Sinds kort kunnen neurochirurgen dankzij de AI-toepassing Sturgeon al tijdens een operatie bepalen om welke type hersentumor het gaat. Het Sturgeon-algoritme van UMC Utrecht viel onlangs maar liefst twee keer in de prijzen: winnaar in de categorie ‘Zorgproject’ bij de Computables Award en winnaar van de Dutch Applied AI Award.
Bij hersentumoren is het van groot belang te weten welk type tumor het is om de juiste behandeling te kiezen. Tot voor kort duurde het zeker een week voordat een biopt was geanalyseerd en gediagnosticeerd. Dankzij Sturgeon, de AI-oplossing van Jeroen de Ridder en zijn onderzoeksgroep, kan dat nu binnen anderhalf uur, nog tijdens de operatie. De neurochirurg kan dan tijdens de operatie het operatieplan aanpassen als dat nodig is.
Baanbrekende vinding
De vinding van de onderzoeksgroep van UMC Utrecht en het Oncode Instituut, in samenwerking met onderzoekers en clinici van het Prinses Máxima Centrum (PMC) en Amsterdam UMC, is baanbekend. Vandaar dat Sturgeon onlangs twee keer in de prijzen viel.
“Het is heel leuk om zo de spotlight op dit project te krijgen”, zegt De Ridder. “Ook om te laten zien waar samenwerken toe kan leiden. Want dit is echt een interdisciplinair project. Je hebt kennis nodig vanuit de clinici, vanuit de pathologie, de chirurgen en moleculaire wetenschappers.”
Jeroen De Ridder, hoogleraar bioinformatica in de moleculaire biologie, staat aan het hoofd van een ‘bioinformatica-lab’. Onderzoekers analyseren met machine learning en artificial intelligence data van bijvoorbeeld tumorweefsel of bloedmonsters.
Patronen herkennen
Eind vorig jaar publiceerden ze in het toonaangevende vakblad Nature over de nieuwe manier om hersentumoren te diagnosticeren. Nog steeds moet daarvoor tumorweefsel worden geanalyseerd, maar AI-technologie maakt het mogelijk patronen te herkennen op basis van slechts weinig informatie.
Tijdens de operatie worden ook nu nog stukjes weefsel weggenomen, maar deze worden in een zogenoemde nanopore sequencer, een apparaatje zo groot als een usb-stick, met het speciaal ontwikkelde ‘deep-learning’ algoritme geanalyseerd. Door deze analyse is het nu een kwestie van uren, in plaats van dagen, voordat de het tumor subtype bekend is.
Kindertumoren
In eerste instantie is Sturgeon ontwikkeld voor kindertumoren. Daar is de variatie in het aantal tumortypen heel groot en dus ook de noodzaak om zo snel mogelijk te weten met welke type je te maken hebt. Want dat bepaalt het type behandeling. Sturgeon wordt inmiddels standaard toegepast in het PMC, vertelt De Ridder. “De chirurgen willen niet meer zonder. Maar nog altijd gaat de uitslag naar de patholoog. Die bekijkt het biopt nog steeds onder de microscoop en combineert uiteindelijk de twee bronnen van informatie. Er zit dus altijd nog een mens tussen.”
In samenwerking met Amsterdam UMC wordt Sturgeon ook toegepast voor volwassenen met hersentumoren. De toepassing voor AI in de zorg heeft al zijn weg gevonden naar het buitenland. “In Engeland zijn meerdere plekken waar het gebruikt wordt. En we weten dat het in Duitsland en Israël gebruikt wordt.”
OK-ervaring
Voordat hij Sturgeon ontwikkelde, had De Ridder nog nooit een operatiekamer van binnen gezien. Op zich niet zo gek, want de moleculaire diagnostiek vindt buiten de OK plaats. Inmiddels heeft hij die OK-ervaring wel. “Dat heeft meer indruk op mij gemaakt dan ik in eerste instantie had voorzien. Ik heb zelf ook jonge kinderen. En als je dan zo’n jochie op z’n buik op zo’n tafel ziet liggen, onder die groene lakens waar twee kleine voetjes uitsteken, dat komt wel even binnen.”
Volgende versie
Sinds de Nature-publicatie heeft de ontwikkeling niet stilgestaan. Mede door alle publiciteit, ook internationaal, is De Ridder door veel partijen benaderd voor samenwerking. Daarmee werkt zijn onderzoeksgroep nu aan een volgende versie die voor nog meer verschillende hersentumortypes een goed resultaat kan geven.
“We baseren ons voor de eerste versie op een dataset uit 2018. Maar er is sindsdien behoorlijk wat gebeurd in dit veld. Er zijn meer tumorentiteiten bekend geworden en er is veel meer referentiedata beschikbaar gekomen. Dankzij deze samenwerkingen krijgen we toegang tot veel grotere datasets, waardoor we meer tumorentiteiten kunnen bestrijken.” Daarnaast werkt hij met collega’s van het PMC aan een andere versie met een aangepast algoritme, die toegepast zou kunnen worden voor solide tumoren als sarcoma’s.
Kwaliteit van de diagnose
Op dit moment is de grote winst van Sturgeon met name de snelheid waarmee een diagnose gesteld kan worden. In de toekomst voorziet De Ridder dat daarnaast ook de kwaliteit van de diagnose nog verder verfijnd kan worden. “Nu wordt zo’n analyse gemaakt op basis van 850.000 metingen van het genoom. Dat klinkt heel veel, maar er zijn zo’n 28 miljoen verschillende plekken in het genoom die van belang zijn. De nanopore sequencer kan ze allemaal meten, maar niet in het tijdsbestek van de OK. Het zou me niet verbazen als de meettechniek binnen een paar jaar wél geschikt is om binnen het uur het hele genoom te vangen. Hiermee kunnen we dan een nog nauwkeuriger diagnose stellen.”
