Magazine van het ICT-onderzoek Platform Nederland (IPN) Jaargang 13 / nummer i / april 2016
ICT-onderzoek
ICT in bedn]f: >ednif: alles uerai verandert
Wetenschap
in de Kamer
I/O Magazine / april 2016
Wiro Niessen, hoogleraar Medische Beeldverwerking aan het Erasmus MC en de TU Delft, en Mary Shaw, hoogleraar Computer Science aan Carnegie Mellon University, waren de keynote sprekers van ICT.OPEN2016. Beiden kregen onlangs een prestigieuze prijs voor hun werk. Door D a p h n e Riksen
Vrijheid om mijn intuïtie te volgen'
Beide keynote speakers van ICT.OPEh rechts Wiro Niessen { f o t o g r a f i e Thijs
'Medische b e e l d v o r m i n g spreekt een grote r o l i n de geneeskunde, zowel i n b i o m e d i s c h onderzoek als i n de k l i n i s c h e p r a k t i j k . Ons w e r k is erop gericht
de r i j k e i n f o r m a t i e i n medische beelden zo goed m o g e l i j k te k u n n e n gebruiken, door ze met de computer te interpreteren,' vertelt W i r o Niessen, h o o f d van de Biomedical I m a g i n g G r o u p R o t t e r d a m . Z i j n groep gebruikt beeldanalyse en patroonherkenningstechnieken om een aandoening te detecteren, te diagnosticeren, en zelfs te voorspellen. Een concrete aandoening waar Niessen aan w e r k t is dementie. 'Als je dementie vroeg k u n t detecteren o f v o o r s p e l l e n , dan k u n j e b i j mensen m e t geheugenklachten veel eerder inschatten o f zij bijvoorbeeld de ziekte van A l z h e i m e r aan het o n t w i k k e l e n z i j n . '
4
I / O Magazine / april 2016
Rotterdam Study Niessen Iaat de computer op grote schaal MRI-beelden van de hersenen analyseren en vergelijken. H e t gaat o m meer dan tienduizend datasets van de Rotterdam Study, die sinds i g g o een groep van 15.000 Rotterdammers volgt. Niessen: ' H e t z i j n unieke gegevens o m d a t ze o o k het p r e k l i n i s c h traject afdekken. Van de mensen b i j w i e zich i n de loop der jaren klachten ontwikkelen, heb je i m m e r s ook beelden u i t eerdere j a r e n . D o o r die m e t elkaar te vergelijken k u n je misschien i n f o r m a t i e vinden waarmee je k u n t voorspellen w i e er gezond ouder w o r d t en w i e een v o r m van dementie o n t w i k k e l t . ' Precies hetzelfde doet z i j n groep op het gebied van hart- en vaatziekten: k u n je op basis van beelden van de halsslagader bijvoorbeeld vernauwingen o f de samenstelling van de vaatwand - voorspellen wie een verhoogde kans heeft op een beroerte? ' O m d a t beide aandoeningen een heel l a n g p r e k l i n i s c h traject kennen, levert het veel gezondheidswinst op als je weet w i e je m o e t behandelen en bij w i e je k u n t afwachten.'
Radiologen De technieken die Niessen en z i j n groep o n t w i k k e l e n v a r i ë r e n van beeldanalyse-algoritmes die het volume van een h a r t o f de v e r n a u w i n g van een hartslagader bepalen tot zelflerende algoritmes die helpen b i j het stellen van een diagnose. D o o r een grote hoeveelheid datasets te labelen, bijvoorbeeld met de diagnose Alzheimer o f vasculaire dementie, kan de computer worden getraind o m de kenmerken van die aandoeningen te herkennen. K o m t hiermee een einde aan het beroep van radioloog? 'Radiologen z i j n experts i n het interpreteren van beelden. Vroeger g i n g het o m een enkel r ö n t g e n b e e l d , nu gaat het o m enorme hoeveelheden i n f o r m a t i e van een MRI-scan. En die w i l je o o k n o g eens c o m b i n e r e n met eerder gemaakte scans. H e t is een enorme u i t d a g i n g en het k o s t jaren t r a i n i n g o m d i t goed te interpreteren. Als je radiologen m e t geavanceerde technologie ondersteunt b i j het stellen van een diagnose en maken van een prognose, zal dat h e t w e r k v a n radiologen zeker veranderen.'
