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, René 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 Coördinatie
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,
[email protected], +31 6-18639236 Nikolas Stathonikos,
[email protected], +31 88-7556563
8 150
