Zelflerende algoritmen leiden tot optimale ultrasone hyperthermie voor verbeterde kankerbehandelingen.
Bestraling en chemotherapie bij kankerpatiënten werkt beter als je de tumor verwarmt. Het verhoogt de kans op herstel en heeft als extra voordeel dat je minder bestraling en medicijnen nodig hebt, met als gevolg minder bijwerkingen voor patiënten. Een effectieve manier om tumoren te verwarmen is ultrasoon geluid: er is geen operatie voor nodig, en het is erg precies. Om de kankerdodende effecten van chemo en bestraling te verbeteren met hyperthermie, heeft promovendus Daniel Deenen zelflerende algoritmes ontwikkeld die de stralen automatisch regelen op basis van de actuele temperatuur in de tumor. De methode kan de kans op genezing voor kankerpatiënten drastisch verbeteren. Deenen verdedigde zijn proefschrift op donderdag 3 december.
Belangrijkste doodsoorzaak
Kanker is met jaarlijks meer dan 18 miljoen nieuwe gevallen en 9 miljoen sterfgevallen wereldwijd de op één na belangrijkste doodsoorzaak. In Nederland is het zelfs de belangrijkste oorzaak: bijna één op de drie sterfgevallen in ons land is het gevolg van kanker. Naast chirurgie bestaan kankerbehandelingen meestal uit radio- en chemotherapie. Vanwege hun giftigheid en ernstige bijwerkingen kunnen deze behandelingen echter maar beperkt worden toegepast.
Koorts
Bij deze behandeling worden de tumoren gedurende 60 minuten of langer verhit tot een koortstemperatuur van ongeveer 42 °C. De hogere temperatuur zorgt onder andere voor een betere doorbloeding van de tumor, en voorkomt dat kankercellen zich kunnen herstellen na een behandeling. Dit vergroot de therapeutische werking van radio- en chemotherapie flink, zonder dat dit extra giftigheid of bijwerkingen met zich meebrengt. Ook kunnen artsen met deze behandeling lagere doses straling en medicijnen toedienen, waardoor patiënten minder last hebben van ernstige bijwerkingen. Hyperthermie werkt echter pas goed als je de temperatuur van de tumor heel precies kunt controleren.
Een van de manieren om tumoren te verhitten is MR-HIFU (magnetic-resonance-guided high-intensity focused ultrasound). Daarbij wordt ultrasoon geluid gebruikt voor een krachtige en zeer precieze verhitting van de tumor. Tegelijkertijd houdt een MRI-scanner constant de temperatuur van de tumor in de gaten. MR-HIFU is non-invasief, er zijn dus geen operaties nodig. Dit draagt sterk bij aan het comfort en het welzijn van de patiënten.
Regelaars
Het doel van het promotieonderzoek van Deenen was het ontwikkelen van algoritmes, die de HIFU-golven automatisch zo sturen dat de tumortemperatuur en daarmee het kankerdodende effect optimaal is. Deze ‘regelaars’ zijn zelflerend: door constant de temperatuur van de tumor te meten, leren ze het thermische gedrag van de tumor en passen ze vervolgens de HIFU-golven dienovereenkomstig aan. Het resultaat is een gepersonaliseerde hyperthermiebehandeling, die zowel nauwkeurig als veilig is.
Dit is uiterst belangrijk in de praktijk, omdat elke patiënt en elke tumor anders is en zelfs kan veranderen in de loop van de tijd. De onderzoeker van de Control Systems Technology groep van de faculteit Mechanical Engineering heeft verder regelaars ontworpen waarmee je ook grotere tumoren optimaal kan behandelen, iets wat tot dusver nog niet mogelijk was. In samenwerking met Uniklinik Köln, het academische ziekenhuis van Keulen, testte Deenen zijn algoritmen daar in de MR-HIFU-faciliteit. De proeven op kunstweefsel en levende grote dieren tonen aan dat ze met succes kunnen worden toegepast in ziekenhuizen.
Klinische trials
Dit promotie-onderzoek is een belangrijke stap op weg naar een effectieve en veilige hyperthermie-behandeling voor kankerpatiënten. Op dit moment worden in Keulen al voorbereidingen getroffen voor echte klinische trials met de nieuwe MR-HIFU-regelaars. Het is daarmee een echte vooruitgang op medisch gebied en zou op zijn beurt de kansen op genezing voor kankerpatiënten drastisch kunnen verbeteren.
Meer informatie
Daniel Deenen, Model Predictive Control for MR-guided Ultrasound Hyperthermia in Cancer Therapy. Promotoren: Maurice Heemels (TU/e) en Bram de Jager (TU/e). Overige betrokken partijen: Uniklinik Köln (UKK), Philips Research, Erasmus MC Kanker Instituut, Sensius BV, Sennewald GmbH, Academisch Ziekenhuis München (LMU). Gefinancierd door: KWF en NWO.
Het proefschrift is nog niet gepubliceerd, maar een groot deel van Deenens promotie-onderzoek is terug te vinden in deze papers.
Bron: TU Eindhoven – 3 december 2020 – Link naar bron.
