Een miljoenensubsidie uit het ITEA3-programma versnelt de digitale revolutie in de histopathologie. Over drie jaar moet de proof of concept klaar zijn voor driedimensionale digitale histologische beeldvorming en diagnostiek. Het ultieme doel is dat de patholoog in een half uur een definitieve beoordeling over een biopt terug kan geven aan de behandelend medisch specialist.
Een projectgroep vanuit het Academisch Medisch Centrum te Amsterdam leidt een deel van het 3DPathology-project en is verantwoordelijk voor het testen en de validatie in een klinische omgeving: “Een mooi en ambitieus proces.”
“Als ik aan clinici uitleg geef over het project, zijn ze allemaal enthousiast. Binnen dertig minuten een definitieve diagnose, dat resoneert bij pathologen en medisch oncologen. Ik verwacht ook een enorme invloed op de diagnostische waarde.“ Dr. Martijn de Bruin, onderzoeker bij de afdeling Urologie en Biomedical Engineering & Physics, en dr. Henk Marquering, onderzoeker bij de afdeling Radiologie en Biomedical Engineering & Physics gespecialiseerd in cardiovasculaire beeldvorming en beeldanalyse, zijn zichtbaar enthousiast over het 3DPathology-project. De pathologen in de projectgroep, dr. Sybren Meijer en drs. Dilara Savci, zijn even enthousiast, maar wel afwachtender. “Digitalisering is dé toekomst”, zegt Meijer. “In combinatie met imaging kan dat de diagnostiek echt verbeteren.” Maar of 3D-pathologie een revolutie teweegbrengt, moet nog blijken. “Ik vrees dat de integratie in de kliniek nog wat langer op zich zal laten wachten.” Meijer is vooral kritisch over te hoge technische verwachtingen, vanwege ervaring met een ander 3D-pathologieproject waarin hij participeert. “Het resultaat is heel mooi, maar tot nu toe duurt het maken van een 3D-reconstructie wel heel lang.”
Beperkingen
De digitale revolutie heeft de histopathologie nog niet zo veel veranderd. Een biopt wordt in coupes gesneden en gekleurd met de HE-kleuring. De patholoog beoordeelt op meerdere tweedimensionale (2D) coupes de histopathologische gradering en of er sprake is van invasieve groei. Uit meerdere beelden met telkens een tussenafstand van een paar micrometer probeert de patholoog zich een voorstelling te maken van een driedimensionaal proces in het lichaam van de patiënt. Deze reconstructie is in sommige situaties extra lastig, aldus Meijer. “Bij vroege tumoren kan het moeilijk zijn om een beginnende invasieve groei aan te tonen of uit te sluiten. Ook een belangrijke prognostische parameter, zoals metastasering in bloed- en lymfevaten, kan in een 2D-setting erg moeilijk te beoordelen zijn.” Als derde noemen Meijer en Savci beperkingen bij de beoordeling van resectievlakken.
De groeiende vraag naar histologische diagnostiek en de sterkere nadruk op screening en preventief handelen, leidden tot de constatering dat 2D-diagnostiek in sommige omstandigheden tekortschiet. Driedimensionale digitale pathologie dat een continu beeld van een kubieke centimeter weefsel geeft, heeft dan meer diagnostische mogelijkheden. Zeker als naast de basishistopathologie ook nog andere beeldvormende technieken aan de zogenoemde ‘pathologische straat’ worden toegevoegd.
Pathologische straat
In de 3D digitale pathologie worden naast de HE-kleuring drie extra technieken geïntroduceerd. De optische coherentietomografie (OCT) brengt de structurele coherentie van een onbehandeld biopt in beeld. Het beeld dient als een basis waar informatie uit latere analysestappen naar toe terugvertaald kan worden en corrigeert voor de invloeden van snijden en fixeren. De twee andere analysemethoden, Raman-microspectroscopie en massaspectrometrie, geven informatie over de biochemie van het weefsel, zoals het zuurstofverbruik of het suikermetabolisme.
Binnen het project worden verschillende technieken om en om toegepast, om een goed beeld van het geheel te krijgen. Als er bijvoorbeeld na een bepaald aantal HE-coupes, op de twee volgende coupes de Raman-imaging en massaspectroscopie worden toegepast, is er maar een klein afstandsverschil en is het mogelijk om de informatie uit de beelden te fuseren en te reconstrueren naar het onbehandelde biopt.
Vanwege de hoge resolutie leveren alle beelden een enorme hoeveelheid gegevens op. Het is dan volgens De Bruin en Marquering een uitdaging om daar de informatie uit te halen die voor de clinici van belang is.
