Het menselijk lichaam digitaal ontleed

Een reis door het menselijk lichaam in ruim 100.000 plaatjes. Een anatomische computer-atlas die in Nederland is ontwikkeld stelt de medicus in staat om zijn eigen invalshoek te kiezen.

Uit een melkwitte waas doemt het puntje van een neus op. Even later verschijnen ooghaartjes, snel daarna oogleden en ogen. De neus is dan al aangesneden en laagje voor laagje zijn van binnen neusholten zichtbaar geworden. Hetzelfde gebeurt met de rest van het gezicht. Nietsontziend en in groot detail onthult het tv-scherm het binnenste van het menselijk 'masker', het gebied tussen voorhoofd en bovenkaak. Ter hoogte van de hypofyse, midden in het hoofd, stopt de film.

Enigszins lugubere beelden zijn het. Ze staan op het eerste compact-disc-schijfje van Elseviers Interactieve Anatomische Atlas. De beelden van neus, ogen en achterliggende holten en hersenen zijn, net zoals traditionele papieren anatomische atlassen, gemaakt aan de hand van een preparaat van een menselijk stoffelijk overschot. Het grote verschil met papieren anatomische atlassen in boekvorm is dat er van iedere tiende millimeter weefsel een beeld is vastgelegd, wat op papier nooit kan. Na digitalisering van de beelden werden nog twee doorsneden 'uitgerekend' en op CD vastgelegd. Het menselijk masker op het eerste schijfje is op het tv-scherm van neus tot hypofyse, van oor tot oor en van wenkbrauw tot bovenkaak te zien.

De CD met neus, ogen, neusholten en voorste hersenen is het eerste deel in een reeks van 16 tot 20 schijfjes die gezamenlijk Elseviers Interactieve Anatomische Atlas vormen. Initiatiefnemer van de atlas is de anatoom prof.dr. B. Hillen, verbonden aan de medische faculteit van de Universiteit Utrecht. Hij kwam in contact met Elseviers Science Publishers. Na rijp beraad besloot Elsevier de atlas zowel op CD-ROM (read only memory) als op CD-I (interactief) uit te brengen. De CD-I-uitgave biedt de meeste mogelijkheden omdat er sinds deze zomer software beschikbaar is waarmee de kijker de beelden achter elkaar als film kan afspelen. CD-ROM kan nu nog beter vergroten en verkleinen, maar de volgende CD-I-schijfjes kunnen dat ook. De uitgeverij investeerde voor het eerste schijfje een half miljoen gulden en zal naast de atlas andere medische CD-I's uitbrengen. De koper krijgt zowel CD-ROM- als CD-I-schijfjes geleverd.

1400 video-opnamen

De atlas is gebaseerd op bijna 1400 met een videocamera gemaakte opnamen van een diepgevroren en in een blok behangerslijm (carboxymethylcellulose) gefixeerd anatomisch preparaat, waarvan voor iedere opname met een microtoom driemaal een dun laagje van 25 micrometer is afgeschraapt.

Hillen kwam in 1980 op het idee toen hij de resultaten zag van het door de Zweedse anatoom Ullberg ontworpen grote microtoom waarmee diepgevroren hele proefdieren konden worden versneden tot plakjes van minimaal 25 micrometer. Ullberg gebruikte zijn microtoom om te meten waar opgegeten schadelijke stoffen - zoals radio-actieve elementen - in een proefdierlichaam terecht komen. Hillen: 'Als er hele ratten het microtoom kunnen, moesten er ook delen van de menselijke anatomie in passen. Vroeger werden doorsneden van menselijke preparaten met een lintzaag gemaakt, maar daarmee verdwijnt per laag drie millimeter weefsel.''

De makers van de atlas moesten er rekening mee houden dat de beeldpunten (pixels in computertaal) in feite volume-elementjes (voxels) zijn, omdat het beeld vanuit drie richtingen kan worden bekeken. Lengte, breedte en diepte moeten ongeveer even groot zijn, anders heeft de doorsnede van links naar rechts een andere resolutie dan de doorsnede van boven naar beneden. De laag die het microtoom voor een nieuwe opname moet afschaven is daarom afhankelijk van de lengte en breedte van het preparaat.

Hillen en zijn medewerkers ontwikkelden een opnametechniek met bestaande componenten waarmee opgenomen stilstaande videobeelden door een computer worden gedigitaliseerd tot een raster van beeldpunten. Door beeld na beeld op te slaan ontstaat een driedimensionale matrix van beeldpunten die een getrouwe afbeelding vormt van het oorspronkelijke preparaat. De grootte van het gebruikte preparaat wordt in belangrijke mate bepaald door de gewenste resolutie. Eén beeld voor de CD telt 576 bij 768 pixels. Het op het eerste schijfje vastgelegde menselijke masker mat 9 bij 12 cm zodat de pixels 150 bij 150 micrometer groot werden. Door de beelden eveneens met die onderlinge afstand van 150 micrometer op te nemen ontstond een driedimensionale matrix van 576 bij 768 bij 768 voxels. In totaal zijn dan 340 miljoen beeldpunten opgenomen. Met de opslag van de kleureninformatie heeft een preparaat een oorspronkelijke informatie-inhoud van 2 Gigabytes. Bij een voxelgrootte van 150 micrometer zijn zenuwen met een doorsnede van 0,5 millimeter nog zichtbaar.

