Pieter Edelman
19 December 2014

Mri is een kei in het onderscheiden van zachte weefsels en blinkt uit in het zichtbaar maken van tumoren. Philips dicht de technologie dan ook een steeds grotere rol toe in behandeling in plaats van alleen diagnose, met name binnen de oncologie. Een rondleiding langs de initiatieven.

Mri mag rustig een tour de force heten; scanners werken met tonnen wegende magneten die zo krachtig zijn dat ze metalen voorwerpen in de buurt spontaan in dodelijke projectielen veranderen. Ze zijn kostbaar in onderhoud, want ze moeten 24 uur per dag, zeven dagen per week aan een infuus van vloeibare helium liggen om deze krachtige magneet supergeleidend te houden; gaat de scanner ooit uit, dan kost het uren om de boel weer op te starten. Tussendoor moet geavanceerde elektronica ook nog radiogolven opwekken, ontvangen en interpreteren.

Maar het resultaat van al dat magnetisme- en radiogeweld is een technologie die met ongekend detail een blik werpt op het binnenste van een patiënt. De technologie blinkt vooral uit in het contrast binnen zachte weefsels; als geen andere techniek kan mri verschillende weefseltypen onderscheiden die in een orgaan op elkaar gepakt zitten. Sinds de introductie eind jaren zeventig heeft de mri-scanner dan ook een vaste plek veroverd naast ultrageluid en ct. Naar schatting zijn er wereldwijd nu rond de 25 duizend mri-scanners in gebruik.

Op dit moment worden de systemen vooral nog ingezet voor puur diagnostische doeleinden. De verwachting is echter dat mri de komende jaren ook een steeds grotere rol gaat spelen in behandeling, met name binnen de oncologie. Philips, een van de ‘big five’ in mri-systemen samen met Siemens, GE, Toshiba en Hitachi, werkt op verschillende manieren aan deze visie. ‘Met ct kun je, overdreven gezegd, vooral het verschil zien tussen bot en niet-bot. Het mooie van mri is dat je al het zachte weefsel kunt zien, met name ook alles wat met tumoren te maken heeft. Vooral om die reden hebben we intern de beslissing genomen om met mri fors op oncologie in te zetten’, vertelt Romhild Hoogeveen, marketing director MR Therapy bij Philips. Hij leidt ons rond langs de verschillende activiteiten die zijn bedrijf op dit gebied ontplooit, nu en in de toekomst.

Ingenia

Allereerst komt het meest geavanceerde aanbod van dit moment aan de beurt: de Ingenia, geïntroduceerd in 2010. ‘Dat is ons vlaggenschip omdat er heel veel innovaties in zitten op mr-gebied’, zegt Hoogeveen. Een ervan is direct aan de buitenkant te zien: het systeem oogt ruimer dan een traditionele scanner.

Traditioneel hebben de tunnels van een mri-scanner een doorsnede van zestig centimeter. Fabrikanten zijn de opening de laatste jaren echter gaan verbreden tot zeventig centimeter; voor patiënten kan de krappe tunnel angstig zijn, maar ziekenhuizen krijgen ook steeds meer te maken met dikkere patiënten die niet in de buis passen. ‘Tien centimeter lijkt heel weinig, maar het kan heel veel impact hebben op de beeldkwaliteit’, aldus Hoogeveen. ‘Je ziet dan ook dat andere systemen wat inleveren op de beeldkwaliteit, maar wij zijn erin geslaagd om deze juist beter te maken.’

Daarnaast is het ook gelukt om het field of view te vergroten, het gebied dat de mri afbeeldt. Het is namelijk niet zo dat de hele tunnelruimte te gebruiken is voor beeldvorming; traditioneel kan alleen zo’n veertig tot vijfenveertig centimeter in het centrum worden benut. ‘Maar omdat je een groter gebied hebt, wil je eigenlijk ook groter kunnen afbeelden. Wij zitten met de Ingenia nu tien tot twintig procent hoger; daar zijn we uniek in’, stelt Hoogeveen.

Een ander speerpunt van de Ingenia is minder zichtbaar, althans voor de leek. Mri werkt door te luisteren naar de ‘echo’s’ van een radiopuls die vrijkomen wanneer protonen zich weer naar een extern magneetveld richten. Het uitsturen van de puls gaat met een radiospoel ingebouwd in de scanner, maar de ontvangstspoelen moeten voor het beste signaal zo dicht mogelijk op de patiënt zitten. Een mri-systeem is daarom voorzien van allerlei spoelen in verschillende vormen en maten die op de lichaamsdelen kunnen worden aangebracht.

