pienoiskuva|Eräs pneumoenkefalografian kehittäjä Walter Dandyn laatimista varhaisista aivojen ilmatäyttöröntgenkuvista vuodelta 1919. Kuvassa näkyy isoaivokuoren uurteita ja pinnallisia aivo-selkäydinnestetiloja (aivo-selkäydinnestesammioita) Pneumoenkefalografia eli aivojen ilmatäyttökuvaus, aivojen ilmatäyttöröntgenkuvaus tai ilmakallokuvaus oli neuroradiologinen röntgentutkimus ja varhainen aivokuvantamismenetelmä, jossa aivo-selkäydinnestettä poistettiin vähitellen ja korvattiin kaasulla, tavallisimmin ilmalla tai hapella, jotta aivokammioiden ja lukinkalvonalaisen tilan ääriviivat erottuisivat röntgenkuvissa. Menetelmässä siis ilma tai muu kaasu toimii varjoaineena. Menetelmä oli 1900-luvun keskivaiheille saakka tärkeä tapa paikantaa kallonsisäisiä sairauksia, erityisesti aivokasvaimia ja hydrokefalusta. Tutkimukseen liittyi kuitenkin huomattava epämukavuus ja merkittävä komplikaatioriski. Tietokonetomografia ja myöhemmin magneettikuvaus syrjäyttivät pneumoenkefalografian lähes kokonaan 1970- ja 1980-luvuilla. Sitä voidaan pitää nykyisten kohdennettujen aivokuvantamismenetelmien esimuotona.
Historia Pneumoenkefalografian kehitti yhdysvaltalainen neurokirurgi Walter E. Dandy. Hän kuvasi vuonna 1918 ventrikulografian, jossa ilmaa vietiin suoraan aivokammioihin porareiän kautta. Vuonna 1919 hän kuvasi lannerangan kautta tehtävän ilmanvaihtoon perustuvan tutkimuksen, jossa ilma saatettiin nousemaan aivojen subaraknoidaalitilaan ja usein myös kammioihin. Näin voitiin kuvata sekä kammiosto että aivopinnan nestetilat.
Menetelmä merkitsi varhaisen neuroradiologian läpimurtoa. Ennen sitä kallonsisäisten muutosten paikantaminen perustui lähes kokonaan anamneesiin, neurologiseen tutkimukseen ja tavallisiin kallon röntgenkuviin, joiden tarkkuus oli rajallinen. Pneumoenkefalografia mahdollisti nsimmäistä kertaa elävän potilaan aivokammioiden ja aivojen pinnallisten likvoritilojen muodon näkemisen.
Varhaisessa vaiheessa menetelmää pidettiin sekä lupaavana että vaarallisena. Wilder Penfield ja monet muut aikakauden neurologit ja neurokirurgit korostivat sen hyötyä, mutta myös sen riskejä. Euroopassa Adolf Bingel kuvasi lannerangan kautta tehtävää ilmainjektiota osittain itsenäisesti ja vakiinnutti käyttöön nimityksen pneumoencephalography.
1920-luvulta 1960-luvulle pneumoenkefalografia ja ventrikulografia kuuluivat neuroradiologian perusmenetelmiin. Leo Davidoff ja Cornelius Dyke kehittivät tekniikkaa standardoidummaksi ja pyrkivät vähentämään haittoja tekemällä tutkimuksen aiempaa kontrolloidummin radiologisessa yksikössä. Myöhemmin tomografian ja erikoisvalmisteisten pyörivien tutkimustuolien käyttöönotto paransi kuvanlaatua ja mahdollisti kohdennetumman kuvantamisen.
Menetelmän käyttö alkoi vähentyä jo ennen tietokonetomografiaa, kun isotooppikuvantaminen ja verisuonikuvantaminen tarjosivat uusia vaihtoehtoja. Ratkaiseva käänne tuli 1970-luvulla tietokonetomografian myötä. Magneettikuvauksen kliininen yleistyminen 1980-luvulla sinetöi pneumoenkefalografian poistumisen rutiinikäytöstä.
Menetelmän periaate ja toteutus pienoiskuva|Ihmisen aivokalvot. Jos ilmainjektioneula jäi ”puolitiehen”, saattoi ilmaa joutua kovakalvon (dura mater) alle, mikä pilasi tutkimuksen välittömästi. Pneumoenkefalografian periaate oli negatiivinen varjoainekuvaus. Nesteen sijaan kallonsisäisiin likvoritiloihin johdettiin kaasua, joka erottui röntgenkuvissa tummana ja piirsi näin näkyviin kammioiden, aivo-selkäydinnestesammioiden ja aivopoimujen väliset tilat. Tutkimus aloitettiin yleensä lannepistolla. Harvemmissa tilanteissa käytettiin suoraa ventrikkelipunktiota, mikä oli lähempänä ventrikulografiaa kuin varsinaista lannerangan kautta tehtävää pneumoenkefalografiaa. Aivo-selkäydinnestettä poistettiin pieninä erinä, ja tilalle vietiin vähitellen vastaava määrä kaasua painevaihteluiden vähentämiseksi. Kaasu oli tavallisimmin huoneilmaa; joissakin keskuksissa käytettiin happea, joka joidenkin kokemusten mukaan aiheutti vähemmän haittavaikutuksia. Menetelmän loppuvuosina happea käytettäessä injisoidun kaasun määrä oli tyypillisesti 5–10 ml. Muitakin kaasuja kokeiltiin, mutta niiden käyttö ei vakiintunut yleiseksi. Potilaan valmistelu vaihteli aikakauden, yksikön ja potilasryhmän mukaan. Koska tutkimus aiheutti usein pahoinvointia ja oksentelua, potilas paastotettiin monissa yksiköissä. Esilääkitys, sedaatio, paikallispuudutus ja yleisanestesia vaihtelivat yksiköittäin. Lapsilla ja huonosti yhteistyöhön kykenevillä potilailla yleisanestesia oli tavallisempi kuin aikuisilla. Kun kaasu oli viety likvoritilaan, potilasta siirreltiin eri asentoihin, jotta kaasu nousisi painovoiman vaikutuksesta haluttuihin kallonsisäisiin tiloihin. Käytettiin istuvaa, selinmakuista, vatsamakuista ja vinoa asentoa sekä myöhemmin erityisiä pyöriviä tutkimustuoleja, joista tunnetuin oli Siemensin markkinoima nk. Mimer-tuoli. Potilaan päätä kallistettiin ja käänneltiin, jotta halutut kallonsisäiset rakenteet täyttyisivät mahdollisimman tarkoituksenmukaisesti. Kuvantaminen tehtiin tavallisilla kallon röntgenkuvilla eri projektioissa, etenkin sivu- ja anteroposteriorisissa suunnissa. Myöhemmin käytettiin myös tomografiaa ja polytomografiaa peittokuvien vähentämiseksi. Joissakin keskuksissa lisänä käytettiin läpivalaisua tai muita reaaliaikaisen ohjauksen muotoja. Kaasun kokonaismäärä vaihteli käytettävän tekniikan ja tutkimuskohteen mukaan. . Klassinen tutkimus perustui kuitenkin ensimmäisiä vuosia lukuun ottamatta asteittaiseen neste-kaasuvaihtoon (fraktionaalinen pneumoenkefalografia) eikä kertaluonteiseen suureen injektioon. Päänsärky johtui valtaosin lukinkalvonalaisessa tilassa olevasta kaasusta, ja sitä voitiin vähentää taivuttamalla potilaan päätä eteenpäin, jolloin ilma saatiin ohjattua takimmaiseen pikkuaivo-selkäydinsammioon, ja siitä 4. aivokammion kautta aivonesteviemäriin eli Sylviuksen akveduktiin. Myös ilman joutumista kovakalvon alle varottiin, koska se sumensi kuvan ja keskeytti tutkimuksen, ja oli myös hyvin kivuliasta. Yleensä tämä johtui siitä, ettei injektioneulaa viety tarpeeksi pitkälle.
Käyttöaiheet Pneumoenkefalografian tärkein käyttöaihe oli kallonsisäisten kasvainten paikantaminen. Menetelmä ei useinkaan kuvannut kasvainta suoraan, vaan osoitti sen aiheuttamia muutoksia, kuten aivokammioiden siirtymistä, puristumista tai muodonmuutoksia.
Sitä käytettiin myös hydrokefalian arviointiin. Aivokammioiden laajentuminen voitiin havaita suoraan, ja joissakin tapauksissa voitiin päätellä aivo-selkäydinnesteen kierron estymisen taso kaasun jakautumisen perusteella.
Ennen nykyaikaisten kuvantamismenetelmien käyttöönottoa pneumoenkefalografiaa käytettiin myös aivoatrofian ja dementoivien sairauksien arviointiin. Lastenneurologiassa sitä hyödynnettiin synnynnäisten poikkeavuuksien ja hydrokefalian tutkimisessa.
Historiallisesti menetelmää käytettiin myös epilepsian, kehityshäiriöiden ja joidenkin psykiatristen tilojen tutkimisessa aikana, jolloin suoraa pehmytkudosten kuvantamista ei ollut käytettävissä.
Erikoistekniikoita kehitettiin erityisesti takimmaisen kallokuopan ja pikkuaivo-aivosiltakulmauksen alueiden tarkempaan kuvantamiseen. Pneumoenkefalografiaa käytettiin myös varhaisessa stereotaktisessa neurokirurgiassa anatomisten maamerkkien määrittämiseen.
Rajoitukset Pneumoenkefalografian keskeinen rajoitus oli sen epäsuora luonne. Menetelmä kuvasi aivo-selkäydinnestetiloja eikä varsinaista aivokudosta, joten tulkinta perustui normaalirakenteiden siirtymien ja muodonmuutosten havaitsemiseen.
Kuvanlaatu oli nykyaikaisiin menetelmiin verrattuna rajallinen. Rakenteiden päällekkäisyys röntgenkuvissa saattoi vaikeuttaa tulkintaa, ja tulokset olivat usein epäspesifisiä.
Tulosten tulkinta vaati huomattavaa kokemusta ja tarkkaa anatomian tuntemusta. Normaali löydös ei sulkenut pois sairautta, eikä poikkeava löydös välttämättä viitannut tiettyyn sairauteen.
Toimenpiteen invasiivisuuden ja haittojen vuoksi tutkimusta ei yleensä toistettu.
Riskit ja komplikaatiot Pneumoenkefalografia oli tunnetusti epämiellyttävä toimenpide. Yleisiä haittavaikutuksia olivat voimakas päänsärky, pahoinvointi, oksentelu ja niskan jäykkyys, jotka saattoivat kestää useita päiviä.
Neurologisia komplikaatioita esiintyi myös. Toimenpide saattoi laukaista kouristuskohtauksia erityisesti epilepsiapotilailla, ja ohimeneviä tai pysyviä neurologisia puutoksia kuvattiin.
Kallonsisäisen paineen muutokset olivat merkittävä riski. Potilailla, joilla oli kohonnut kallonsisäinen paine tai taemman kallokuopan tilaa vieviä muutoksia, lannerangan kautta tehty pneumoenkefalografia saattoi aiheuttaa aivojen herniaation, minkä vuoksi tällaiset tilanteet olivat vasta-aiheita.
Muita vakavia komplikaatioita olivat hengityksen ja verenkierron häiriöt sekä infektiot, kuten meningiitti. Sekä lannerangan punktioon että aivokammiopunktioon liittyi omat riskinsä.
