Den första medicintekniska datorn i Lund Owe Svensson

Den första medicintekniska datorn i Lund Owe Svensson Efter att ha utbildat mig till teleingenjör vid Arboga tekniska skola och gjort militärtjänsten, var jag glad att kunna få jobb inom sjukvården. De flesta jobbalternativen för teleingenjörer vid den här tiden fanns annars inom den militära sektorn. Efter några vikariat fick jag arbete hos docenten David Ingvar, som sysslade med forskning vid kliniskt neurofysiologiska laboratoriet på Lasarettet i Lund där han utvecklade metoder för mätning av hjärnans blodflöde. När man idag frågar yngre människor om man vet vem David Ingvar var får man oftast nekande svar. När jag anställdes 1968 så visste alla och jag menar alla vem David Ingvar var. Det var inte forskningen som gjorde honom berömd bland folket utan hans medverkan i TV-programmet Fråga Lund. I det programmet besvarade David medicinska frågor på vacker ädelskånska så att alla förstod. Det var inte enbart David som var populär. Alla de lärde som deltog i det här programmet var starka personligheter, mycket kunniga och gjorde stort intryck på svenska folket. Att det vid den här tiden enbart fanns en TV-kanal gjorde förstås genomslaget för programmet effektivare. Att vara anställd hos David Ingvar innebar också att jag blev berömd, kanske inte i Sverige som helhet, men i min hemtrakt i Småland visste i vart fall alla vem som jobbade hos David Ingvar. David hade tillsammans med Niels Lassen i Köpenhamn (http://en.wikipedia.org/wiki/niels_lassen) utvecklat en metod för mätning av blodflödet i hjärnan. Metoden innebar att man förde in en kateter i halsartären karotis interna och injicerade där en mängd radioaktiv gas Xenon 133 som var löst i koksaltslösning. Det radioaktiva ämnet följde med blodet upp i hjärnan och spred sig i vävnaden och sköljdes därefter successivt ut via venerna och försvann ut genom att xenonet övergick i gasform i lungorna och sedan ut genom utandningsluften. Ämnet hade alltså en mycket kort biologisk halveringstid. Det var viktigt att katetern placerades en bit upp i karotis interna så att inget av det radioaktiva ämnet spillde över i karotis externa och därigenom kom att sprida det radioaktiva ämnet till yttre vävnader utanför kraniet. Detta skulle allvarligt störa blodflödesanalysen. Med hjälp av detektorer som registrerade den radioaktiva strålningen från hjärnan under 15 minuter fick man en kurva som först snabbt steg till ett högt värde när injektionen nådde hjärnan och spred sig i vävnaden. Därefter sjönk kurvan allteftersom xenongasen sköljdes ut av blodflödet i ett exponentiellt förlopp. Om kurvan föll brant betydde det att blodflödet var högt och om den sjönk långsammare så betydde det att blodflödet var lägre. Hjärnan består av två huvudkomponenter; vit vävnad och grå vävnad. Blodflödet i vit respektive grå vävnad skiljer sig åt ganska mycket vilket innebar att den kurvan man registrerade var biexponentiell, d.v.s. den innehöll två adderade exponentiella kurvor. Uppgiften var att separera dessa kurvor. Detta var min första arbetsuppgift, förutom att assistera vid själva undersökningen. Separeringen gjordes för hand med linjal och blyertspenna på kurvor utskrivna på ett lin/log-papper. Pulserna från detektorerna som mätte radioaktiviteten räknades av en apparat som innehöll ett kärnminne där antalet pulser per tidsenhet lagrades och visades som en analog kurva på en oscilloskopskärm. Denna kurva kunde sedan skrivas ut för manuell analys. 1

Metoden kom senare att utvecklas så att man istället för att injicera xenonet i halsartären lät patienten inandas xenonet i gasform. Det innebar nackdelen att såväl hjärnan som de yttre vävnaderna laddades med radioaktivt xenon. Flödet i hjärnans gråa vävnad är emellertid betydligt högre än flödet i de yttre vävnader som omger kraniet. Det innebär att man kan göra en god uppskattning av blodflödet genom den gråa vävnaden innan den skadliga inverkan av externa vävnader gör sig gällande. Flödet genom den vita vävnaden kunde därmed inte mätas. Det var emellertid tillräckligt intressant att kunna mäta flödet genom grå vävnad för att metoden skulle fortsätta att användas. David köpte in en s.k. minidator för att kunna automatisera analysen av signalerna från detektorerna. Valet föll på en Varian 620/i, som ansågs vara en god 16-bitarsmaskin som det var lätt att skapa interface till. Per Torlöf, civilingenjör i teknisk fysik, anställdes ungefär samtidigt som jag och han deltog i själva valet och inköp av datorn. Datorn var helt naken, d.v.s. hade inget operativsystem, och kunde inte användas till något innan programmen var utvecklade. När man väl hade ett fungerande program var proceduren för att starta datorn omfattande. Först var man tvungen att för hand knappa in bootstrappen, ca 15 20 binära koder, till kärnminnet. Bootstrappen gjorde att hålremsläsaren startade för att ladda in först binary loader, därefter Fortran loader och slutligen det kompilerade programmet och ett antal standard Fortran subrutiner. Det tog minst en kvart (troligen mer) att läsa in dessa hålremsor innan man kunde starta programmet. Det kan ju ta god tid även idag att starta en dator med Windows, men man skall betänka att det inte var så många kilobytes som skulle läsas in. Niels Lassen arbetade på Bispebjärs hospital i Köpenhamn. Lyckligtvis hade Niels fru Edda Sveinsdottir matematisk utbildning och hon ledde utvecklingen av analysprogrammet i samarbete med Per. Till sin hjälp hade de examensarbetare både från Köpenhamns universitet och från Lunds Tekniska Högskola. Analysprogrammet skulle räkna pulser från ett antal NaIdetektorer, utföra automatisk analys av de biexponentiella kurvorna och leverera blodflödesvärden för grå och vit vävnad från detektorernas upptagningsområde. Upptagningsområdena definierades av en cylindrisk blykollimator och bildade ett koniskt område i hjärnan. Det är helt omöjligt att förstå hur omfattande arbete som den här programutvecklingen innebar. Programmet för insamling av data, analys och skattning av flödesvärden samt presentation på en liten oscilloskopskärm skrevs i maskinkod, ja inte som binärkoder förstås, men med akronymer LDA för load accumulator, STO för store memory etc. Programmeringen skedde alltså genom att direkt påverka hårdvarans innersta delar. Detta kallas att programmera i assembler. Man skall också ha i minnet att, lika lite som att datorn inte hade något operativsystem, så hade den inte heller någon texteditor där programmen kunde editeras. Detta måste ju vara ofattbart för dagens programmerare och ter sig numera även ofattbart för mig. Programmen skrevs på en s.k. Teletype. Detta var en skrivmaskin som kunde vara terminal till datorn. När en tangent trycktes ner sändes ett tecken till datorn som ekade tillbaka tecknet och påverkade ett skrivhuvud som printade ett tecken på pappret. Teletypen kunde också köras i lokalt läge och då aktiverades också en hålremsstans. Varje knappnedtryckning genererade då inte bara ett tecken på pappret utan också en utstansad binärkod på en hålremsa. Enda editeringsmöjligheten var då att med en speciell kniv skära bort det felaktiga stycket av remsan och skarva i en ny, eller om det fattades hål i binärkoden, stansa ut ett hål med en handstans. Teletypen hade också en hålremsläsare så att man kunde få remsans innehåll utskrivet på papper. Skrivmaskinens hastighet var tio tecken per sekund. När man hade en hålremsa som man var nöjd med skulle denna assembleras i en tvåstegsprocess innan datorns hålremsstans levererade en hålremsa med ett körbart program. 2

Att programmen skrevs i maskinkod berodde antagligen på att internminnet var begränsat och att programmet inte skulle kunna rymmas om man skrev i Fortran. Dessutom skulle ju detektorernas pulser räknas via interruptmoduler och resultatet av beräkningarna presenteras på en vanlig rund oscilloskopskärm. Siffror skulle presenteras i ett mönster som motsvarade detektorernas positioner och flödesvärdena skulle presenteras grafiskt. Allt detta fick programmeras punkt för punkt via en digital till analogomvandlare som styrde ut oscilloskopet i x- och y-led. Till detta kom en signal i z-led som tände och släckte strålen. Stöd för detta fanns inte i Fortran. Resultatbilden på oscilloskopbilden förevigades med hjälp av en polaroidkamera. Det skrevs trots allt vissa program i Fortran, som jag skall komma till senare. Jag tror att det var program för statistikbearbetningar och utskrifter på teletypen. Jag såg till att datorn med tillbehör blev monterad i ett 19 -rack. Jag beställde målning av racken på medicintekniska verkstaden. Färgen blev en tilltalande ljust sjukhusgul färg. Tillbehören till datorn utgjordes inledningsvis, förutom av teletypen och oscilloskopet, av en hålremsläsare, en hålremsstans och ett trumminne. Trumminnet var en koloss med en diameter på 50 cm skulle jag tro och den var lika hög. Lyfte man av locket kunde man finna stora läs- och skrivhuvuden. De var 128 till antalet, ett huvud för varje spår på trumman. Riktigt hur många bytes varje spår rymde kommer jag inte ihåg. Detektorerna kopplades via en panel av BNC-kontakter till en s.k. interruptmodul med en avbrottsingång för varje detektor. Varje foton från det radioaktiva preparatet förorsakade en elektrisk puls som skapade ett avbrott i det pågående programmet. Avbrottsrutinen ökade värdet i en minnescell med ett och räknade på så sätt de pulser som kom från en viss detektor. En realtidsklocka såg till att en ny cell valdes för räkning av pulser vid definierade tidsintervall, så att man fick en vektor med värden som representerade en tidsupplöst kurva av den radioaktiva intensiteten. Nu när analysen var automatiserad så kunde antalet detektorer ökas och vi hade nu 16 och så småningom 32 detektorer anslutna till var sin interruptingång i datorn. För att kunna sköta den här datorn fick jag och Per åka till Paris/Orly på servicekurs i två veckor i november 1969. Det skulle visa sig vara framsynt av David att låta oss gå den här utbildningen. Per hade lite förkunskaper om datorteknik och jag kunde transistorer och andra elektroniska komponenter, men kunde inget om integrerade kretsar, kärnminnen och datorteknik (däremot var jag väl insatt i elektronrörens funktion, men det var ju redan när jag började min yrkeskarriär helt onödig kunskap). Vi hade emellertid en duktig lärare och såvitt jag kommer ihåg lärde vi oss mycket på den kursen. Per och Edda arbetade med att skriva analysprogrammen medan jag fick uppgiften att utforma vissa utskrifter på teletypen. På det sättet kom jag att lära mig att programmera i Fortran. Det var naturligtvis märkvärdigt att vi hade en forskningsdator och David ville gärna visa datorn för sina forskarkollegor. Vi fick därför ta med datorn till en konferens om hjärnans blodflöde i Mainz i Tyskland. Det var ju inte precis någon bärbar dator. Det var en dubbel 19 rack som väl var 1,20 bred och lika hög och rejält tung. Teletypen var inte infogad i racken utan stod på ett golvstativ. För att klara detta hyrde vi en skåpbil där vi lastade in hela utrustningen, om jag minns rätt även med detektorpaketet. Programmen var emellertid inte riktigt färdiga. Jag satt därför hela konferensen och försökte att få programmet felfritt. Det var väl någon utskrift som inte var bra antar jag. Som Ni förstår tog det lång tid med dåtidens hålremsteknik att föra in en ändring i programmet och kompilera det och som jag minns det hann jag aldrig få utskriften att fungera. Istället fick forskarna se mig sitta svettig i ett hav av hålremsor och veckad 3

pappersbana som ringlade ut ur teletypen. Men det var kanske inte så dumt att de fick se datamaskinen ur detta perspektiv. Till det gamla datainsamlingssystemet hörde en XY-plotter som man använde för att skriva ut de kurvor som jag analyserade för hand. Varianmaskinen plottade ut kurvor på teletypen om man ville det. Utskrivna kurvor var ju inte längre så viktiga eftersom flödesvärden automatiskt skattades ur de insamlade mätvärdena. Dock kunde det ju finnas anledning att undersöka kvalitén på mätvärdena genom att skriva ut kurvan. Jag vet inte säkert vad det var som fick mig att försöka ansluta plottern till datamaskinen, men jag påbörjade i vart fall ett sådant projekt. Jag hade manualen till plottern och kunde lista ut vilka koder som styrde skrivhuvudet och som stämplade plotpunkten på pappret. Därefter köpte jag ett kretskort som passade i datorbussen och en lämplig skrivarkontakt. På kortet byggde jag drivelektroniken för plottern med integrerade TTL-kretsar ur Texas instruments 74 serie. Jag använde mig av s.k. virteknik. Det var socklar till de integrerade kretsarna som hade långa förgyllda ben med kvadratiskt tvärsnitt. Kanterna på de kvadratiska benen var skarpa och när man virade en tråd ett antal varv runt benen så fick man en bra kontakt. Per lärde mig hur man skrev maskinspråk. På så sätt kunde jag skriva en drivrutin till den drivelektronik som jag hade byggt. Drivrutinen gjordes så att man kunde kalla på den i ett fortranprogram. När det var gjort kunde jag skriva fortransubrutiner för att flytta skrivhuvudet till en viss XY-koordinat och sätta en punkt där. Det fungerade faktiskt och minns jag rätt skrev jag även ett program som kunde plotta ut kurvor från blodflödesmätningarna. Detta var en fantastisk skola att genom praktiskt arbete kunna lära sig att förstå i detalj hur den här typen av datateknik fungerade. Flera andra och mer komplicerade interface byggdes med samma virteknik där Per deltog och handledde examensarbetare. Bland annat byggdes interface till ett skivminne och en displayenhet på detta sätt. På kliniskt fysiologiska laboratoriet som låg våningen under neurofys arbetade Lisbet Niklason. Håkan Westling som var hennes chef och Björn Jonson förhandlade med David om att få låna Varianmaskinen för vissa experiment. Lisbet skrev då program som simulerade lungmekaniska fenomen. Dessa experiment blev så lyckade att man kunde motivera inköp av en egen maskin. Man valde då att köpa en PDP8 från Digital Equipment. Denna dator var ett snäpp modernare än Varian-manskinen eftersom den hade bandrullar som innehöll programmen och på så sätt kunde startas relativt snabbt. Utvecklingen gick snabbt även på den tiden. Lisbet berättar att bootstrappen skulle knappas in för hand även på PDP8:an, men att man litade på att en låg kvar i kärnminnet efter att maskinen varit frånslagen, och bara startade maskinen i bootstrapens startminnescell. Jag kommer inte ihåg om vi gjorde så på Varian också, det borde ha fungerat. I samband med blodflödesmätningar ansvarade jag för att maskinen var uppstartad och att alla program var inlästa, så att datainsamling kunde starta i samma ögonblick som injektionen av den radioaktiva xenonlösningen skedde. Det var en kritisk situation där patienten hade en kateter införd i halsartären. Denna kateter skulle finnas där så kort tid som möjligt eftersom det alltid fanns en risk att det skulle kunna bildas något litet blodkoagel som skulle sköljas med upp till hjärnan och förorsaka en propp. Efter en tid började datorn att krångla. Det kunde hända att just när katetern var på plats för injektion så stannade programmet och det fanns inget annat att göra än att börja om från början och läsa in programmet på nytt och det tog ju ganska lång tid. Det var som Ni förstår en mycket svettig situation. Läkarna var irriterade över att behöva förlänga mätningen mer än nödvändigt och jag kände att haveriet var mitt fel, även om ingen direkt uttalade det. Det gällde att arbeta så snabbt det gick och mata in hålremsa efter hålremsa i rätt ordning. Gjorde jag fel skulle det ta ännu längre tid. Felet uppträdde 4

slumpmässigt och det var omöjligt att förutsäga när det skulle hända. Jag förväntades före en mätning kunna säga att idag fungerar datorn så att vi kan genomföra en mätning störningsfritt, men hotet om programhaveri fanns hela tiden i luften. Värst var det förstås om haveriet inträffade efter injektionen av den radioaktiva lösningen, under själva datainsamlingen. Då gick mätningen inte att genomföra och karotispunktionen var gjord helt i onödan. Jag satte igång med att försöka att finna detta gäckande intermittenta fel. Lyckligtvis fick jag tag på ett minnestestprogram till datorn. Detta testprogram skrev in ömsom ettor och ömsom nollor i alla minnespositioner i datorns kärnminne och skrev ut resultatet på teletypen. Även om minnet bara var några kilobyte stort (om jag inte missminner mig så kom vi efter några uppgraderingar upp i 4 KB internminne eller var det 8) så blev det långa listor med ettor och nollor och utskrifterna tog lång tid med tanke på att utskriftsfarten var tio tecken per sekund. Efter att ha skrivit ut mängder med papper med ettor och nollor på, fann jag att det fanns en minnescell där det kunde inträffa att en siffra ibland visade en nolla när det skulle vara en etta eller tvärtom. Det gällde då först att finna adressen till denna minnescell och sedan försöka tolka hur man adresserar ett kärnminne, där ström i en viss riktning i en X-ledning och samtidigt i en Y-ledning som går genom en ferritring ger en magnetisering som motsvarade en etta medan om dessa strömmar samtidigt i X- och Y-ledningar gick i andra riktningen skulle motsvara en nolla. Själva drivkretsarna till kärnminnet var faktiskt diskreta kretsar med transistorer, motstånd och kondensatorer. Efter ett noggrant detektivarbete lyckades jag finna de komponenter som var inblandade i den minnescell, som jag funnit uppträdde slumpmässigt felaktigt genom minnestestet. När jag tittade noga på dessa komponenter kunde jag slutligen finna ett motstånd som satt fast med en kallödning. Jag lödde om detta motstånd och körde igång maskinen och kunde inte upprepa felet igen. David och den medicinska personalen var förstås nöjda med att datorn nu fungerade igen, men uppskattningen blev ju inte mer än så. Att datorn fungerade var ju normaltillståndet och inte så mycket att orda om. Det var ju när den inte fungerade som det var onormalt och värt att uppmärksamma. Jag fick alltså gå med en fantastiks historia inom mig, som jag inte kunde berätta för någon, eftersom ingen skulle förstå hur fantastiskt den var. Jag brukar ofta referera till vad Knyttet säger i Muminsagan. Vad skall man med en pärla till om man inte får visa den för någon och det var precis vad jag kände. Detta är förstås villkor som jag delar med serviceingenjörskolleger världen över, men jag vill fortsätta med att berätta en historia som ytterligare visar hur jag kunde känna mig i den här situationen. Hjärnforskningen i Lund var vid den här tiden mycket aktiv. David samlade flera forskare och doktorander kring sig, bl. a. psykologen Jarl Risberg. Vidare etablerade David nära samverkan med de kliniska institutionerna neurokirurgi, neurologi och psykiatri och till detta kan läggas forskningssamarbetet med den danske kollegan Niels Lassen. En annan mycket viktig samarbetspartner var Bo Siesjö. Bo hade utvecklat ett lab för mera grundläggande forskning om hjärnans metabolism och hur olika substanser fördelade sig i hjärnan efter olika former av provokationer. Bo hade utvecklat en metod där man först utsatte råttor för en provokation som förväntades påverka hjärnan och sedan doppades råttans huvud i flytande kväve, varpå råttan dog på fläcken. Tillståndet i hjärnan fastnade förstås i samma ögonblick. Den stelfrusna hjärnan plockades ut och sändes till patologen Arne Brun som skivade den och genom olika infärgningsmetoder och mikroskopi kunde beskriva tillståndet i infrysningsögonblicket. Med hjälp av den här metoden kunde man undersöka en mängd olika frågeställningar om trauma, anoxi, läkemedel och vad det nu kunde vara. Detta gjorde labbet till den framgångsrikaste forskningsinstitutionen i Lund vid den här tiden och till en veritabel doktorsfabrik. Läkare som ville doktorera kunde gå till Bo som snabbt skapade en problemformulering och några djurförsöksserier senare satt doktorshatten på plats. Det mesta 5

hantverket gjordes av laboratorieassistenter och resultaten kom som bilder och siffror från patologen. Doktoranden plottade upp dessa siffror i ett diagram och försökte därefter att fundera ut en bra förklaring till varför diagrammet blev som det blev. Resultaten från de här doktorandernas arbeten redovisades på seminarier i neurofyslabbets bibliotek och jag var ofta med och lyssnade på dem. Det var i samband med dessa seminarier som jag började fundera över hur olika förutsättningarna var. Doktorandernas arbeten uppmärksammades av professorer och forskare och alla applåderade. Det är klart att jag unnar dem den glädjen, men samtidigt satt jag där och tyckte att deras prestationer kanske ändå inte var så märkvärdiga i vart fall inte i jämförelse med min forskning på datorn som ledde fram till att jag fann en felande länk ett motstånd som var kallödat. Det fanns ingen som skulle vilja lyssna på hur den forskningen gick till och hur jag kom fram till resultatet. Ingen skulle ens begripa vad jag talade om. Det var då jag bestämde mig för att vidareutbilda mig och överge serviceingenjörsarbetet. 1976 lämnade jag neurofyslabbet för att vidareutbilda mig till civilingenjör. Tiden på labbet hade varit mycket rolig och mycket lärorik. Jag har berättat om datorutbildningen, att jag fick bygga elektronik och programmera och att jag kunde delta i doktorandseminarierna och åka på vetenskapliga konferenser. Jag gick också kurser i medicin för tekniker och fick följa en doktorandkurs för psykologer i centrala nervsystemets fysiologi. Jag jobbade ju under denna tid även som serviceingenjör för hela labbets kliniska elektrofysiologiska utrustning och deltog i diverse forskningsprojekt där jag fick bygga de mätuppställningar som behövdes. Jag var 23 år när jag började på labbet och 30 när jag slutade. Detta är ju en tid i livet som har stor betydelse för vem man blir och min identitet som medicintekniker har efter detta varit outplånlig. Att jag i fortsättningen av min karriär allt som oftast, utan att kunna värja mig, har hamnat i IT-träsket, kan kanske förklaras med att jag damp ner i det redan från början genom arbetet med den första medicintekniska datorn i Lund. Lund den 11 december 2007 Owe Svensson Jag vill gärna tacka Per Torlöf, Lisbet Niklason, Lars Borgström och Kerstin Svensson som hjälpt mig att minnas och gett mig värdefulla synpunkter på texten. Jag ansvarar emellertid helt och hållet själv för innehållet, som inte gör anspråk på att vara helt objektivt utan i mångt och mycket en skildring av min subjektiva upplevelse. 6