Wie de connector van deze spoelen goed bekijkt, ziet een andere belangrijke innovatie in de Ingenia: die is een stuk kleiner dan zijn voorganger, een trendbreuk met het verleden waarin de connectoren juist steeds groter werden. ‘Zo’n spoel bestaat uit verschillende elementen, en hoe meer je er hebt, hoe meer je kunt doen. Er is daarom een soort race gaande om steeds meer elementen te gebruiken. Maar elk element heeft wel zijn eigen kabeltje. Je zat dus met een connector die steeds groter werd’, licht Hoogeveen toe.

Toen Philips de Ingenia ontwierp, wilde het bedrijf af van die beperking. De immer voortschrijdende wet van Moore bracht hier uiteindelijk uitkomst. De rekenkracht die nodig is voor het digitaliseren van de signalen is in de afgelopen jaren in steeds kleinere verpakking beschikbaar gekomen. Waar daar een paar jaar terug nog verschillende boards voor nodig waren, kan nu worden volstaan met een enkel klein printje; zo klein zelfs dat het in de ontvangstspoel kan worden ingebouwd.

Niet dat het een eenvoudige opgave is om een elektronisch systeem in een mri-scanner werkend te krijgen. ‘Je zit met een sterke magneet, met wisselende velden. Dat moet je dus goed afschermen.’

Maar toen dat eenmaal gelukt was, konden daar ook de vruchten van worden geplukt; waar de Philips-scanners begin 2000 nog maximaal zes kanalen gebruikten, zijn er nu spoelen met tientallen kanalen. En in de toekomst kan dat nog makkelijk verder stijgen. Want eenmaal gedigitaliseerd, kunnen de signalen via een glasvezel worden verzonden; de connector bestaat enkel nog uit een lensje en een paar pinnen voor de voeding. Samen met de verwerking van ontvangstspoelen in de patiëntentafel, maakt dat de workflow een stuk eenvoudiger.

Uiteindelijk is dat echter niet het grootste voordeel van de digitale aanpak. ‘Het signaal wordt nu gedigitaliseerd op de plek waar het vandaan komt, dus veel dichter bij de bron. Daardoor heb je een veel gunstigere signaal-ruisverhouding, tot wel veertig procent beter’, weet Hoogeveen.

Mri tijdens de operatie

Met deze innovaties op zak is Philips nu bezig om de volgende stap te zetten: mri-scans maken tijdens een operatie. Met name bij de neurochirurgie begint dit op stoom te komen. ‘Bij het verwijderen van een hersentumor zie je vaak dat er wat onzekerheid is of deze geheel is weggehaald. Je navigeert altijd op plaatjes die vooraf zijn gemaakt. Maar het brein is heel zacht; het weefsel gaat op een andere plek zitten als je iets weghaalt. Dus om zeker te weten dat er niet nog een operatie gedaan hoeft te worden, willen ze graag een mri tussendoor maken’, legt Hoogeveen uit.

Op zich is daar niet zo heel veel voor nodig: een standaard mri-scanner volstaat. Maar een patiënt met een opengemaakte schedel kan natuurlijk niet het hele ziekenhuis worden doorgereden, en een mri-scanner aanschaffen puur voor een operatiekamer is een kostbare aangelegenheid; zo’n machine moet uren maken om uit de kosten te komen.

De oplossing hiervoor is eigenlijk simpel: zet de scanner in een kamer naast de operatiezaal en maak er een schuifwand tussen. Zo kan de scanner worden ingezet tijdens een operatie, maar ook voor normale diagnostiek.

De patiënt moet natuurlijk netjes vanaf de operatietafel in de scanner geschoven kunnen worden. Dat is dan ook de voornaamste aanpassing die aan de scanner gedaan moet worden, verklaart Hoogeveen: ‘We hebben een dunne transfertafel boven op de operatietafel, en die kun je met de patiënt en al op een trolley schuiven. Die trolley dockt dan weer met de scanner. Waar we wel uniek in zijn, is dat we ook een aanpassing hebben gedaan aan de scanner zodat je van beide kanten kunt docken. Dan kun je het nog economischer inrichten met aan weerszijden een operatiekamer en daarnaast nog diagnostisch gebruik. Zo’n opstelling is onlangs in Bangkok in gebruik genomen.’

Mri-gebaseerde bestralingsplannen

Nog in opkomst is het plannen van bestralingen. Traditioneel gebeurt dat aan de hand van ct-beelden, maar juist met kanker biedt mri veel meer inzicht; waar de röntgengebaseerde technologie vaak alleen laat zien dat er iets afwijkends zit, legt mri de gedetailleerde structuren binnen dat ‘iets’ bloot. ‘Je kunt bijvoorbeeld ook het vet wegfilteren in je beeld; dat heeft net wat andere magnetische eigenschappen waardoor je radiogolven kunt gebruiken die dat signaal wat onderdrukken. Daar kun je met mri heel veel mee spelen. Je hebt honderden knoppen om aan te draaien.’