Biobanken Bij h e t v o o r s p e l l e n , diagnosticeren en prognosticeren van ziektes speeltniet alleen beeldinformatie een r o l , verteltNiessen. 'Beeldinformatie kan iets zeggen over de anatomie en f u n c t i e van organen, o f het aanwezig z i j n van pathologie. Maar daarnaast heb je bijvoorbeeld o o k genetische i n f o r m a t i e . I k verwacht veel van het analyseren van de biobanken die we i n Nederland o p b o u w e n , w a a r i n naast beelden o o k weefsel w o r d t opgeslagen en waarmee we k u n n e n volgen en analyseren hoe het met zieke en gezonde mensen gaat. N u al z i j n we bezig o m genetische i n f o r m a t i e en b e e l d i n f o r m a t i e te c o m b i n e r e n . I n een w e r e l d w i j d e studie m e t 76.000 mensen z i j n i g locaties op het m e n s e l i j k genoom gevonden die een verhoogd risico geven op ,de ziekte van Alzheimer. D o o r MRI-beelden te vergelijken van mensen met en zonder deze varianten k u n n e n we misschien verschillen o n t d e k k e n i n de anatomie van h u n b r e i n , o f i n de f u n c t i e ervan, o f i n hoe verschillende hersengebieden met elkaar c o m m u n i c e r e n . '
Ideaal geld Voor z i j n bijdrage aan de medische beeldanalyse kreeg Niessen i n 2015 de titel S i m o n Stevin Meester van T e c h n o l o g i e s t i c h t i n g STW. ' H e t bedrag van 500.000 euro dat daarbij h o o r t is ideaal geld, o m d a t i k ermee k a n doen w a t i k w i l . H e t geeft me de v r i j h e i d o m m i j n i n t u ï t i e tevolgen. Helaas is voor d i t soort vrij onderzoek n o g maar heel beperkt budget beschikbaar.' Niessen w i l het geld besteden aan onderzoek naar de relatie tussen genetica en i m a g i n g . ' I k v i n d het interessant o m grote databases met genetische en beelddata te combineren. Prof. dr. Wiro Niessen is iioogleraar Mediscine Beeldverwerking
Daarnaast w i l i k v o o r w e r k doen o m te kunnen onderzoeken o f je de moleculaire
aan het Erasmus MC en de TU Delft. Zijn onderzoek richt
o f genetische basis van een t u m o r k u n t karakteriseren met b e e l d v o r m i n g .
zich vooral op het diagnosticeren en voorspellen van hart- en
Op basis van d i t v o o r w e r k hoop i k weer Nederlandse en Europese onderzoeks-
vaatziekten en neurologische a a n d o e n i n g e n , zoals de ziekte
voorstellen i n te k u n n e n dienen.'
van Alzheimer. In 2015 benoemde T e c h n o l o g i e s t i c h t i n g STW hem t o t Simon Stevin Meester vanwege zijn bijdrage aan de
'Fame, not fortune'
hoge vlucht die de medische beeldanalyse de a f g e l o p e n jaren
Mary Shaw van Carnegie M e l l o n University, de andere keynote spreker van
heeft g e n o m e n .
ICT.OPEN2016, w e r d eind 2014 onderscheiden met de N a t i o n a l M e d a l o f Technology and I n n o v a t i o n . Ze kreeg de medaille i n het W i t t e Huis uitgereikt door president Barack Obama, als erkenning voor haar innovatieve w e r k op het gebied van wetenschappelijk i n f o r m a t i c a o n d e r w i j s . ' H e t was een fantastische ervaring,' vertelt ze. 'Deze medailles w o r d e n sinds 1985 elk jaar u i t g e r e i k t en het is i n de VS echt een b i g deal. H e t m o o i e van z o ' n prijs is d a t j e er e n o r m mee
5
I / O Magazine / april 2016
MRI-beelden zoals verzameld In de Rotterdam Scan Study en resultaten van automatisciie beeldanalyse. De verschillende analyses leveren zogenaamde biomarkers op, die kunnen helpen bij het beter diagnosticeren van verschillende vormen van dementie zoals de ziekte van Alzheimer.
i n de belangstelling k o m t te staan. I k w o r d n u bijvoorbeeld veel vaker gevraagd voor adviesraden en lezingen. Aan de medaille z i t geen onderzoeksgeld vast, alleen een l i n t j e . Uet is fame, notjortune.'
Ontwerpprincipes Shaw h o u d t z i c h al decennia bezig met software engineering, een begrip dat i n 1968 w e r d g e ï n t r o d u c e e r d o m de aandacht te vestigen op p r o b l e m e n die zich voordoen b i j s o f t w a r e o n t w i k k e l i n g . Shaw: 'Net als b i j het ontwerpen van een fysieke structuur is het verstandig je b i j het o n t w e r p van software aan bepaalde o n t w e r p p r i n c i p e s te h o u d e n . Ie moet ervan op aan k u n n e n dat software zich gedraagt zoals je verwacht, zeker als deze w o r d t gebruikt i n kritische processen o f producten zoals banksystemen, vhegtuigen, auto's en medische apparatuur.'
