Behulpzaam vergiet

Borstkankeronderzoek maakt, naast voelen met de hand, tot nu toe gebruik van röntgenstraling. Die is schadelijk en daarom gaat Philips na of het ook met licht kan.

HELEMAAL ondoorzichtig is niemand. Wie met de vlakke hand een schijnende zaklantaarn probeert af te dekken, ziet dat rood licht door het weefsel heen sijpelt waar de vingers elkaar raken. Gevoelige meetapparatuur kan licht waarnemen dat een reis van meer dan een decimeter maakt door borstweefsel. Een onderzoeksgroep van Philips wil dit letterlijke doorzien van borsten gebruiken voor optische mammografie, detectie van borstkanker met zichtbaar en infrarood licht. In samenwerking met het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) is de groep een prototype aan het testen. Driehonderd vrouwen die toch al voor een regulier borstonderzoek op het LUMC kwamen verlenen medewerking.

Dr. Martin Wasser, onderzoekscoördinator in Leiden, laat de experimentele opstelling zien. In de onderzoekstafel zit ter hoogte van de borst een kuiltje met een diameter van 13 centimeter: de cup. ``Het is de bedoeling dat de vrouwen hun borsten daar beurtelings in doen'', legt Wasser uit. De binnenkant van de bekervormige cup lijkt op een vergiet: een zilverkleurige wand vol gaatjes. Achter de helft daarvan zitten 255 uiteinden van glasvezelkabels, aangesloten op een laser-lichtbron, die de borst vanuit verschillende hoeken kunnen beschijnen. Het prototype gebruikt laserlicht van drie verschillende golflengten. Licht met een golflengte van 680 nanometer is nog net zichtbaar als rood licht, de golflengten 780 en 870 nm liggen in het infrarood. Achter de overige gaatjes bevinden zich 255 sensoren die de lichtsterkte van het ter plaatse doorsijpelende licht meten.

Het licht kan tijdens een reis door de borst meer dan een miljard maal zwakker worden. Daarom worden gevoelige fotodiodes gebruikt. Bij een meting lichten de glasvezeluiteinden in de cup een voor een op, waarna steeds de sterkte van het licht in alle sensoren tegelijk gemeten wordt. Het hele procédé neemt ongeveer vijf minuten per borst in beslag. De ruim vijfenzestigduizend (255255) meetwaarden per kleur gaan naar een computer die er het inwendige van de borst mee probeert te achterhalen.

verstrooiing

Het afbeeldings-algoritme is één van de factoren die een beslissende voordeel moeten gaan bieden, vertelt onderzoeksleider dr. Martin van der Mark in een kamer van Philips' Natuurkundig Laboratorium (Nat.Lab.) in Eindhoven. Tot nu toe waren deze algoritmes niet goed genoeg. Door de enorme verstrooiing en absorptie van licht in het weefsel was het onderscheidend vermogen van de techniek, waarvan het idee al zo'n tachtig jaar oud is, te laag en bleek praktische toepassing bij borstkankerdetectie een brug te ver. De röntgenfoto van de borst, het mammogram, is inmiddels de standaard detectiemethode voor borstkanker geworden, naast gewoon voelen met de hand.

Philips' algoritme bouwt voort op het filtered backprojection-algoritme, dat met succes gebruikt wordt voor CT-scans (Computerized Tomography). Hierbij reconstrueert een computer een driedimensionaal beeld van het inwendige van het lichaam uit röntgenopnamen genomen vanuit een groot aantal verschillende hoeken. Röntgenstraling gaat, in tegenstelling tot zichtbaar licht, in rechte lijnen door het weefsel heen. Het bestralen van bijvoorbeeld een hersenpan levert daarom voor iedere invalshoek tamelijk scherpe `schaduw' op van de stralingsabsorberende obstakels als bot- of tumorweefsel. Terugprojecteren van deze schaduwen naar de driedimensionale virtuele ruimte levert een nog wazige afbeelding van de binnenkant van het beschenen object. Bij de CT-scan kan de wazigheid goed verholpen worden met een digitale filtertechniek. Bij Philips' optische methode gooit de lichtverstrooiing echter roet in het eten. De fotonen (lichtdeeltjes) worden op hun route door het weefsel meerdere malen een andere kant opgestuurd. In plaats van langs een rechte lijn is het gemeten licht in een bepaalde detector afkomstig van allerlei routes. Deze routes bevinden zich vooral in een sigaarachtige vorm tussen de bron en de detector, door Van der Mark en collega's `de banaanfunctie' genoemd. De gemeten schaduw van de absorberende obstakels in het weefsel is door de verstrooiing zelf al vaag.

banaanfunctie

Na de gebruikelijke filterstap in het algoritme is er daarom nog een extra stap nodig, om deze vervaging ongedaan te maken aan de hand de vorm van de banaanfunctie. Deze `deconvolutiestap', waaraan door Van der Mark en collega's nog gesleuteld wordt, kan het vervagen echter niet volledig ongedaan maken.Het is zelfs principieel onmogelijk om aan de hand van het verstrooide licht de inhoud van de borst exact te reconstrueren. De Groningse theoretisch natuurkundige dr. Hans de Raedt, die aan de universiteit van Groningen onderzoek doet naar andere methoden voor optische mammografie, ziet daarom niets in Van der Marks aanpak. ``Het wiskundig principe is niet toereikend. Niemand gelooft in hun aanpak'', werpt hij tegen aan de telefoon. Alleen met licht dat periodiek in sterkte varieert, kunnen er volgens de theorie goede afbeeldingen bereikt worden. ``Wat De Raedt zegt, klopt'', erkent Van der Mark. ``We claimen ook niet dat wat eruit komt de letterlijke waarheid is, en het oplossend vermogen van röntgenfoto's zullen we nooit halen. Maar het zit dicht genoeg bij de werkelijkheid om er iets intelligents mee te doen.'' De natuurkundige laat een opname zien waarin een centimeter grote tumor zichtbaar is als een rode vlek. Van der Mark schat de fundamentele limiet op de kleinste zichtbare details op ongeveer een halve centimeter (bij röntgenfoto's zijn details te zien van kleiner dan een millimeter). ``We hebben al een keer een tumor gevonden van zeven millimeter doorsnee'', zegt hij, ``en ook een keer een die niet op de röntgenfoto te zien was.''

ruis

Werken met variërende signalen is te kostbaar en levert bij kleine lichtsterktes te veel ruis op bij het meten, beargumenteert Van der Mark de keuze voor continu licht. Daarnaast vindt hij alleen resolutie niet zaligmakend. ``Tumoren die nu, met alle mogelijke technieken, ontdekt worden zijn gemiddeld twee centimeter in doorsnee.'' Die zijn meestal ook met de optische mammograaf wel zichtbaar. Van der Mark noemt nog een factor die van de techniek een succes moet maken. Tumoren verschillen in kleur van gezond weefsel, onder meer doordat ze zuurstofarm bloed bevatten, dat een donkerder kleur heeft dan zuurstofrijk bloed. De verschillen tussen de beelden bij licht van drie golflengtes gebruikt de Leidse onderzoeksgroep om goedaardige en kwaadaardige tumoren, of gezond maar onregelmatig weefsel en met water gevulde holtes, beter van elkaar te kunnen onderscheiden dan met röntgenstraling mogelijk is.

Philips gokt erop dat de optische methode uiteindelijk voordelen biedt ten opzichte van het röntgenmammogram. Röntgenstraling kan kanker veroorzaken, terwijl licht in de gebruikte intensiteiten en golflengten ongevaarlijk is. Een werkende techniek zou daarom met kortere tussenpozen gebruikt kunnen worden voor screenings, en voor jongere vrouwen, omdat er geen cumulatieve stralingsschade opgebouwd wordt. Bij vrouwen die nog niet in de menopauze zijn, en daarom nog meer onschuldige verdichtingen in hun borsten hebben, is de verwachting van de onderzoekers dat de extra gevoeligheid door het combineren van de verschillende golflengten vaker vals alarm kan voorkomen. Bij een proef van Philips met tien patiëntes van het Academisch Ziekenhuis Maastricht waren negen van de tien tumoren en cysten te onderscheiden. De resultaten van de Leidse proef zijn nog niet uitgewerkt. ``Maar het blijft een researchproject, en het komt de komende vijf jaar zeker nog niet op de markt'', waarschuwt Van der Mark.

Als de voordelen niet groot genoeg zijn, gebeurt dat misschien wel nooit. Eén voordeel van de optische methode is gewaarborgd: het comfort. Voor een röntgenmammogram moeten de borsten tussen twee metalen platen geperst. Erg onaangenaam, luidt de klacht van veel vrouwen. Voor de optische variant hoeven vrouwen alleen stil te liggen met hun borsten in de verwarmde cup, terwijl ze niet mogen praten. De kamer is verduisterd. Onderzoekscoördinator Wasser in Leiden: ``Er zijn wel eens proefpersonen in slaap gevallen.''