Hendrik Jan van Es is COO van Quest Medical Imaging.

13 December 2013

Medische scanners kunnen structuren zichtbaar maken die in een normaal beeld niet te zien zijn, maar de chirurg moet de beelden aan de operatietafel interpreteren. Quest Medical Imaging uit Middenmeer ontwikkelde een camera die een fluorescentiebeeld over het kleurenbeeld projecteert. Met de juiste aankleuring ziet de chirurg bloedvaten, zenuwen of tumoren.

Sinds de ontdekking van röntgenstralen is beeldvorming vast onderdeel van de medische diagnose. Vooral in de afgelopen decennia is de technologie enorm verbeterd met het gebruik van niet-invasieve beeldtechnieken als CT, MRI en Pet. Een chirurg vertrouwt echter in belangrijke mate op wat hij direct kan zien en voelen. Een normaal kleurenbeeld is daarom het beste startpunt.

Bij Quest Medical Imaging hebben we het Artemis-systeem ontwikkeld om voor de chirurg zichtbaar te maken wat normaal niet te zien is. Tijdens een ingreep projecteert dit systeem op een beeldscherm een fluorescent beeld over het normale kleurenbeeld. Met een fluorescente stof is het zo bijvoorbeeld mogelijk om het vatenstelsel, de randen van een tumor of vitale delen zoals galwegen of ureters in te kleuren.

De aanpak heeft een reeks aan mogelijke toepassingen. Tumoren zijn bijvoorbeeld zichtbaar te maken. Vaak zijn die erg moeilijk te onderscheiden van het omliggende weefsel, vooral als de metastasen heel klein zijn. Het is echter van het grootste belang dat ze tijdens de operatie volledig worden verwijderd met voldoende marge en inclusief alle uitzaaiingen. Een ander voorbeeld is de mogelijkheid om in aderen of in de lymfevaten en klieren te kijken. Goed doorbloed weefsel heelt goed terwijl slecht doorbloed weefsel kan afsterven.

Quest Lever 3 beelden hori
Door een fluorescent beeld over een kleurenbeeld te projecteren, kunnen voorheen onvindbare uitzaaiingen in de lever worden gevonden.

Het is nog maar een jaar geleden dat het Artemis-systeem voor het eerst tijdens een operatie is gebruikt, maar op dit moment wordt het (CE-gecertificeerde) apparaat al uitgerold naar de eerste ziekenhuizen in binnen- en buitenland.

 advertorial 

The waves of Agile

Derk-Jan de Grood has created a rich source of knowledge for Agile coaches and leaders. With practical tips to create a learning organization that delivers quality solutions with business value. Order The waves of Agile here.

Vingerafdruk van bladgroen

Quest Medical Imaging is onderdeel van de Quest Groep, gespecialiseerd in de ontwikkeling van multispectrale camera’s. Deze hebben een breed toepassingsgebied. Over het algemeen worden ze gebruikt om naar een specifieke spectrale vingerafdruk te zoeken, bijvoorbeeld om de groei van planten te meten op basis van de spectrale vingerafdruk van bladgroen of om mineralen te prospecten. In het geval van het Artemis-systeem komt daar nog een aspect bij: fluorescentie.

De sleutelcomponent van het systeem is een prismamodule bestaande uit drie delen. Elk is zodanig gecoat dat het een deel van het spectrum naar een beeldsensor kaatst en een ander deel doorlaat naar het volgende prismadeel. Elke van de drie beeldsensoren ziet dus exact hetzelfde beeld door hetzelfde lenzenstelsel, maar in een ander deel van het spectrum. Met deze opstelling zijn de beelden pixel voor pixel over elkaar te leggen, wat een stuk lastiger wordt als je verschillende camera’s gebruikt die het gebied elk vanuit een eigen hoek bekijken. De stand van de prisma’s wordt tijdens de fabricage gekalibreerd en vervolgens verlijmd, zodat die de hele systeemlevensduur hetzelfde blijft.

In het Artemis-systeem wordt eerst het zichtbaar licht afgesplitst. De volgende twee prisma’s kijken beide naar een eigen gebied in het nabij-infrarood: de ene rond de zevenhonderd en de andere rond de achthonderd nanometer. Veel fluorescente stoffen opereren in deze voor ons onzichtbare gebieden. Bovendien kan hiermee dieper in het weefsel worden gekeken dan met zichtbaar licht: afhankelijk van de weefseldichtheid, de kracht van de fluorescente stof en de hoeveelheid excitatielicht momenteel tot maximaal anderhalve centimeter diep.

Beide fluorescente kanalen zijn voorzien van filters om alleen een smal deel van het spectrum door te laten, want de excitatie- en fluorescentiegolflengtes liggen dicht bij elkaar en alleen het emissielicht geeft informatie; zonder filters zou het excitatielicht het beeld overstralen.

