spacer.png, 0 kB
Volg Cursor via Twitter Volg Cursor via Facebook Cursor RSS feed
spacer.png, 0 kB

spacer.png, 0 kB
Sluitstuk

Student ontmaskert zelflerende software
Cursor in PDF formaatCursor als PDF
    PrintE-mail Tweet dit artikel Deel dit artikel op Facebook
    Hartinfarcten beter voorspellen en borstkanker tijdig detecteren
    25 november 2010 - De medische techniek door beeldbewerking en -analyse op een hoger plan tillen. Dit doel heeft hoogleraar Bart ter Haar Romeny constant voor ogen met zijn vakgroep BioMedical Image Analysis. Dr.ir. Alessandro Becciu, die 24 november promoveerde binnen de vakgroep, zette met zijn onderzoek een belangrijke stap in het beter kunnen voorspellen van hartinfarcten. Het promotie-onderzoek van dr. Marieke Heisen vergroot de mogelijkheden om borstkanker vroeg te detecteren.
    Alessandro Becciu (links) en Bart ter Haar Romeny. Foto | Bart van Overbeeke

    De ontdekking van röntgenstraling eind negentiende eeuw was revolutionair. Voor het eerst konden patiënten van binnen worden bekeken, zonder ze daarbij open te hoeven snijden. De uitvinding van Magnetic Resonance Imaging (MRI) rond 1970 bood nog meer voordelen. Met deze techniek kun je gedetailleerde en zeer scherpe (twee- én driedimensionale) beelden van doorsneden maken. Het is gemakkelijker ‘normale’ en ‘afwijkende’ weefsels van elkaar te onderscheiden en de lokalisatie is preciezer. Een groot voordeel is ook dat de patiënt geen hinder van straling ondervindt.

    Bij BioMedical Image Analysis hebben ze zich als doel gesteld beelden beter te kunnen interpreteren en te visualiseren. “Een arts moet binnen vijf minuten kunnen zien wat een patiënt mankeert”, verwoordt Ter Haar Romeny het ambitieuze streven van zijn groep. “We concentreren ons op de beeldanalyse op het gebied van het hart, van de oncologie en van de neurowetenschap. We zijn vooral goed in ‘moeilijke’ beelden en lopen voorop in met name de kwantitatieve analyse en interactieve visualisatie.”

    Onlangs nog kwam de groep in het nieuws met de ontwikkeling van een computerprogramma waarmee artsen gemakkelijker kunnen kijken naar de ‘bedrading’ van hersenen. Ook werkt de groep aan het zichtbaar maken van de kleine kern diep in het brein die bij Parkinson-patiënten elektrisch gestimuleerd wordt om aanvallen te stoppen.

    Bij de beeldbewerking wordt vrij ingewikkelde wiskunde gebruikt. Voor Ter Haar Romeny reden om mensen met een goed wiskundig inzicht aan te trekken. Ook bij Alessandro Becciu en Marieke Heisen speelden algoritmes een belangrijke rol. Becciu deed onderzoek naar de beweging en samentrekking van het hart en Heisen naar borstkanker. Beiden analyseerden MRI-beelden.

    We konden al langer zien hoe het hart beweegt. Hoe de hartspier zelf van binnen beweegt en hoe de weefsels precies samentrekken, was echter alleen zichtbaar door de patiënt open te maken of door contrastmiddel in te spuiten. Becciu heeft het nu mogelijk gemaakt om de samentrekking en rotatie van het hart in de spier kwantitatief te analyseren. Zijn analyse en visualisatie kunnen er voor zorgen dat artsen de afbakening en het herstel van infarcten in de toekomst beter kunnen zien.

    “Het hart maakt zowel een draaiende als samentrekkende beweging”, demonstreert Becciu met zijn handen. “Het is belangrijk om te weten hoe krachtig die twee bewegingen zijn. Slechter contraherende delen kunnen een indicatie zijn van een hartinfarct. Wij hebben aangetoond dat we de deformaties -vervormingen- heel precies kunnen meten.”

    Becciu ontwikkelde wiskundige modellen voor zogeheten 3D deformatie-tensorvelden die de beweging van afzonderlijke deeltjes nauwkeurig in kaart brengen. Hij visualiseerde de beweging van de deeltjes met pijlen. “Hoe langer de pijl, des te sneller de beweging.” Met MRI wordt een patroon op de hartspier ‘geschilderd’ dat meebeweegt tijdens het kloppen van het hart. Vervolgens vertaalde hij de deformatie naar kleuren. Een gele kleur betekent daarbij veel deformatie en blauw wil zeggen dat er op die plek weinig deformatie is. Is er op een ‘onlogische’ plek weinig deformatie, dan is dat een signaal voor de arts dat iets niet in orde is.

    De rotatie en contractie zijn los van elkaar te berekenen. Normaal gesproken heeft het hart eerst een sterke rotatie, vervolgens gaan draaiing en contractie gelijk op en tenslotte trekt de hartspier krachtig samen. “Kijk”, wijst Becciu op een afbeelding in zijn proefschrift. “Hier zie je bij een patiënt dat hij wel contractie heeft, maar dat de rotatie bijna nihil is.” Dat betekent dat het hart minder effectief pompt. Te vergelijken met het uitwringen van een natte handdoek; de ‘wring’ ontbreekt.

    Becciu noemt de resultaten ‘veelbelovend’. “We hebben de theorie getest bij enkele patiënten en vrijwilligers. Om hier echt zeker van te zijn, zou je het bij honderden mensen moeten testen. Maar de eerste resultaten zijn erg goed.”

    Bij Nederlandse vrouwen van vijftig jaar of ouder worden de borsten elke twee jaar preventief onderzocht op tumoren. De screening en diagnose gebeuren meestal met röntgenfoto’s. Voor vrouwen die jonger zijn en tot een risicogroep behoren -bijvoorbeeld omdat ze directe familie met borstkanker hebben- kan onderzoek met MRI effectiever zijn. Dr. Marieke Heisen vergrootte met haar promotieonderzoek het begrip van kwantitatieve MRI-resultaten van borsttumoren.

    “Op röntgenbeelden kun je calciumvlekjes goed zien en die zijn een teken van snelle celgroei. Maar bij jonge vrouwen zit sowieso al meer calcium in het borstweefsel dan bij oudere vrouwen”, zo verklaart biomedisch technologe Heisen waarom vooral jonge vrouwen meer gebaat zijn bij MRI en niet bij röntgen.

    Vorige week werd het belang van MRI wetenschappelijk onderstreept: uit onderzoek van zes academische instellingen en kankercentra onder leiding van het Erasmus MC naar de effecten van MRI bij borstkanker bleek dat de overlevingskans van vrouwen bij wie borstkanker in de familie voorkomt met bijna twintig procent stijgt als zij jaarlijks met een MRI-scan onderzocht worden. Met de scan worden ruim twee keer zoveel tumoren ontdekt als met een mammografie.

    Bij MRI-onderzoek aan de borst wordt een contrastmiddel geïnjecteerd dat enkele minuten wordt gevolgd door een MRI-filmpje van de borst te maken. Radiologen hanteren verschillende protocollen en voeren meestal kwalitatieve analyses uit. Heisen heeft in haar onderzoek gekeken welke modellen je voor kwantitatieve analyses het beste kunt gebruiken. Voor het toepassen van zogeheten farmacokinetische modellering (modellen die de distributiedynamica van genees-of contrastmiddelen in het lichaam beschrijven) moet de concentratie van het contrastmiddel in tijd worden aangeduid. Heisen heeft dit tijdsaspect in een model verwerkt. “Het contrastmiddel dat voorbij de tumor stroomt, is moeilijk te meten als je maar één meting per minuut hebt. We leiden dit daarom indirect af van de respons in gezond weefsel.”

    Heisen ontwierp met Philips Healthcare en de University of Chicago een ‘kalibratieobject’. Een ‘bakje’ waarin de borsten komen te ‘hangen’ met ringen met verschillende hoeveelheden concentratievloeistof wordt meegescand, zodat er een referentie is met de concentratie van de vloeistof die in de borst is geïnjecteerd. “Nu wordt alleen gekeken naar signaalintensiteit, maar die is heel erg afhankelijk van de instellingen. De resultaten kunnen niet één op één worden vergeleken. Doordat we beter weten wat we meten en ook beter begrijpen, is het uiteindelijk mogelijk eerder en/of een specifiekere diagnose te stellen.” (JvG)


    Marieke Heisen. Foto | Bart van Overbeeke

     

    MRI

    MRI is een afkorting van Magnetic Resonance Imaging, oftewel magnetische resonantie-beeldvorming. Een sterke magneet magnetiseert de kernen van de waterstofatomen in de weefsels. Deze atomen gaan zich als miniatuurmagneetjes gedragen. Vanuit de scannertunnel worden radiogolven uitgezonden die de watermagneetjes als het ware doen meetrillen (resoneren). Daarbij nemen ze energie uit de radiogolven in zich op. Stopt de radiogolf, dan wordt de eerder opgenomen energie weer uitgezonden als een signaal waarin allerlei bijzonderheden van het weefsel zitten. Uit deze signalen kan de computer van het apparaat de samenstelling van de verschillende weefsels berekenen en ze uittekenen in de vorm van een doorsnede (de MRI-scan).
    He wants to take medical engineering to another level by means of image editing and analysis. It’s all Bart ter Haar Romeny and his BioMedical Analysis research group work on these days. Dr.ir. Alessandro Becciu, who received his PhD on November 24 for his research for the group, made important progress in the prediction of coronaries. Dr. Marieke Heisen’s dissertation will increase the chance of early detection of breast cancer.