Marquering put voor dit project uit de ervaring met de digitalisering van de radiologie. Compressiemethoden die uit de brij aan informatie alleen selecteren wat van belang is, beeldanalysetechnieken en berekeningen met algoritmes vertalen de gegevens naar plaatjes en getallen die de patholoog kan beoordelen. Deze krijgt dan een beeld dat is opgebouwd uit drie lagen, die hij afzonderlijk aan en uit kan schakelen. Allereerst ziet de patholoog de basishistologie, in de tweede laag de visualisatie uit de aanvullende technieken, zoals de hoeveelheid zuurstof in het weefsel, en de laatste laag geeft kwantitatieve informatie die uit de beelden is afgeleid, zoals het effect van de chemokuur.
De ontwikkeling van de 3D digitale pathologie verloopt in nauw overleg met de kliniek. “Dat is cruciaal voor dergelijke projecten”, zegt Marquering. “Wij interviewen clinici om duidelijk te krijgen welke informatie ze nodig hebben en wat daarnaast nog meerwaarde heeft. Wij maken prototypes en koppelen dat terug naar de kliniek voor feedback.”
Verwachtingen
Volgens Meijer zal de 3D-beoordeling veel winst opleveren voor de kwaliteit van de diagnostiek van vroege tumoren, invasieve groei in bloed- en lymfevaten en de beoordeling van resectievlakken. Daarnaast zal de techniek een enorme hoeveelheid wetenschappelijke informatie genereren. “We zullen meer inzicht krijgen in het ontstaan van ziekten en wellicht ook meer begrijpen van gevorderde ziekteprocessen.”
In logistiek opzicht staat voor alle projectgroepleden de snelheid van de diagnostiek boven aan het lijstje van voordelen. Meijer: “Ik kan me voorstellen dat met een digitale 3D-beoordeling binnen een half uur er in spoedsituaties ’s nachts of in het weekend veel tijd gewonnen kan worden.” De Bruin noemt als tweede voordeel dat pathologen niet meer naar het ziekenhuis hoeven te komen om een coupe te beoordelen, omdat ze beelden op afstand op hun tablet kunnen bekijken. Meijer geeft daarbij als extra belang aan dat het ook eenvoudiger is om collega’s (wereldwijd) te consulteren. “Het uitwisselen van consulten op afstand is door digitalisering veel makkelijker en een belangrijke winst waardoor meer expertise binnen handbereik komt.”
Toepassingen
De Bruin verwacht binnen zijn afdeling Urologie veel toepassingen, zoals bij de diagnostiek en behandeling van blaaskanker. “Het zou prachtig zijn als we na de diagnose al meteen kunnen behandelen. Nu wordt met een endoscoop een biopt afgenomen en opgestuurd naar de patholoog. Die komt een tot twee weken later met het oordeel of een patiënt moet worden behandeld. Straks heeft de uroloog in dertig minuten het antwoord en kan hij met een laserfiber het tumorplekje wegbranden. Dan is de patiënt binnen een dag behandeld en ook nog minimaal invasief.”
En als het gaat om de follow-up van de behandeling: “Als een arts blaaskanker behandelt met lokale chemotherapie wil hij weten of de therapie aanslaat. Nu wordt de patiënt bij een controle gescopieëerd, het biopt opgestuurd en de patholoog oordeelt kwalitatief of de therapie iets doet. Straks kan de patholoog uit alle informatie over het weefsel het effect van de chemokuur ook kwantificeren.”
Drs. J.D. van de Streek, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2015 vol 6 nummer 5
Kader
Consortium
Het 3DPathology-project van een consortium van bedrijven en academische instellingen kreeg juni jl. een subsidie van 4 miljoen euro uit het ITEA3-programma; het Academisch Medisch Centrum (AMC) ontvangt daarvan 0,5 miljoen euro. Het project is een samenwerking tussen de bedrijven Philips en ProDrive, PS-Tech en Target Holding, en de academische centra TU Eindhoven, Universiteit Maastricht en het AMC. Het internationale project kost in totaal 23,5 miljoen euro, naast de ITEA-3-subsidie investeren de Nederlandse partners zelf 5,4 miljoen euro. Het project eindigde als eerste van alle projecten die een ITEA3-subsidie krijgen. De Bruin en Marquering zijn er trots op. De Bruin: “Het feit dat alle bedrijven zich er achter scharen, is een teken dat zij potentie in de techniek zien.” “Nu moeten we het nog doen”, besluit Marquering.
DEEL DIT ARTIKEL:
