Fyysikko syövän kimpussa

|
Uutinen
Kuuntele

Joakim Pyyryn väitöstyön sädehoidon annossuunnittelumenetelmällä on hoidettu syöpäpotilaita jo kymmenen vuoden ajan. Väitöskirjan viimeistelyyn innosti vaimon esimerkki.

Helsingin Pikku-Huopalahdessa, Mannerheimintien varrella, suunnitellaan maailman parhaat sädehoito-ohjelmistot. Yksi kehittäjistä on Joakim Pyyry, joka pahoittelee vuolaasti muutaman minuutin myöhästymistään. 

– Olin unohtanut palauttaa vastaväittäjän frakin, pukuvuokraamosta takaisin toimistolle kiirehtinyt Applied Research -osaston vetäjä selvittää. 

Pyyryn työnantaja Varian Medical Systems on maailman johtava sädehoitolaitteiden ja -ohjelmistojen toimittaja. Yhtiön Suomen toimiston vastuulla on sädehoidon suunnitteluohjelmistot. Pyyryn johtaman 20-henkisen osaston tehtävänä on siirtää uusinta tutkimustietoa osaksi ohjelmistoja. 

Toimiston kahvitilan lukemistona on Pyyryn uunituore syöpähoitojen säteilyannosten laskentamenetelmiä käsittelevä väitöskirja. Väitöstyön parhaat paperit käsittelevät ulkoista sädehoitoa. 

–Nämä kaksi viimeistä ulkoista sädehoitoa käsittelevää paperia ovat olleet aika luettuja, ja ne julkaistiin alan johtavassa lehdessä, Pyyry kertoo.

 

Lisää tarkkuutta annossuunnitteluun

– Kehitimme 2000-luvun puolivälissä ulkoisen sädehoidon laskentamenetelmiä yhteistyössä sveitsiläisten ja saksalaisten kollegojemme kanssa, Pyyry kertoo. 

Saksalaisprofessori Waldemar Ulmerin ideoima uusi laskenta-algoritmi paransi eri elimien saaman säteilyannoksen laskentatarkkuutta siinä määrin, että se päätettiin ottaa osaksi Varianin Eclipse-annossuunnittelujärjestelmää. 

– Algoritmi kehitettiin loppuun täällä Suomessa, ja se lisättiin meidän tuotteeseemme vuonna 2007. Aiheesta syntyi toinenkin väitöskirja, kun kollega väitteli vuonna 2009, Pyyry kertoo.

Harva fyysikko voi ylpeillä pelastavansa ihmishenkiä päivittäin. Pyyryn ja hänen kollegoidensa kehittämä laskenta-algoritmi on tärkeä osa Eclipse-ohjelmistoa.  

– Se on maailman johtava annossuunnittelujärjestelmä, markkinaosuus on noin 50 prosenttia. Tuhansien potilaiden hoito suunnitellaan sillä päivittäin.

Sädehoito on monen syöpää sairastavan pelastus. Uudet hoidot nojaavat entistä enemmän ohjelmistotekniikkaan. Ennen kuin sädehoitolaitteen fotonisuihku suunnataan syöpäkasvaimeen, hoitava lääkäri ja sairaalafyysikko ovat optimoineet potilaan saaman säteilyannoksen annossuunnittelujärjestelmän avulla. 

Tietokoneoptimoinnin avulla säteily kohdistetaan mahdollisimman tarkasti tuhottavaan kasvaimeen. Annossuunnittelussa valitaan, mistä suunnista hoitoa annetaan, minkä muotoisella säteilykentällä, millä säteilyllä ja energialla. 

Pyyryn väitöstyön annoslaskentamenetelmä laskee eri kudosten ja elimien saamat säteilyannokset. Sen perusteella ohjelmisto päättelee, saako syöpäkasvain suunnitellun määrän säteilyä ja säästyvätkö terveet kudokset ylimääräiseltä säteilyltä. 