Met de toevoeging van een laserbrug zijn de mri-beelden te correleren met de ct-scan en de bestraling.

Om naast ct ook mri te kunnen gebruiken voor de planning, heeft Philips een positioneersysteem voor de patiënt geïntroduceerd als toevoeging. Dergelijke systemen worden traditioneel gebruikt om de patiënt tijdens de plannings-ct en de opeenvolgende bestralingen op dezelfde manier te positioneren. Nu kan ook mri in dat plaatje worden meegenomen. ‘Voorheen was de mri hiervoor nog niet zo geschikt; patiënten liggen tijdens de radiotherapie vaak met hun armen omhoog zodat die niet mee worden bestraald. Dat paste niet goed in de kleinere tunnel. En de beeldkwaliteit was ook nog niet zo goed. De afgelopen tien jaar is er gewoon enorm veel gebeurd waardoor het nu mogelijk is’, zegt Hoogeveen.

Het positioneersysteem zelf is vrij lowtech; de belangrijkste componenten zijn een laserbrug die lijnen op de patiënt projecteert, kalibratiegereedschappen en software die de workflow bestuurt. ‘Ze zetten met een pen een paar stipjes op de patiënt, en als je de dag daarna terugkomt, moet dat ook weer precies uitlijnen. Maar dat is alleen de eerste stap. Met imaging kijk je daarna nauwkeuriger of alles op de juiste plek zit’, verduidelijkt Hoogeveen.

Vandaag de dag kan het systeem worden gebruikt om ct-beelden met mri-data te verrijken. Toch is het eigenlijk slechts een opmaat voor het uiteindelijke doel: het opstellen van het bestralingsplan met alleen de mri.

Bestralen is altijd het zoeken naar een balans tussen een zo hoog mogelijke dosis voor de tumor en een zo laag mogelijke dosis voor het omliggende weefsel. De lineaire versneller kan hiervoor om de patiënt heen bewegen en uit verschillende hoeken bestralen, zodat alleen in het centrum de maximale dosis wordt afgeleverd.

Mri geeft meer informatie over de tumor dan een ct-beeld. Daarmee kan een beter behandelplan worden opgesteld. Foto: Odense University Hospital, Denemarken.

Niet al het omliggende weefsel is echter gelijk. Sommige organen kunnen een hogere dosis aan dan andere. De oncoloog of dosimetrist stelt dan ook een behandelplan op dat de kritieke structuren zo veel mogelijk ontziet terwijl de tumor toch de maximale dosis krijgt.

Dat gaat aan de hand van software die, op basis van een ct-scan, simuleert hoe de straling zich verspreidt over het doelgebied. Ct is daar ideaal voor, omdat de straling voor een behandeling in essentie hetzelfde is als de straling om een beeld te maken. Botten remmen de straling bijvoorbeeld veel meer af dan zacht weefsel, en in lucht is het gedrag weer heel anders. Hoe het weefsel die straling beïnvloedt, is dus direct uit het ct-beeld af te leiden.

‘Veelal halen ze er echter een mri-plaatje bij om de tumor in te tekenen; dat is vaak veel nauwkeuriger’, stelt Hoogeveen. ‘Je kunt je dan afvragen of je ct niet beter weglaat. We zijn nu samen met ziekenhuizen gespecialiseerd in oncologie aan het kijken of we die dichtheidsinformatie ook uit mri-beelden kunnen halen.’

Daarbij helpt dat Philips zelf een belangrijke speler is in dit soort treatment planning-software. ‘Dat komt uit het verleden, maar daar zijn we wel uniek in als imaging-bedrijf.’

Uit de eerste resultaten van het gezamenlijke onderzoek blijkt dat het waarschijnlijk niet nodig is om het uitgebreide dichtheidspalet van een ct-beeld te gebruiken. Philips heeft een technologie ontwikkeld om de dichtheid op mri-beelden in vijf verschillende niveaus op te delen. De ziekenhuizen stellen daarmee behandelplannen op en leggen die naast met ct opgestelde plannen. ‘Dat is nog gaande, maar tot nu toe ziet dat er heel gunstig uit’, aldus Hoogeveen.

