Nytt instrument finner ut av «vondt i kneet»

På Ås sitter NMBU-forskerne og tolker data for å lære å se forskjell på frisk og skadet brusk og leddvæske. Finske og tyske kolleger organiserer arbeidet og lager selv den nye skanneren. Det hele er et EU-prosjekt for å finne opp en helt ny type medisinsk utstyr.

 Inn i kneet

– Målet er å utvikle en probe, et instrument som bruker infrarød stråling for å oppdage sykt vev og skille det fra friskt vev, sier Johanne Heitmann Solheim. Hun arbeider med doktorgraden sin som en del av prosjektet, som har fått navnet MIRACLE.

– I kneleddet er det brusk og væske som er viktig for måten kneet beveger seg på, forklarer forsker Hafeez Ur Rehman. – Hvis du kommer til legen i dag og sier at du har vondt i kneet, så vil legen stille noen spørsmål om smerten og hva du kan ha gjort, og så vil han måtte bruke hendene til å sjekke om væske og brusk er skadet. Du trenger en liten operasjon – en kikkhullsoperasjon – for å finne ut hva som feiler deg.

 Ingen tidlig diagnose

I dag tar det ni år å stille en diagnose om at kneet er rammet av artrose – også kjent som slitasjegikt eller degenerativ leddgikt. En pasient koster helsevesenet fra 15 000 til over 100 000 kroner i året.

– Tanken er å finne opp et apparat som gjør at legen finner ut om brusken er skadet og hvor hardt den er skadet, sier Hafeez Ur Rehman. Han er opptatt av å hjelpe legene, men dette vil gjøre undersøkelsen mye mindre plagsom for pasientene, også.

Jobben til forskerne på Fakultet for realfag og teknologi ved NMBU er å sørge for at utstyret lærer å se forskjell på frisk og skadet brusk og leddvæske. Instrumentet som skal utvikles, bruker infrarød stråling. «MIR» i «MIRACLE» står for «Mid-infrared».

 Spektre avslører molekylene

– I stedet for at kirurgen skal stikke en sonde inn i kneet og dunke på brusken for å sjekke om den er i god stand, så vil vi gjøre dette på en mer objektiv måte slik at du faktisk får en profil av den biokjemiske tilstanden, sier Johanne Heitmann Solheim. – Du skal få det samme svaret hver gang og ikke være avhengig av hvem som utfører operasjonen.

Når den infrarøde strålingen treffer brusken, blir noe av den reflektert tilbake. Det er spekteret som kommer tilbake og hvordan det ser ut, som viser hvilke molekyler strålingen har møtt inne i kneet.

– Spekteret som vi henter ut, er rett og slett et slags fingeravtrykk av den biokjemiske profilen. Så er tanken at vi skal lage modeller for å skille sykt fra friskt vev. Det er det vi jobber med nå, forteller hun.

Kirurgene kan nemlig ikke lese av spektrene uten videre. Det er fysikerne som lærer opp maskinene. De lager instruksjoner – maskinlæringsalgoritmer – som sørger for at maskinene lærer. Dermed kan de gi et svar uten at kirurgen trenger å se et eneste spektrum.

– Vevet består av blant annet proteiner, litt fett og noen mineraler. Vev som degraderes, vil for eksempel få mindre fettstoffer og mer mineraler. Det er ikke kjempe enkelt å se på et spektrum at «dette vevet er sykt» og «dette er friskt». Derfor samler vi inn masse data som vi skal trene opp maskinene til å tolke, sier Johanne Heitmann Solheim.

 Håndholdt

Instrumentet må være lite, og den infrarøde lyskilden må være effektiv. Ellers blir det ikke nok signal fra bruskvevet. Derfor brukes det sju infrarøde lasere som skal sende ut én bølgelengde hver.

Det gir mange færre datapunkter enn forskerne er vant til å bruke. Dermed gjelder det å velge ut de bølgelengdene som gir mest informasjon. Samtidig må dataene preprosesseres – det vil si at de forbehandles for å renske bort informasjon som ikke har noe med kjemi å gjøre. En kjemisk datavasking.

Foreløpig er det ikke klart når det nye instrumentet er klart til bruk hos legene, men forskningsprosjektet skal være ferdig i løpet av 2021.