasjon. Det Adapt gjør, er å anslå effekten av vaselinen, kompensere for den, og gi oss et skarpere og klarere bilde.
Hjelp til sikrere diagnoser
Bildekvalitet i sanntid er særlig viktig for hjerteinfarkt. Bitte små endringer i måten hjertemuskelen beveger seg på, kan fortelle legene noe om omfang og skader av infarktet. Overlege Bjørnar Grenne ved Ekkoseksjonen, Klinikk for hjertemedisin på St. Olavs hospital, bekrefter at Adapt jevnt over bidrar til bedre ultralydbilder.
– Spesielt hos pasienter der det er utfordrende å få gode nok bilder ser vi en forskjell. Og det er jo nettopp i de tilfellene vi behøver en slik forbedret metode.
Lettere å se strukturene
– For eksempel blir hjerteklaffene tydeligere. Det gjelder også skillet mellom hjertemuskelen og hjertekammeret. Dette gjør det lettere å se strukturene i hjertet, noe som kan gi mer nøyaktige målinger og sikrere diagnostikk. Dette er viktig for å gi hver enkelt pasient best mulig behandling, sier Grenne.
Hjertelegen er også forsker i SFI CIUS og leder for Norsk Cardiologisk Selskaps Arbeidsgruppe i ekkokardiografi.
Mange kan få for dårlige bilder
Når ultralydproben plasseres på brystkassen til pasienten, styres lydbølger mot hjertet. På ferden inn i vevet reflekteres bølgene tilbake som et ekko. Proben har tusenvis av sensorer som fungerer både som høyttalere og mikrofoner. Disse hjelper maskinen å finne ut nøyaktig hvor lyden kommer fra.
Alle data puttes inn i et gigantisk regnestykke og gjør lyden om til et bilde. Når vevet eller materialet lyden passerer er likt over alt, går dette problemfritt. Men mangfoldet av kropper betyr at for 10-15 prosent av alle undersøkte, kan bildekvaliteten bli for dårlig. Det igjen, kan bety 10-15 millioner pasienter som ikke får best mulig behandling – hvert år.
Ekstreme datamengder
Tidlig på 2000-tallet jobbet Svein-Erik Måsøy med doktorgraden sin og nye metoder for å forbedre beregningene av aberrasjoner. Metodene fungerte, i hvert fall i teorien.
– GE hadde en demonstrator av teknologien i år 2000. Datamaskinen som ble brukt var like stor som ultralydmaskinen selv, og det gikk tusenvis av kabler mellom dem, forteller Måsøy.
De klarte å korrigere 1-2 bilder i sekundet. I dag er det mulig å korrigere opptil 150 bilder per sekund.
– Den gangen ble det hele temmelig uhåndterlig, og også altfor dyrt, og satsingen dabbet av, sier Måsøy, som forsvarte doktorgraden sin i 2004.
Og nå, er det på tide å introdusere de som etterhvert ble ultralydforskernes nye venner: Gamerne og dataspillindustrien.
Spillindustrien ble gamechanger
De siste årene har utviklingen i spillindustrien skutt voldsom fart. Mikro-prosessorer, eller GPU-er (Graphics Prosessing Units) som opprinnelig ble laget for å vise bilder på en skjerm, er kraftig forbedret.
De jobber ufattelig raskt, har en enorm regnekraft og ditto minnekapasitet. GPU-ene kommer i stadig bedre versjoner, og er blitt hyllevare som også annen industri utnytter. Spillindustrien omsetter nå for 150 milliarder US dollar årlig.
– Nå går bildebehandlingen så raskt at alle sesongene av favorittserien din på Netflix suser gjennom ultralydmaskinen på 1-2 sekunder, sier Svein-Erik Måsøy.
Full innsats for bedre bilder
Innenfor rammen av SFI CIUS (2015-2024) tok et kjerneteam av 10 forskere fra NTNU, Universitetet i Oslo, GE HealthCare og St. Olavs hospital igjen tatt fatt på problemet med avbildningsfeil. Maskinvare fra spillindustrien tok seg av den tunge bearbeidingen av rådata, mens forskere kunne konsentrere seg om hvordan ultralydbildene av hjertet kunne bli bedre.
Også utviklingen innen 3D medisinsk avbildning har tatt store steg.
GE Vingmed Ultrasound og Adapt
- GE Vingmed Ultrasound i Horten er en del av GE HealthCare.
- Selskapet er verdensledende på utstyr for hjerteundersøkelser med ultralyd.
- Selskapet har rundt 40 prosent andel av et marked på omlag 8 milliarder US dollar.
- Hver dag skannes 300 000 hjerter med en ultralydmaskin fra GE Vingmed.
- SFI CIUS-teamet har validert Adapt-teknologien mot en database med rådata fra over 30 000 ekkokardiografi-bilder samlet inn i klinikken.
- Systemene som kan ta i bruk Adapt brukes kun ved de store, mest avanserte sykehusene.
- NTNUs egen tto, NTNU Technology Transfer, har hatt ansvaret for lisensieringen av Adapt.
Hjerteleger i pilotstudie
Alt dette ledet fram til Adapt. Fire hjerteleger ved St. Olavs hospital testet den nye teknologien i en pilotstudie. I 97 prosent av testene foretrakk de Adapt fremfor det som da var det best tilgjengelige utstyret. Bjørnar Grenne deltok i studien. Han har også gjort mange av ultralydopptakene, og analysert bilder.
– I valget mellom å ta opptak med Adapt versus uten, vil jeg omtrent alltid foretrekke Adapt. Det er fordi kvaliteten på ultralydbildene av hjertet blir bedre, og det er avgjørende for analysene og diagnostikken jeg skal gjøre, sier han.
40 år med samarbeid
GE startet utviklingen av Adapt i 1989. NTNU har arbeidet med problemstillingen siden tidlig på 90-tallet. Professorene Bjørn Angelsen og Liv Hatle var blant pionerene, blant annet med utvikling av Doppler-teknologien.
– Det tette samarbeidet mellom GE Vingmed og NTNU de siste tiårene har vært avgjørende for å sikre at GE Healthcare forblir best i verden på ultralyd avbildnings-kvalitet, sier utviklingsingeniør Bastien Dénarié i GE HealtCare.
– Samarbeidet bidrar til å utvikle unike teknologier som Adapt, men også til å skape et nettverk av ingeniører i Norge som er spesialisert innen ultralyd for avbildning og signalbehandling, sier Dénarié.
