Het is geen toeval dat Tamara Nijsen zich de afgelopen jaren heeft gewijd aan onderzoek naar epilepsie. Toen bleek dat een van haar mogelijke afstudeeropdrachten bestond uit onderzoek naar epilepsiepatiënten, lag de keuze voor de hand: “Mijn broer heeft epilepsie, dus ik had wel iets met dat onderwerp”, zegt ze. De afstudeeropdracht bij epilepsiecentrum Kempenhaeghe mondde uit in een promotieonderzoek bij datzelfde instituut.

Kempenhaeghe ligt vlak buiten Heeze, ten zuidoosten van Eindhoven. Enkele honderden mensen die lijden aan zeer zware vormen van epilepsie verblijven hier permanent. Daarnaast is het centrum verantwoordelijk voor de zorg voor nog eens tienduizenden patiënten die lijden aan minder ernstige vormen van deze neurologische aandoening. Veel van de patiënten op de afdeling langverblijf zijn ook verstandelijk gehandicapt, en ze worden in de gaten gehouden met camera’s en microfoons. Toch komt het soms voor dat patiënten ’s nachts door hartfalen of verstikking overlijden tijdens een epileptische aanval. Sinds enige jaren werkt Kempenhaeghe daarom nauw samen met de TU/e om deze aanvallen beter te leren detecteren, zodat het verzorgend personeel tijdig kan ingrijpen.

Enkels en polsen
Tijdens testsessies wordt met elektrodes de hersenactiviteit (EEG) en het hartritme (ECG) van de patiënt gemeten. Daarnaast worden bewegingssensoren ingezet om de beweging van armen en benen gedurende langere tijd te volgen. Nijsen heeft zich gericht op de informatie uit de bewegingssensoren. De sensoren, zogeheten accelerometers, geven een signaal af dat overeenkomt met de versnelling die de accelerometer ondergaat. Ze worden met bandjes om de polsen en enkels van de patiënt bevestigd, zodat achteraf het bewegingspatroon van de patiënt als een fluctuerende lijn in de computer kan worden uitgelezen.

Het basisprincipe achter het apparaatje is relatief eenvoudig: de sensor kan schematisch worden voorgesteld als een condensatorplaatje dat is bevestigd aan een veertje. Door de schijnkracht die door een versnelde beweging wordt opgewekt, rekt de veer uit, of wordt hij juist samengedrukt. Daardoor verandert de afstand tussen de condensator en de rest van het systeem, en die verandering wordt automatisch omgezet in een elektrische spanning. Door twee bestaande tweedimensionale sensoren loodrecht op elkaar te monteren, werd een driedimensionale versie gebouwd.

Schudden en trillen
Veel epileptische aanvallen gaan gepaard met heftig schudden en trillen van het lichaam, wat een signaal oplevert dat door een expert kan worden onderscheiden van normale bewegingspatronen. Tijdens de meetsessies werd telkens een groep verstandelijk gehandicapte patiënten uitgerust met bewegingssensoren. Uit de eerste analyse kwamen al meteen nieuwe feiten naar voren, zegt Nijsen. “Het bleek dat veel aanvallen die ‘s nachts plaatsvinden niet worden opgemerkt, terwijl die toch gevaarlijk kunnen zijn voor de patiënt.”

Analyse van de signalen met het oog is een tijdrovende bezigheid, waarbij alle verzamelde data zorgvuldig moeten worden bestudeerd. Bovendien is het van weinig nut als een aanval vraagt om acuut medisch ingrijpen, bijvoorbeeld via een injectie. Het is gelukkig mogelijk om deze klus door speciale software te laten uitvoeren. Nijsen heeft software ontwikkeld die uit de ellenlange signalen de karakteristieke patronen van verschillende soorten epileptische aanvallen herkent. Ze was wereldwijd de eerste die hiermee aan de slag ging. “Dat was lastig, omdat er weinig vergelijkingsmateriaal was, maar natuurlijk ook heel spannend”, zegt de promovenda.

Tachtig procent
Nijsen legt uit hoe de software werkt: “Ik heb een algoritme gebruikt dat kijkt naar de ‘jerk’ en de variantie van het signaal.” De ‘jerk’ beschrijft hoe snel de versnelling verandert, en de variantie is een maat voor de spreiding in het signaal. Komen deze beide waarden boven een bepaalde drempel, dan gebruikt de software twee andere algoritmen, gebaseerd op typische bewegingspatronen van epileptische aanvallen, om te kijken of er ook echt sprake is van een aanval, en niet van een andersoortige beweging. “We hebben de analyses van mijn programma gelegd naast die van de experts van Kempenhaeghe. Voor het type aanval waarbij de patiënt enige tijd blijft trillen, bleek de overlap honderd procent. En van de aanvallen waarbij patiënten verstijven, of slechts heel subtiel trillen, herkent mijn software tachtig procent.”

Dat was goed genoeg om de mensen van Kempenhaeghe te doen besluiten Nijsens software ook in de praktijk te gaan toepassen. Ze hoopt dat de techniek in de toekomst goed genoeg zal werken om continu het bewegingspatroon van de epilepsiepatiënt in de gaten te houden. “Het apparaatje zou je als een soort horloge moeten dragen. Het verstuurt dan automatisch een alarmsignaal wanneer een epileptische aanval begint.” En dat zou levens kunnen redden./.