Joakim Pyyryn mukaan Varianin Eclipse-annossuunnittelujärjestelmän tuotekehitys on tukevasti suomalaisten käsissä. Kuvassa Varian Medical Systemsin TrueBeam-sädehoitolaitteen pienoismalli.

 

Väitöstyö alkoi 20 vuotta sitten

Pyyryn väitöstutkimus sai alkunsa jo parikymmentä vuotta sitten, kun hän teki diplomityötään. 

– Kun viimeistelin diplomityötä keväällä 1996, HYKSissä isotooppilääkäri Kalevi Kairemo ja ylifyysikko Mikko Tenhunen olivat aloittamassa uusia kokeellisia isotooppihoitoja. Heiltä puuttui ohjelmisto, jolla voisi laskea säteilyannoksia. 

Isotooppihoidoissa potilaalle suonensisäisesti tai suun kautta annettu radioaktiivinen aine hakeutuu syöpäkudokseen ja tuhoaa syöpäsoluja paikallisesti. Pyyry oli kehittänyt diplomityössään koodia, joka soveltui pienin muutoksin myös isotooppihoitojen annoslaskentaan. 

Pian Pyyry oli mukana analysoimassa hoidettavia potilaita, ja ensimmäiset tieteelliset julkaisut – sekä Pyyryn väitöskirjan aihe – syntyivät vuonna 1997. Uudella menetelmällä isotooppihoitojen säteilyannokset pystyttiin visualisoimaan suoraan hoidon suunnittelua varten otettujen tietokonetomografiakuvien päälle. 

– Käytössä olevat menetelmät kertovat keskiarvon, esimerkiksi maksan saaman säteilyannoksen, mutta eivät sitä, millaisia annoksia maksan eri osat saavat, Pyyry havainnollistaa. 

Isotooppihoitojen annoslaskenta ei kuitenkaan edennyt kaupalliseksi tuotteeksi, ja väitösprojekti hautautui työkiireiden takia lähes kymmeneksi vuodeksi. 

– Päätyöni oli sädehoidon tietojärjestelmien kehittäminen, ja sain myös uusia vastuita. 

Vuosien varrella syntyi kuitenkin tieteellisiä julkaisuja uusista aiheista, ja ulkoisen sädehoidon uusi annoslaskenta-algoritmi eteni tieteestä aina tuotteeksi asti. 

– Pari vuotta sitten minulla kypsyi ajatus tehdä väitöskirja loppuun. Isotooppihoitojen ja ulkoisen sädehoidon laskentamenetelmissä oli paljon yhteistä, ja löysin punaisen langan väitöskirjaan.

Lisäpotkua antoi vaimon työn alla ollut väitöskirja. 

– Hänellä oli hyvä tekemisen meininki.

Kun vaimo oli kirjoittamassa väitöskirjaa ja Joakim Pyyry oli saanut lapset nukkumaan, ei hän avannutkaan televisiota, vaan ryhtyi naputtelemaan oman väitöskirjansa yhteenvetoa. Vaikka varhaisimmat paperit olivat lähes 20 vuoden takaa, ei aihe ollut hapantunut käsiin. 

– Menetelmät ovat edelleen ihan relevantteja.

– Väitösprojektin saaminen päätökseen oli hienoa, kun tähän on käytetty aika paljon energiaa, ja tohtorin tutkinto oli tavoitteena jo 20 vuotta sitten, Joakim Pyyry kertoo.

 

Kohti fysikaalista mallinnusta

Pyyry kertoo, että tietokoneiden laskentakapasiteetin alati kasvaessa säteilyannosten laskenta on juuri nyt murroskohdassa. Tulevaisuudessa voidaan lähteä liikkeelle säteilyfysiikan perusyhtälöistä, ja simuloida sädehoitolaitteen potilaan kudoksiin kiihdyttämän säteilyn etenemistä yksittäisen hiukkasen tarkkuudella. 

– 1990-luvulla tällainen laskenta olisi vienyt jopa päiviä, Pyyry kertoo. 