Ontwerpprincipes z i j n h i e r b i j op twee manieren behulpzaam. ' O m te beginnen als r i c h t l i j n e n b i j het o n t w e r p van een brede b l a u w d r u k van de software zodat die aan de eisen voldoet,' vertelt Shaw. 'Daarnaast z i j n deze principes relevant bij het analyseren van de eigenschappen van de o n t w i k k e l d e software. Ie k u n t ze gebruiken o m te voorspellen o f de software naar behoren f u n c t i o n e e r t , aanpasbaar is, e f f i c i ë n t w e r k t o f aan andere eigenschappen voldoet die je belangrijk v i n d t . ' Mary Shaw is Alan J. Perlis University Professor o f C o m p u t e r Science aan het Institute f o r Software Research van Carnegie
Feedbacl< mechanismes
Mellon University (Pittsburg, VS). Ze is gespecialiseerd in
De i d e e ë n over software engineering z i j n sinds 1968 b e h o o r l i j k veranderd,
software e n g i n e e r i n g en software architectuur. In 2014 kreeg
vertelt Shaw. ' I n de jaren '70 en '80 van de vorige eeuw lag de focus vooral op
ze van president Obama de National Medal o f T e c h n o l o g y and
f u n c t i o n e l e correctheid: doet de software w a t deze m o e t doen. Daarna zagen
Innovation, de hoogste blijk van w a a r d e r i n g in de VS voor
we een verschuiving naar andere, n i e t - f u n c t i o n e l e software-eigenschappen,
v o o r u i t g a n g op het gebied van t e c h n o l o g i e en innovatie.
zoals efficiency, het g e b r u i k van resources en de daarbij horende kosten.'
6
I/O Magazine / april 2016
,, ' " ' " « " " a c i m . n i s
^ ^"1 conncitors 'lev ,i„d,»,cc (ot t.plicii a , „ , „ " b.^dgmg .eqi,i.t™„|, ,„ „ j f
Mary Shaw sprak tijdens ICT.OPEN2016 over software engineering als discipline
I n de voigende fase Icwam de gebruiker i n beeld en maakte b r u i k b a a r h e i d deel u i t van de engineeringprincipes. Toen software steeds vaker g e b r u i k t w e r d o m fysieke systemen aan te sturen, zoals vhegtuigen o f robots, o n t s t o n d er behoefte aan engineeringprincipes voor zulke adaptiue systems. 'Embedded software heeft een ander karakter. Van software die berekeningen maakt, is de u i t k o m s t voorspelbaar. Maar als je een r o b o t a r m naar een bepaalde plaats w i l bewegen, begin je al m e t een bepaalde mate van onzekerheid over de beginpositie van die a r m . Bovendien z i j n fysieke structuren Icwetsbaar voor invloeden van buitenaf, zoals de luchttemperatuur. Ie hebt dus feedback mechanismes n o d i g o m de verplaatsing te k u n n e n corrigeren op basis van w a t er i n w e r k e l i j k h e i d gebeurt.'
Levensbelang A l deze o n t w i k k e l i n g e n hebben geleid t o t een r i j k e verzameling engineering t h e o r i e ë n . Shaw: ' M o m e n t e e l hebben we het over self-adaptive systems: software die u i t z i c h z e l f anticipeert op veranderende omstandigheden. Een eenvoudig voorbeeld daarvan is de kamerthermostaat. D i e is g e ë v o l u e e r d van een simpel apparaatje dat een ruimte op een vaste temperatuur houdt, t o t een s l i m systeem dat inspeelt op de verschillen tussen de seizoenen en de wensen van de bewoners. I n het geval van een v l i e g t u i g gaat het o m het verschil tussen een automatische p i l o o t die de ingestelde hoogte vasthoudt en een systeem dat op basis van de e i n d b e s t e m m i n g geheel z e l f s t a n d i g de meest veilige en snelle route volgt. Maar vUegen zonder m e n s e l i j k toezicht maakt je Icwetsbaar; het is van levensbelang d a t j e softwarearchitectuur voorziet i n allerlei veiligheidsmaatregelen.'
Trends Ook i n de toekomst zal software engineering als discipline zich voortdurend verder ontwikkelen, zegt Shaw. 'De basisprincipes blijven hetzelfde, maar ze w o r d e n b e ï n v l o e d door allerlei trends.' Grote softwareproviders als Google en A m a z o n brengen bijvoorbeeld v r i j w e l dagelijks nieuwe versies van h u n systemen online, die voor de ene gebruiker w e l en voor de andere niet van toepassing z i j n . Hoe beheers je dat op wereldwijde schaal? Een andere trend is de o p k o m s t van online p l a t f o r m s waar mensen producten verkopen en k o p e n . 'Daar speelt de reputatie van verkopers en kopers een grote r o l . Als eigenaar van z o ' n p l a t f o r m m o e t j e er dan w e l voor zorgen dat deze niet k u n s t m a t i g w o r d t gefabriceerd o f opgehoogd.' Prof Wiro Niessen (Erasmus MC) and Prof Mary Shaw (Carnegie Mellon University) were the keynotes at ICT.OPEN 2016.
Meer informatie
Both were awarded very high honours f o r their work: Niessen
littp://u) urn).irtopen.nl/content/Speflicers
received the title 'Simon Stevin Meester 2015', the largest prize
W i r o Niessen: http://u) ID it).bigr.nl/website/index.php?page=people&subp
f o r technical-scientific research in t h e Netherlands, f o r his
age=person&:id=WiroNiessen
research into computer-aided disease p r e d i c t i o n systems.
Mary Shaw: ltttps://muni;.csd.cs.cmu.edu/peopleffaculty/mflry-shau;
Shaw was the recipient o f t h e National Medal o f T e c h n o l o g y and Innovation, the highest honour f o r technological achievement in the US, f o r her innovations to c o m p u t e r science education.