Vergelijken

De kijker kan de beelden van het preparaat vergelijken met ruim 1.000 beelden van hetzelfde gebied, gemaakt met apparatuur voor MRI(magnetische resonantie beeldvorming) en CT (röntgenapparatuur) en van de histologisch bewerkte plakjes die bij het afschaven worden opgevangen. De histologische plakjes zijn gekleurd met stoffen die op weefselsoort onderscheiden. De CT) - en MRI-opnamen zijn van een levende vrijwilliger, met ongeveer dezelfde schedelmaten als die van het preparaat.

De reacties van medici op de nieuwe atlas zijn overdonderend. Hillen hield enkele voordrachten over de interactieve anatomische atlas op congressen voor chirurgen en radiologen. Hillen: 'Na afloop werd de stand van Elsevier waar een demonstratiemodel stond overstroomd door belangstellenden, terwijl het er normaal gesproken een rustig komen en gaan is van mensen met interesse voor nieuwe boeken.''

Chirurgen zeggen een CD-I op de operatiekamer te zetten, om zelfs tijdens een operatie iets na te kunnen kijken. Radiologen willen nu CD-I op de verslagkamer. Ook docenten hebben belangstelling. Hillen: 'In een boek kun je zoveel informatie met een dergelijke resolutie niet kwijt. Voor een moeilijke operatie kijken chirurgen het gebied waar ze in gaan opereren vaak nog even door. Nu kan dat in veel meer detail.''

Hillen en zijn groep werken op dit moment aan de volgende delen van de atlas. Het snijden en vastleggen van de ongeveer 1400 opnamen voor een schijfje duurt ongeveer drie dagen. De computerbewerkingen nemen daarna een week in beslag. De hele atlas zal ongeveer 16 tot 20 schijfjes omvatten. Hillen: 'Dan is niet het hele lichaam vastgelegd, maar wel de belangrijkste en interessantste delen met een vaste anatomische structuur. In armen en benen zitten veel gebieden waarin beenderen, spieren, vaten en zenuwen gewoon rechtdoor lopen. We nemen wel het enkel, knie- en heupgewricht, maar niet de tussenliggende stukken onder- en bovenbeen. Ook de romp en de bovenbuik laten we grotendeels weg. De longen en de lever blijven grote bruine vlekken. De darmen zijn ook niet zo interessant. Het hart, de grote vaten, de nieren en de wervelkolom zijn echter wel interessant, evenals de blaas en de geslachtsorganen.''

Ieder mens verschilt in detail van een ander. In hoeverre wordt Elseviers Interactieve Anatomie Atlas nu de nieuwe norm in de anatomie? Hillen: 'Anatomen maken zich niet zo druk over de verschillen. Wij komen voortdurend anatomische variatie tegen. Chirurgen overkomt hetzelfde. Als je vijf goede papieren atlassen naast elkaar legt, zie je ook variaties. Die zijn gelukkig niet zo groot dat het de existentie van het vak anatomie onmogelijk heeft gemaakt.''

De preparaten die Hillen gebruikt zijn afkomstig van mensen die hun lichaam ter beschikking van de wetenschap hebben gesteld. De preparaten zijn ontdaan van bloed en gefixeerd met formaline. De botten zijn niet ontkalkt, om zoveel mogelijk structuur te behouden. Hillen: 'Een chirurg ziet andere kleuren. Wij hadden ook een vers preparaat kunnen invriezen. Maar door fixeren krijg je beter contrast tussen de onderdelen in het preparaat. Je moet kiezen tussen de natuurlijke kleuren en betere zichtbaarheid.''

Elsevier levert met de atlas ongekend gedetailleerde beelden, namen van orgaanonderdelen en een goed register. Inventieve programmeurs kunnen met de anatomische informatie nog veel meer. Het Amerikaanse bedrijf Civilization Communications wil virtual reality programmatuur rond de beeldpunten bouwen. Bijvoorbeeld om operaties droog te oefenen. Met een op een scalpel lijkend instrumentje kunnen dan voxels in plaats van stukjes weefsel worden 'weggesneden'. Als aan onderdelen van de anatomie een zekere samenhang en soepelheid is toegekend, kunnen weefseldelen opzij worden geschoven om onderliggende organen te bereiken. Aangesneden bloedvaten kunnen rode voxels (bloed) gaan spuien en het zicht van de chirurg vertroebelen. De chirurg kan reageren met deppen, afzuigen, dichtklemmen of dichtbranden. Een chirurg krijgt daarmee een instrument om nieuwe operatietechnieken te ontwerpen en 'droog' te oefenen. Hillen: 'Dat werk gaan wij zelf niet doen. Dat zijn technologische ontwikkelingen waarvoor bij ons de expertise ontbreekt. Ik hou mij liever bij mijn vakgebied, de anatomie en de embryologie. Maar ieder die licentie-afspraken met Elsevier maakt, kan de gegevens uit deze anatomische database gebruiken.''