Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek

Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek TEPIS

Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek CYTTRON II

diagnostiek

Amsterdam 2016

TEPIS

Introductie

TEPIS tekst: René Rector beeld: Gwen Dackus

Pathologen gaan in de cloud flinterdunne plakjes weefsel onder de microscoop.

Samen kijken betekent dat je naast elkaar moet gaan zitten. Tot voor kort. Pathologen kunnen nu in de cloud.

FOTO: PHILIPS

pathologen lastig. Hun object van studie bestaat uit

FOTO: WILLY VAN BRAGT

Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor

Links: Archiveren volgens conventionele methoden gebeurt in meterslange archiefkasten.

Rechts: Preparaten worden nu ingescand met een hyperprecieze beeldscanner.

Traditioneel kun je alleen samen naar een preparaat

Pathology Image Sharing-systeem, bouwt voort

mamanager van het overkoepelende TraIT-consor-

kijken met behulp van een zogenoemde multikop:

op een recente technologische ontwikkeling: het

tium: “Vergelijk het met Google Earth. Als je dat

een microscoop met twee sets kijkvensters. Even

kunnen scannen van microscoopglaasjes. Preparaten

opstart, zie je afhankelijk van je locatie je eigen land

digitaal een bestandje mailen zit er niet in: tot een

zijn vaak minder dan een vierkante centimeter, maar

in beeld. Ga je zoomen, dan stuurt Google je gede-

paar jaar geleden bestond er geen scanner die gede-

recente scanners (zoals bijvoorbeeld ontwikkeld

tailleerdere informatie. Wil je weer meer overzicht,

tailleerd genoeg een heel preparaat kon scannen.

binnen het Cyttron II-consortium. Zie ook Micro-

dan krijg je weer een nieuwe uitsnede.”

Een foto van een preparaat is al gauw twintig GB

scoopglaasjes gaan digitaal) kunnen die vierkante

groot en dat zet je niet even op de mail. Bovendien:

centimeter scannen op een duizelingwekkend drie-

Was het uitwisselen van grote bestanden vooral een

alles wat een connectie heeft met internet is gevoelig

duizend Megapixelformaat. Coupescanners leveren

technisch probleem, onderzoekers hebben ook de

voor informatielekken, en de informatie die weefsel-

digitale beelden, die anders dan microscoopglaasjes

(anonieme) gedetailleerde beschrijving van de bijbe-

coupes bevat is privacygevoelig.

niet kunnen breken, kwalitatief niet achteruit gaan

horende patiënt nodig. Dat brengt risico’s met zich

en kopieerbaar zijn. Maar die beelden zijn niet alleen

mee voor de privacy van de patiënt. Daarom wordt de

heel gedetailleerd... ze zijn ook enorm groot.

herkomst van de scans apart van de scans zelf opge-

3.000 Megapixel “Beveiliging en de omvang van bestanden waren onze

2

slagen. Op die manier wordt het risico dat een hacker

grootste uitdagingen”, vertelt Nikolaos Stathonikos,

Medische gegevens

uit de cloud medische gegevens van meneer Pietersen

ICT-specialist bij de pathologieafdeling van het Uni-

“Je kunt dat soort beelden normaliter niet met elkaar

kan peuteren minimaal. Stathonikos: “Wat het web

versitair Medisch Centrum Utrecht en projectleider

delen via het web”, stelt Stathonikos. “Hoe snel je

op gaat, is niet tot patiënten herleidbaar. Maar we

van het tEPIS-project. Dit project, waarin patholo-

verbinding ook is, even door een preparaat scrollen

hebben, onvermijdelijk, voor een breed scala van

gie-afdelingen van zes universitair medische centra

is er niet bij.” De oplossing is een digitale techniek,

beveiligingsissues een oplossing moeten bedenken.”

en Philips participeren, beoogt om datgene te doen

waarbij alleen het deel wat je wilt bekijken via het

wat tot nu toe onmogelijk was: op afstand preparaten

web op jouw computer belandt. De scan blijft netjes

bekijken, informatie met elkaar te delen om op die

op een server staan. De tEPIS-software berekent

manier grootschalig pathologisch onderzoek logistiek

welk deel van die scan, op welke vergroting, je

sterk te vereenvoudigen. tEPIS, het TraIT Enhanced

computer moet tonen. Jan-Willem Boiten, program-

“Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor pathologen lastig.”

3

TEPIS

TEPIS

Pathologen gaan in de cloud

Als bij jonge vrouwen borstkanker geconstateerd wordt, volgt

en.” Dackus denkt dat die afname zo gering is, omdat veel

veelal een operatie, bestraling en een aanvullende behande-

vrouwen na het verwijderen van de tumor helemaal geen

ling in de vorm van vaak een chemokuur. Maar is dat laatste

baat hebben bij een chemo. Hen zadel je onnodig op met

wel echt altijd zinnig? Het Young Breast Cancer Project (YBCP)

bijwerkingen, zo is de gedachte. “Je wilt eigenlijk chemo

zoekt het antwoord op die vraag. “Zonder tEPIS was dit niet

op maat geven.”

FOTO’S: WILLY VAN BRAGT

Zestienduizend foto’s vergelijken

te doen.”

Omdat de bijwerkingen zo ernstig zijn, is het het uitzoeken Chemo’s die worden gegeven na het verwijderen van een

waard. Dat kan niet met patiënten die nu behandeld worden:

tumor in de borst, hebben nare bijwerkingen zoals osteopo-

zij krijgen vrijwel allemaal chemo, terwijl de onderzoekers juist

rose en overgangsverschijnselen. “Voor jonge vrouwen zijn

willen weten wat er gebeurt als een patiënt géén chemo krijgt.

die bijwerkingen extra vervelend. Zij hebben dikwijls nog een

Het YBCP werkt daarom met bewaard weefsel van 2.500

kinderwens, en in afwezigheid van ziekte zouden zij een

patiënten bij wie tussen 1989 en 2000, destijds jonger dan

levensverwachting van nog tenminste 45 jaar hebben”, stelt

veertig, borstkanker werd geconstateerd.

Gwen Dackus van het Antoni van Leeuwenhoek ziekenhuis.

Links: Samenwerken kan nog steeds samen achter de computer. Maar met evenveel gemak zit je duizend kilometer verderop.

Rechts: Meekijken volgens de conventionele methode.

De uitdaging zit in het juiste berekening Hoe kun je een computer laten herkennen of weefsel onder de

preparaat”, stelt Jeroen van der Laak van het Radboud

microscoop kankercellen bevat? Onderzoekers in de “digitale

Universitair Medisch Centrum. “Terwijl je juist een algemeen

Zij coördineert een grootschalig onderzoek waarin pathologen

Van alle weefsels werden tussen de vijf en tien nieuwe prepa-

pathologie” hebben daar een oplossing voor: ze ontwikkelen

bruikbaar algoritme wilt.” In de pathologie worden daarom

kijken of het ook anders kan.

raten gemaakt: 16.000 glaasjes in totaal. “Zonder tEPIS was

algoritmes zodat de computer weet waar hij op moet letten.

voor coupes van verschillende weefsels zogenoemde Grand

dit niet te doen. Als je 16.000 glaasjes logistiek behapbaar

Lastig is alleen wel, dat verschillende algoritmes moeilijk te

Challenges gehouden: een uitdaging aan deelnemers om voor

“Vroeger werd twintig procent van de borstkankerpatiënten

wilt maken, moet je dat met een heel klein team gaan

vergelijken zijn.

een gegeven set aan coupes een algoritme te schrijven dat

nabehandeld met chemotherapie. In de jaren negentig is het

analyseren, omdat je alles moet opsturen. Dit onderzoek

protocol veranderd en sindsdien wordt tachtig procent van

komt bovenop het gewone pathologenwerk. Niemand heeft

Het is een irritant probleem in de pathologie: om cellen of

samengesteld uit verschillende bronnen. Het klinkt als een

hen met chemo behandeld. Maar de sterfte onder patiënten

er full time tijd voor. Dus dan duurt de analyse jaren”, vertelt

onderdelen daarvan in een weefselcoupe zichtbaar te maken,

spelletje, maar het is uitermate nuttig: de beste algoritmes

als gevolg van hun ziekte is slechts heel licht afgenom

Dackus. Juist door de nieuwe digitale technologie kan groot

kleur je ze met behulp van een kleurstof die alleen aan dat

komen zo naar boven drijven, en dat brengt het vakgebied

onderzoek nu wel. De coupes werden gedigitaliseerd en zijn

specifieke onderdeel hecht. Maar niet elke patholoog doe die

een stuk verder.

online in te zien met de tEPIS-technologie. Dackus werkt nu

kleuring op dezelfde manier. Voor diagnostiek is dat prima,

samen met bijna twintig pathologen, van Italië tot regionale

maar als je preparaten met elkaar wilt vergelijken, bijvoorbeeld

De groep van Van der Laak is november 2015 begonnen met

ziekenhuizen, die naar vermogen de gedigitaliseerde coupes

in grootschalig onderzoek, is het lastig: wat bij de ene patho-

een bijzondere challenge. Doel bij deze challenge is om tot

analyseren.

loog donkerpaars kleurt, kleurt bij de andere nauwelijks roze.

een algoritme te komen dat op basis van lymfeklierweefsels

Vervolgbehandeling

Een geoefend oog kan ook wel microscoopglaasjes lezen die

zich door kanker aangetaste cellen bevinden. Het bijzondere

De resultaten van de analyse verzamelt Dackus eveneens

op een andere manier zijn gekleurd, maar binnen de patholo-

aan de challenge is dat die als eerste volledig gescande micro-

digitaal. Als de analyse is afgerond, ontstaat inzicht in de

gie wordt op grote schaal gezocht naar manieren om beelden

scopische preparaten aanbied door alle deelnemers toegang

behoefte van patiënten aan een chemokuur. Dackus: “We

geautomatiseerd te interpreteren, en computers hebben

te geven tot de beelden die zijn opgeslagen in tEPIS.

weten medisch gezien hoe het met deze vrouwen is gegaan.

geen geoefend oog. In het biomedische beeldanalyseonder-

Bij wie waren er uitzaaiingen of kwam het terug? Bij wie niet?

zoek zijn er daarom veel publicaties waarin onderzoekers

Van der Laak: “Het kan ook zonder, natuurlijk. Maar naast logi-

We willen weten wat het verschil, pathologisch en genetisch

claimen dat ze een algoritme hebben ontwikkeld dat micro-

stiek voordeel, hebben we nu een goede interface. Dat maakt

gezien, is tussen die twee groepen. Zo voorkomen we veel

scoopbeelden toch goed weet te duiden. “Veel van dat soort

het schrijven van software veel eenvoudiger, ook als je niet weet

overbehandeling, en is de chemo voorbehouden voor die

publicaties blijken, eenmaal geverifieerd door andere onder-

hoe pathologische beelden eruitzien. Juist voor de informatici

vrouwen die er baat bij hebben.”

zoeksgroepen, sterk afhankelijk van de behandeling van het

die je bij zo’n challenge nodig hebt, is dat echt handig.”

betrouwbaar en efficiënt is. Die set aan coupes is daarbij

FOTO: GWEN DACKUS

van borstkankerpatiënten aan pathologen kan aangeven waar

Met behulp van kleuren annoteert de patholoog wat hij ziet op het scherm.

4

5

TEPIS

TEPIS

Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers

tEPIS in vogelvlucht

+ -

Pathologen bestuderen flinterdunne plakjes weefsel onder de microscoop. Aan de hand van wat ze zien stellen ze een diagnose.

Zolang je niet hoeft te overleggen gaat dat goed, maar voor

+

grootschalig onderzoek of een second opinion waren pathologen aangewezen op inefficiënte en onhandige procedures.

-

Nieuw

3 Met behulp van een

4 Het levert een gedigitali-

5 tEPIS moest twee belang-

scanner wordt het preparaat gedigitaliseerd. Dat levert een fotobestand op van 5 GB.

seerde coupe op. Om op afstand te kunnen samenwerken moet het beeld via internet tussen twee plaatsen uitgewisseld kunnen worden.

rijke uitdagingen overwinnen: beveiliging en het uitwisselen van de immense scanbestanden via internet.

2 Van het biopt worden flinterdunne plakjes gesneden; coupes. Die belanden op een microscoopglaasje, en worden vaak behandeld met kleurstoffen om bepaalde cellen of celonderdelen goed zichtbaar te maken.

4 Samen kijken betekent:

1 Een arts neemt een biopt bij een patiënt en stuurt dit naar de afdeling pathologie.

Oud

6

3 Een patholoog bekijkt het weefsel onder een microscoop. Wie samen naar een glaasje wil kijken (bijvoorbeeld voor overleg over een diagnose of een wetenschappelijke studie), is aangewezen op foto’s (maar mist bewegingsruimte) of een meekijkmicroscoop.

microscoopglaasjes meenemen. Dat is tijdrovend, het geeft risico op beschadiging van onderzoeksmateriaal en bij grote, multi-institutionele onderzoeken is de logistiek een nachtmerrie.

5 Opslag maakt het studiemateriaal moeilijk toegankelijk.

Resultaten van een studie beperken zich meestal tot Excel-files en foto-opnames.

7

Conventional pathology involves specimens (microscopy slides), and either physical gathering of (clinical) researchers and pathologists is required to examine the slides under the microscope and discuss their findings, or the slides need to be mailed back and forth between locations. This is an inefficient and time consuming way to operate and it puts the fragile and sometimes irreplaceable pathology samples at risk during transport. The tEPIS project aims to move this process into the online world, by setting up an online platform for storage and exchange of digitalized pathology slides. Such an environment allows researchers to examine slides from their respective workplaces and to perform data analysis on slides from other studies.

Partners

Academic Medical Center Amsterdam www.amc.nl

University Medical Center Groningen www.umcg.nl

VU University Medical Center Amsterdam www.vumc.nl

Colofon Redactie Erasmus University Medical Center Rotterdam www.erasmusmc.nl

University Medical Center Utrecht www.umcutrecht.nl

Philips Electronics Nederland bv www.philips.nl

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt Hoofd/eindredactie

Sciencestories.nl, RenĂŠ Rector Vormgeving

Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster Projectleiding

Giovanni Stijnen, NEMO Science Museum CoĂśrdinatie

Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, NEMO Kennislink Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met NEMO Science Museum (uitgever van NEMO Kennislink) en Jan-Willem Boiten (tEPIS).

Contact: Jan-Willem Boiten, janwillem.boiten@lygature.org, +31 6-18639236 Nikolas Stathonikos, N.Stathonikos-2@umcutrecht.nl, +31 88-7556563

8 150