Pyyryn väitöskirjan matemaattisilla menetelmillä laskentaongelmaa yksinkertaistetaan niin, että annoslaskenta sujuu muutamissa sekunneissa. 

Kehitys kulkee kohti entistä tarkempaa fysikaalista mallinnusta, mutta uudet laskentamenetelmät etenevät potilastyöhön hitaasti. 

– Uusimpia menetelmiä otetaan nopeasti käyttöön johtavilla syöpäklinikoilla, mutta koko maailman mittakaavassa väitöskirjan laskentamenetelmät pysyvät käytössä vielä pitkään. 

 

Mitä haluaisit saada aikaan tekniikan tohtorina?

Kehittää sädehoitoja helpommiksi, tehokkaammiksi ja turvallisemmiksi. Se on työni, ja väitöskirjan teko tukee sitä.

 

Suosikkileikkikalu 

Isän 1960-luvulla Sveitsistä hankkima retkipyörä. Kunnostin sen toissa talvena yksivaihteiseksi työmatkapyöräksi. Siinä on hieno Reynolds-teräsrunko ja muhviliitokset.

 

Lempiharrastus 

Pyöräily, mutta jos ajankäyttöä katsoo, niin lasten kuskaaminen urheiluharrastuksiin.

 

Herra tohtori ilman muttia

Converse-lenkkareihin pukeutuva Varianin Applied Research -osaston pomo voi vihdoin hengittää vapautuneesti, kun häntä puhutellaan tohtorina. Sitä kuulemma tapahtuu tuon tuosta, kun monet asiakkaatkin ovat väitelleitä.

– Enää ei tarvitse miettiä, että pitäisikö virhe korjata, tuore tekniikan tohtori Joakim Pyyry naurahtaa. 

Lähes kaikki alaisetkin ovat tohtorikoulutettuja fyysikkoja, matemaatikkoja tai tietojenkäsittelytieteilijöitä.

Pyyryn päätyminen lääketieteellisen tekniikan pariin oli alunperin vahinko. 

– Opiskelin toista vuotta materiaalifysiikkaa, kun lukiokaverin poikaystävä vinkkasi Dosetekista, joka oli hänen mukaansa hyvä firma.

Kesätyöpaikka suomalaisfyysikkojen perustamassa sädehoidon mittalaitteita valmistavassa yrityksessä vei mukanaan. Vain viikko Pyyryn ensimmäisen työpäivän jälkeen yritys sai uuden amerikkalaisomistajan, sädehoitolaitteita valmistavan Varian Medical Systemsin. 

– Tämä on äärettömän kiinnostava ala. Yhä edelleen 23 vuoden jälkeen tulee uusia kivoja juttuja vastaan.

Pitkällä aikavälillä näkee myös, miten paljon ohjelmistot ja sädehoidon menetelmät ovat kehittyneet. 

– Huimia loikkia on otettu. Nyt sellaiset hoidot, jotka olivat 1990-luvulla kokeellisia, ovat ihan rutiinia. Sen on mahdollistanut pääasiassa tekniikan ja ohjelmistojen kehitys, Pyyry kertoo.

Pyyry ei ujostele kertoa, että Varianin Eclipse-annossuunnittelujärjestelmä on maailman paras, ja sen tuotekehitys on tukevasti suomalaisissa käsissä. Nyt työn alla on muun muassa koneoppimisen menetelmien laajempi soveltaminen osana ohjelmistoa. Tulevaisuudessa uuden hoitosuunnitelman laatimisessa auttavat tuhannet arkistoidut potilastapaukset.

– Haluamme auttaa käyttäjää hyödyntämään aiemmista hoidoista kertynyttä dataa.

Minkä tuotekehittäjän huippuhetken haluaisit nähdä tulevaisuudessa?

– Haluaisin automatisoida sädehoidon suunnittelua niin, että saadaan paras mahdollinen hoitosuunnitelma ja että käyttäjä voisi keskittyä entistä enemmän potilaaseen, Pyyry kertoo.

 

 

 

 

Avainsanat: