Moderne MRI-scanners worden in het Westen gebruikt voor het opsporen van inwendige ziektes, maar voor ziekenhuizen in ontwikkelingslanden is de apparatuur onbetaalbaar. Wiskundige Martin van Gijzen werkt mee aan de ontwikkeling van een eenvoudige MRI-scanner voor een kinderziekenhuis in Oeganda. “Ik leer ineens van alles over waterhoofden.” 

Een simpele MRI-scanner kan een levensbelangrijke rol kan spelen bij het diagnosticeren van waterhoofden, een probleem waar meer dan honderdduizend kinderen in Sub-Sahara-Afrika mee kampen. Ingrijpen na een vroegtijdige diagnose kan namelijk ernstige hersenletsel voorkomen. “Als je aan de buitenkant kunt zien dat een kind een waterhoofd heeft, is het eigenlijk al te laat”, zegt Van Gijzen.

Als wiskundige houdt hij zich bezig met numerieke lineaire algebra, oftewel de algoritmes achter technische toepassingen en simulaties. Een wereld vol getallen en abstracties waar resultaten vaak niet direct zichtbaar zijn voor de buitenwereld. “Het schrijven van een wetenschappelijk artikel of een studentenproject is uiteraard belangrijk voor de wiskunde, maar dit project heeft ook een veel directer maatschappelijk doel. Het levert een bijdrage aan de oplossing van een groot probleem in ontwikkelingslanden, waarbij het ook nog eens gaat om kinderen.”

Zwakke magneet, ingewikkeld algoritme

Van Gijzen legt uit wat zijn rol is. “Een normale MRI-scanner is uitgerust met een supergeleidende magneet en vloeibaar helium voor de koeling. Daardoor ontvang je een kant-en-klaar plaatje met hoge pixelresolutie. Maar die apparaten kosten soms wel drie miljoen euro en vragen hele specialistische kennis. Wij willen een eenvoudige scanner ontwikkelen die maximaal vijftigduizend euro kost.” Die kostenbesparing komt volgens Van Gijzen vooral door het gebruik van een zwakke magneet. “Daardoor wordt nu het wiskundige gedeelte aan de achterkant veel ingewikkelder, daar werk ik samen met mijn collega Rob Remis en een PhD-student in Delft aan.”

De zwakkere magneet zorgt ervoor dat de uitkomsten van de scanner minder nauwkeurig zijn. Het is dus zaak om zoveel mogelijk informatie te verzamelen via andere schakels, zegt Van Gijzen. “Met algoritmes kunnen we bijvoorbeeld randen herkennen op een plaatje en daaruit afleiden of een kind grote stukken hersenweefsel heeft, een indicatie voor een waterhoofd. Met verschillende stukjes info en het combineren van beelden kunnen we zo met een eenvoudige scanner toch een vrij nauwkeurige reconstructie maken.”

Multidisciplinair en intercontinentaal

Behalve de wiskundige bijdrage, zit er voor Van Gijzen ook een educatief gedeelte aan de samenwerking. “Ik kom in aanraking met vakgebieden waar ik nog niet zoveel van weet, bijvoorbeeld de medische wereld. Ik leer veel over waterhoofden, dat is erg interessant. Daarnaast werk ik in Delft samen met de ingenieurs van DEMO die de hardware verzorgen. Ik begeef me bij dit project dus ook veel buiten mijn eigen werkterrein.”

Door de samenwerking met Britse MRI-fysicus Andrew Webb, de Amerikaanse neurochirurg Steven Schiff en de Oegandese biomedische ingenieur Johnes Obungoloch is het echt een internationaal project en dat maakt het volgens Van Gijzen nog specialer. “Andrew Webb werkt bij het LUMC en is een wereldwijde MRI-specialist. Steven Schiff is hoofd van dee Neuroengineering Department van Pennsylvania State University en stuurt een groot onderzoeksprogramma aan naar waterhoofden in Oeganda. Johnes Obungoloch is vice-decaan van het nieuwe biomedical engineering department aan Mbarara University in Uganda. Een hele diverse en inspirerende groep mensen om mee te werken!”

“Aan het begin van het project ontwikkelden we onze eerste MRI-scanner samen met het LUMC. Die scanner produceerde geen beelden van voldoende kwaliteit. Maar we hebben er heel veel van geleerd. Met die lessen maakte LUMC vervolgens een prototype dat wel beelden gaf. Samen verbeteren we nu de kwaliteit van die beelden, we proberen ze steeds scherper te krijgen.” De verwachting is dat het prototype in 2020 ver genoeg ontwikkeld is om een replica te ontwikkelen bij MUST, onze partneruniversiteit in Uganda.

Bijdrage medische wetenschap in ontwikkelingslanden

Nu het prototype werkt, staan er weer nieuwe uitdagingen te wachten. De scanner moet bestand zijn tegen de temperatuur ter plekke, moet makkelijk transporteerbaar zijn naar afgelegen gebieden en er moet rekening worden gehouden met het feit dat babyhoofdjes veel bewegen. “En het is natuurlijk belangrijk dat artsen in Oeganda ermee kunnen werken en dat specialisten ter plekke de scanner kunnen onderhouden.”

Hoewel het project tot nu toe vooral in Nederland en de VS heeft plaatsgevonden, staat volgens Van Gijzen alles uiteindelijk in het teken van een brede ontwikkeling van de medische wetenschap in ontwikkelingslanden. “De technieken en software worden openbaar. Deze scanner is specifiek bedoeld voor waterhoofden, maar als je het ontwerp, de magneet en de algoritmes aanpast, zou je het ook voor diagnoses van andere ziektes kunnen gebruiken. Uiteindelijk zal de scanner ook lokaal worden geproduceerd. De meeste ziektes zijn niet eens zo moeilijk op te sporen, maar je moet wel over goede apparatuur beschikken.”

Het team

Van links naar rechts: Andrew Webb, Tom O'Reilly, Merel de Leeuw den Bouter, Martin, Roel Burgwal, Danny de Gans en Rob Remis

Een simpele MRI-scanner kan een levensbelangrijke rol kan spelen bij het diagnosticeren van waterhoofden, een probleem waar meer dan honderdduizend kinderen in Sub-Sahara-Afrika mee kampen. Ingrijpen na een vroegtijdige diagnose kan namelijk ernstige hersenletsel voorkomen. “Als je aan de buitenkant kunt zien dat een kind een waterhoofd heeft, is het eigenlijk al te laat”, zegt Van Gijzen.

Als wiskundige houdt hij zich bezig met numerieke lineaire algebra, oftewel de algoritmes achter technische toepassingen en simulaties. Een wereld vol getallen en abstracties waar resultaten vaak niet direct zichtbaar zijn voor de buitenwereld. “Het schrijven van een wetenschappelijk artikel of een studentenproject is uiteraard belangrijk voor de wiskunde, maar dit project heeft ook een veel directer maatschappelijk doel. Het levert een bijdrage aan de oplossing van een groot probleem in ontwikkelingslanden, waarbij het ook nog eens gaat om kinderen.”

Zwakke magneet, ingewikkeld algoritme

Van Gijzen legt uit wat zijn rol is. “Een normale MRI-scanner is uitgerust met een supergeleidende magneet en vloeibaar helium voor de koeling. Daardoor ontvang je een kant-en-klaar plaatje met hoge pixelresolutie. Maar die apparaten kosten soms wel drie miljoen euro en vragen hele specialistische kennis. Wij willen een eenvoudige scanner ontwikkelen die maximaal vijftigduizend euro kost.” Die kostenbesparing komt volgens Van Gijzen vooral door het gebruik van een zwakke magneet. “Daardoor wordt nu het wiskundige gedeelte aan de achterkant veel ingewikkelder, daar werk ik samen met mijn collega Rob Remis en een PhD-student in Delft aan.”

De zwakkere magneet zorgt ervoor dat de uitkomsten van de scanner minder nauwkeurig zijn. Het is dus zaak om zoveel mogelijk informatie te verzamelen via andere schakels, zegt Van Gijzen. “Met algoritmes kunnen we bijvoorbeeld randen herkennen op een plaatje en daaruit afleiden of een kind grote stukken hersenweefsel heeft, een indicatie voor een waterhoofd. Met verschillende stukjes info en het combineren van beelden kunnen we zo met een eenvoudige scanner toch een vrij nauwkeurige reconstructie maken.”

Multidisciplinair en intercontinentaal

Behalve de wiskundige bijdrage, zit er voor Van Gijzen ook een educatief gedeelte aan de samenwerking. “Ik kom in aanraking met vakgebieden waar ik nog niet zoveel van weet, bijvoorbeeld de medische wereld. Ik leer veel over waterhoofden, dat is erg interessant. Daarnaast werk ik in Delft samen met de ingenieurs van DEMO die de hardware verzorgen. Ik begeef me bij dit project dus ook veel buiten mijn eigen werkterrein.”

Door de samenwerking met Britse MRI-fysicus Andrew Webb, de Amerikaanse neurochirurg Steven Schiff en de Oegandese biomedische ingenieur Johnes Obungoloch is het echt een internationaal project en dat maakt het volgens Van Gijzen nog specialer. “Andrew Webb werkt bij het LUMC en is een wereldwijde MRI-specialist. Steven Schiff is hoofd van dee Neuroengineering Department van Pennsylvania State University en stuurt een groot onderzoeksprogramma aan naar waterhoofden in Oeganda. Johnes Obungoloch is vice-decaan van het nieuwe biomedical engineering department aan Mbarara University in Uganda. Een hele diverse en inspirerende groep mensen om mee te werken!”

“Aan het begin van het project ontwikkelden we onze eerste MRI-scanner samen met het LUMC. Die scanner produceerde geen beelden van voldoende kwaliteit. Maar we hebben er heel veel van geleerd. Met die lessen maakte LUMC vervolgens een prototype dat wel beelden gaf. Samen verbeteren we nu de kwaliteit van die beelden, we proberen ze steeds scherper te krijgen.” De verwachting is dat het prototype in 2020 ver genoeg ontwikkeld is om een replica te ontwikkelen bij MUST, onze partneruniversiteit in Uganda.

Bijdrage medische wetenschap in ontwikkelingslanden

Nu het prototype werkt, staan er weer nieuwe uitdagingen te wachten. De scanner moet bestand zijn tegen de temperatuur ter plekke, moet makkelijk transporteerbaar zijn naar afgelegen gebieden en er moet rekening worden gehouden met het feit dat babyhoofdjes veel bewegen. “En het is natuurlijk belangrijk dat artsen in Oeganda ermee kunnen werken en dat specialisten ter plekke de scanner kunnen onderhouden.”

Hoewel het project tot nu toe vooral in Nederland en de VS heeft plaatsgevonden, staat volgens Van Gijzen alles uiteindelijk in het teken van een brede ontwikkeling van de medische wetenschap in ontwikkelingslanden. “De technieken en software worden openbaar. Deze scanner is specifiek bedoeld voor waterhoofden, maar als je het ontwerp, de magneet en de algoritmes aanpast, zou je het ook voor diagnoses van andere ziektes kunnen gebruiken. Uiteindelijk zal de scanner ook lokaal worden geproduceerd. De meeste ziektes zijn niet eens zo moeilijk op te sporen, maar je moet wel over goede apparatuur beschikken.”

Het team


/* */