Toimenpiteeseen liittyviä kuolemantapauksia on kuvattu historiallisissa aineistoissa, vaikka tarkat kuolleisuusluvut vaihtelivat.
Muunnelmat ja lähimenetelmät Useita toisiinsa liittyviä menetelmiä kehitettiin.
Ventrikulografia tai pneumoventrikulografia tarkoitti ilman viemistä suoraan aivokammioihin. Menetelmä oli invasiivisempi, mutta sitä pidettiin joissakin tilanteissa turvallisempana kuin lannerangan kautta tehtyä pneumoenkefalografiaa.
Lumbaalinen pneumoenkefalografia viittaa klassiseen lannerangan kautta tehtyyn menetelmään.
Happipneumoenkefalografia tarkoitti hapen käyttöä ilman sijasta oletuksena, että se imeytyisi nopeammin tai aiheuttaisi vähemmän haittaa.
Kuvantamisen parantamiseksi kehitettiin erilaisia tekniikoita, kuten fraktioitu kaasun anto, asennonvaihtomenetelmät ja vuodesta 1936 tomografiset kuvantamistavat, jotka muistuttavat nykyistä kerroskuvausta. Kerroskuvien otto perustui potilaan liikutteluun sopivin apuvälinein (esim. Phillips Polytome)
Pneumomyelografia eli ilmakontrastimyelografia oli vastaava menetelmä selkäydinkanavan ja hermojuurten kuvantamiseen ennen vesiliukoisten varjoaineiden käyttöönottoa.
Käytöstä poistuminen Pneumoenkefalografiasta luovuttiin, koska se oli invasiivinen, epämiellyttävä ja diagnostisesti rajoittunut.
Tietokonetomografia mahdollisti aivokudoksen suoran kuvantamisen poikkileikkeinä ilman tarvetta intratekaaliselle kaasulle ja korvasi nopeasti pneumoenkefalografian useimmissa käyttöaiheissa.
Magneettikuvaus paransi edelleen pehmytkudoskontrastia ja mahdollisti monitasokuvantamisen erityisesti taka-aivokuopan, aivorungon ja valkean aineen alueilla. MRI:n yleistyminen teki pneumoenkefalografiasta käytännössä tarpeettoman.
Verisuonten kuvantamisessa angiografia ja myöhemmin CT- ja MR-angiografia korvasivat pneumoenkefalografian. Selkäydinkanavan kuvantamisessa ilmakontrastimyelografia korvautui varjoainemyelografialla, CT-myelografialla ja magneettikuvauksella.
Lannerangan punktio säilyi tärkeänä diagnostisena toimenpiteenä aivo-selkäydinnesteen tutkimisessa, mutta sitä ei enää käytetä anatomiseen kuvantamiseen.
Nykytila Pneumoenkefalografialla ei ole enää roolia nykyaikaisessa neuroradiologiassa. Sen merkitys on pääasiassa historiallinen, ja se on vaikuttanut merkittävästi aivokuvantamisen kehitykseen ja kallonsisäisen anatomian ymmärtämiseen.
Harvinaisia ja hyvin rajattuja käyttötapauksia on kuvattu, esimerkiksi aivo-selkäydinnesteen kierron arvioinnissa monimutkaisessa hydrokefaliassa tilanteissa, joissa muut menetelmät eivät anna riittävää tietoa, mutta tällaiset tilanteet ovat poikkeuksellisia.
Käytännössä nykyaikaiset kuvantamismenetelmät, kuten tietokonetomografia ja magneettikuvaus, ovat kokonaan korvanneet pneumoenkefalografian. Joskus harvoin sitä voidaan kuitenkin edelleen käyttää osana tieteellistä tutkimustyötä.
Lähteet
* Dandy WE: ''Ventriculography following the injection of air into the cerebral ventricles''. Annals of Surgery, 1918. * Dandy WE: ''Röntgenography of the brain after the injection of air into the spinal canal''. Annals of Surgery, 1919.