Verwarmen met ultrageluid

Kersvers op de markt is de combinatie van mri met Hifu, high-intensity focused ultrasound. Bij Hifu gaat het erom zo veel ultrageluidenergie op een punt te richten dat het weefsel er lokaal opwarmt en uiteindelijk afsterft. Op zichzelf wordt dit al meerdere decennia toegepast voor het behandelen van goedaardige en soms ook kwaadaardige gezwellen.

Maar dat is vaak op basis van ultrageluidbeelden, terwijl het juist de combinatie met mri is die de toepassing interessant maakt, legt Hoogeveen uit: ‘Een mri is eigenlijk een heel dure thermometer, met 3D-weergave in het lichaam. Je kunt tijdens de sonificatie precies meten wat er gebeurt en uiteindelijk kun je de temperatuurdosis precies in de gaten houden, dus de temperatuur maal tijd. Dat is een heel mooie feedbackloop.’

Een behandeltafel met ultrageluidtransducer kan onder geleiding van de mri weefsel zeer nauwkeurig verwarmen.

Vandaar dat Philips al een paar jaar onderzoek doet aan deze combinatie. De afgelopen jaren wist het bedrijf de effectiviteit aan te tonen bij twee behandelingen: vleesbomen en voor palliatieve pijnbestrijding. Philips denkt echter dat het ook kan worden ingezet voor de bestrijding van kwaadaardige tumoren. Op dit moment lopen er klinische studies naar de behandeling van borst- en prostaatkanker.

Afgelopen jaar vond het bedrijf de tijd dan ook rijp om er echt een product van te maken. ‘We hebben het geïntroduceerd als toevoeging op een Ingenia-scanner. De diagnostische tafel gaat omlaag en er komt een nieuwe behandeltafel in. Daar zit een opening in met een ultrageluidtransducer die mechanisch en elektronisch bestuurd de akoestische golven precies kan laten komen waar je wilt, onder geleide van de mri’, beschrijft Hoogeveen.

Bestralen in de scanner

In de nabije toekomst ligt het idee om onder geleide van een mri-scanner een bestraling uit te voeren met een lineaire versneller. De ontwikkeling van een machine is in volle gang, samen met het Zweedse Elekta, de marktleider in bestralingsapparatuur, en een consortium van zeven toonaangevende universitaire ziekenhuizen in Nederland en daarbuiten. Deze zomer is begonnen met de installatie van het eerste ‘bèta’-model voor researchdoeleinden in het UMC Utrecht.

In april begon bij het UMC Utrecht de installatie van de eerste preklinische combinatie van mri en lineaire versneller, die Philips samen met Elekta en zeven academische ziekenhuizen ontwikkelt.

Hier begon het project namelijk, al meer dan een decennium geleden. In een krappe mri-scanner is weinig ruimte voor een ronddraaiende lineaire versneller, maar professor Jan Lagendijk had een alternatief idee: dwars door de scanner heen bestralen. Het combineren van de krachtige magneetvelden en de rf-pulsen van een mri-scanner met een lineaire versneller die rondjes over de buitenkant rijdt, is, op zijn zachtst gezegd, technisch uitdagend. Samen met Elekta en Philips lukte het Lagendijks groep om in 2012 een prototype werkend te krijgen, waarmee de aanpak gevalideerd was.

‘Toen ze dit lieten zien, heeft zowel Philips als Elekta gezegd: we gaan een stap verder, we gaan gezamenlijk een consortium vormen waarbij we laten zien dat het klinisch kan. En die fase is nu gaande’, vertelt Hoogeveen. ‘We hebben nu een nieuw, volgens industrienormen geproduceerd systeem gemaakt, en alle leden van het consortium krijgen er een. Daarmee gaan we kijken of de meest voorkomende vormen van kanker beter kunnen worden behandeld.’

De mri-scanner is voor dat doel flink onder handen genomen. ‘Eigenlijk is hij een stukje uit elkaar getrokken, zodat er in het midden een ring zit waar geen kritieke structuren zitten en ook niet heel veel metaal. De lineaire versneller draait eromheen. Maar uiteindelijk zul je dat straks niet meer zien; je krijgt gewoon een gat in de muur.’

‘Het voordeel is dat je straks precies kunt zien wat je aan het doen bent tijdens de behandeling. De tumor kan altijd wat bewegen ten opzichte van het eerdere plan, bijvoorbeeld als de blaas een beetje gevuld is. Als het lukt om dat zichtbaar te maken, zou het plan aangepast kunnen worden. Er is nog een andere mogelijkheid: nu wordt radiotherapie weinig toegepast bij organen die veel bewegen, maar straks kun je alles realtime volgen. We zijn nu bezig om dat technologisch te ontwikkelen; dat is nog behoorlijk wat werk.’