RTEmagicC_Quest Artemis.jpg
Het Artemis-systeem combineert een normaal kleurenbeeld met een of twee fluorescente kanalen.

Doorbloeding en vatenstelsels

Om bijvoorbeeld tumoren te onderscheiden, moet een stof worden ingespoten die uit twee delen bestaat: een deeltje dat zich aan de tumor hecht of in de tumor doordringt, en een fluorescente stof. De uitdaging voor het ontwikkelen van deze deeltjes, de targeted probes, is dat ze zich alleen aan tumorweefsel moeten binden en voor het overige snel door het lichaam worden afgebroken. Op deze wijze wordt alleen de tumor gemarkeerd.

De eerste targeted probes beginnen nu aan hun in-human trials. Het duurt nog wel een paar jaar voordat deze afgerond zijn en de probes als medicijn geregistreerd worden. Er zijn echter fluorescente stoffen zoals indocyanidegroen (ICG) die niet specifiek aan een target binden, maar wel bruikbaar zijn voor een aantal toepassingen.

De stof kan bijvoorbeeld worden ingespoten in vitale structuren die absoluut niet geraakt mogen worden en vaak moeilijk te vinden zijn. Op een vergelijkbare manier kan ICG worden gebruikt om de doorbloeding en vatenstelsels zichtbaar te maken.

ICG wordt ook door de lever afgebroken. Rond de uitzaaiingen van darm- en oogkanker, die beide vaak metastasen in de lever ontwikkelen, is dit verstoord en ontstaat een duidelijk zichtbaar ringetje. Uit onderzoek blijkt dat deze wijze van detectie in dertien procent van de gevallen uitzaaiingen vindt die op geen enkele andere wijze tevoorschijn komen.

Kanker zaait zich vaak uit via het lymfestelsel. Om verspreiding vast te stellen, richten pathologen hun microscopen na de operatie op de poortwachterklier, de eerste lymfeknoop waar het gebied rond de tumor op afvoert. Met ICG is deze heel effectief te vinden. Bij borst-, huid- en vulvakanker en tumoren in de hals zijn ze vaak zelfs door de huid heen waarneembaar. Dit maakt gerichter en dus minder snijden mogelijk en kan de operatie verkorten. De detectiegraad is ook veel hoger dan het alternatief van patentblauw, een soort inkt die niet fluoresceert maar wel het behandelde gebied enige maanden blauw kleurt; ongeveer 98 procent detectie in plaats van zeventig. Een ander alternatief dat in veel landen wordt gebruikt, is gammastraling. Deze aanpak heeft een vergelijkbare detectiegraad als ICG, maar het combineren van de twee schroeft dit op tot honderd procent.

Aardige optische uitdaging

Het Artemis-systeem bestaat uit een trolley met lichtbron, krachtige computer voor beeldverwerking en uiteraard een beeldscherm om het resultaat weer te geven. De multispectrale camera met lenzenstelsel, prisma’s en beeldsensoren is hier als handheld unit op aangesloten. In het begin was de gedachte dat het operatieteam deze continu vast zou houden om het operatiegebied steeds vanuit de juiste hoek in beeld te brengen. In de praktijk blijkt echter dat de camera niet uit de arm wordt gehaald als die eenmaal goed is gepositioneerd.

Steeds meer operaties worden minimaal invasief uitgevoerd. De chirurg verliest daarmee veel van het vermogen om weefsel te voelen, een belangrijke bron van informatie. Door relevante weefsels fluorescent te kleuren, kan die beperking gedeeltelijk worden opgeheven. Hiervoor hebben we de Artemis-camera ook als laparoscoop uitgevoerd. Dat was nog een aardige optische uitdaging. Naast de fibers voor de verlichting moesten er in de smalle buis ook fibers voor het excitatielicht worden verwerkt. Bovendien moeten de lenzen ook gecorrigeerd worden voor chromatische aberraties uit het nabij-infrarode licht; de brekingsindex voor deze golflengtes is anders dan voor het zichtbare licht, waardoor de twee beelden een klein beetje ten opzichte van elkaar verschoven worden. We moesten dus een lenzenstelsel ontwikkelen om hiervoor te corrigeren, zodat dat de chirurg niet het risico loopt net naast de plek te snijden waar hij moet zijn.

Onze eerste klanten beginnen nu operaties uit te voeren met een fluorescent kanaal als aanvulling op het zichtbare beeld. Toekomstige toepassingen moeten echter beide fluorescente kanalen tegelijk aanspreken. Ideaal zou de tumor die je wilt wegsnijden in de ene kleur oplichten en bijvoorbeeld de zenuwen die juist gespaard moeten blijven in een andere kleur. De technologie is er klaar voor, nu de probes nog.

Edited by Pieter Edelman