Opereren op digitale dubbelgangers

1 april 2013

Wanneer kun je een tumor in de mond of keelholte beter niet operatief verwijderen omdat de patiënt dan niet meer kan kauwen, slikken of spreken? Artsen verschillen hierover van mening. Er wordt gewerkt aan een techniek waarmee iedere patiënt een virtuele tegenhanger krijgt, waarop de chirurg kan ‘opereren’. Daarmee worden de gevolgen zichtbaar, zodat ook de patiënt kan meebeslissen over de behandeling.

‘Dit is de tong van Anne Marijn’, zegt Maarten van Alphen, promovendus Technische Geneeskunde. Op zijn computerscherm staat een rood, enigszins tongvormig voorwerp parmantig te bewegen. Het is een uit blokjes opgebouwde driedimensionale reconstructie van de tong van Anne Marijn Kreeft, die promoveert op onderzoek naar functionele inoperabiliteit bij patiënten met kanker in het hoofd-halsgebied.
Tumoren in dat gebied, zeg maar tussen de schedelbasis en de sleutelbeenderen, zijn vaak lastig chirurgisch te verwijderen. En soms kan het gewoon helemaal niet. Voor die inoperabiliteit bestaan twee soorten redenen: een anatomische of een functionele. Bij anatomische inoperabiliteit kan de tumor niet worden verwijderd zonder voor het leven onmisbare structuren te beschadigen. Bij functionele inoperabiliteit verliest de patiënt door de operatie belangrijke lichaamsfuncties, in dit geval op het gebied van slikken, kauwen en spreken. Het belang van deze activiteiten voor de kwaliteit van leven moet niet onderschat worden. Bij praten ligt dat voor de hand, maar vooral slikproblemen hebben een enorme impact, want een mens slikt tussen de 800 en 2400 keer per dag. En wie niet zonder moeite kan eten en drinken is niet alleen gehandicapt in een lichamelijke basisbehoefte, maar ondervindt daar ook sociaal grote hinder van.
Als de chirurg – in overleg met het multidisciplinaire behandelteam – vermoedt dat de gevolgen van een operatie tot teveel verlies in functie zullen leiden, adviseert hij de patiënt om niet voor opereren te kiezen, maar voor de combinatie van chemotherapie en bestraling. Ook al leidt dat tot vervelende bijwerkingen, zoals een stijvere tong en een droge mond.

Nauwelijks consensus
Kreeft onderzocht hoe goed onderbouwd dat advies aan de patiënt eigenlijk is. Ze presenteerde via een internet-enquête een aantal mogelijke operaties en medische casussen aan 67 Nederlandse en 179 internationale deskundigen met de vraag: is het resultaat na de operatie van deze tumor in de mond- of keelholte functioneel acceptabel?
Wat bleek: er was internationaal nauwelijks consensus over welke operaties je niet moet doen omdat ze teveel functionele schade veroorzaken, hoewel ze technisch wel mogelijk zijn. Bij de Nederlanders onderling was vaker overeenstemming. Zo beschouwde vrijwel iedereen een operatie waarbij de gehele tong wordt verwijderd als functioneel inoperabel. Maar ook de Nederlanders verschilden in enkele gevallen wel van mening.
‘Dat betekent dat het advies aan de patiënt van dokter tot dokter verschilt en dat is behoorlijk onbevredigend’, vond Kreefts promotor professor Fons Balm. Balm is hoofd-halschirurg in het NKI/AVL en bijzonder hoogleraar Hoofd-halsoncologie en -chirurgie aan de UvA.
Vanuit dit probleem is Balm een project gestart dat het veel beter mogelijk moet maken om lichamelijke effecten van zulke gecompliceerde operaties te voorspellen. Het doel is om uiteindelijk voor elke patiënt een levensechte, bewegende, individuele driedimensionale computersimulatie te maken van zijn mond- en keelholte. Een simulatie waarin spieren, botten en zenuwen exact op dezelfde plaats zitten en net zo functioneren als in werkelijkheid. Door in dit model digitaal te gaan opereren, kun je zien hoe goed of hoe beperkt de patiënt na het wegsnijden van de tumor nog kan slikken, spreken en kauwen. Sterker nog: het model zal zelfs laten horen hoe de patiënt na de operatie klinkt als hij spreekt, dankzij een synthetische spraakmodule die geluid produceert op basis van de vorm van de mond-keelholte en het strottenhoofd. En op den duur moeten ook de gevolgen van chemokuur en bestraling ermee zichtbaar gemaakt kunnen worden. Kreeft: ‘Nu is er een klinisch dilemma en een enorme diversiteit aan meningen van artsen. We hopen dat de computer straks exacter is.’

Gollum
Het begon allemaal met een ingeving op de fiets. Al trappend vroeg Balm zich af of de technieken die ze in de film- en gamingindustrie gebruiken om levensecht bewegende personages te construeren, niet ook toegepast konden worden op het niveau van organen.
Hij betrok de Universiteit Twente erbij en dat leidde tot het maken van video-opnames van de tong van Anne Marijn, die dankzij aangebrachte gekleurde markertjes en een knap computeralgoritme een digitale dubbelganger kreeg. Ongeveer zoals acteur Andy Serkis in een pak vol strategisch geplaatste infraroodlampjes via de motion capture techniek gemorphd werd tot Gollum, de gedegenereerde hobbit uit Lord of the Rings en The Hobbit.
In principe is het mogelijk om de hele mond-kaak-keelholte van een patiënt via verschillende beeldvormende technieken in 3D af te beelden. De tong van de patiënt wordt gefilmd, er worden EMG–opnames van de lipspieren gemaakt en een cine-MRI (een reeks kort na elkaar genomen MRI-opnames) van enkele minuten legt de slikbeweging vast. De computer combineert al die gegevens tot een levensechte, volstrekt natuurgetrouwe digitale kopie van dit gedeelte van de persoon in kwestie. Balm: ‘De volgende stap is die digitale patiënt opereren. Zodat je precies kunt zien welke functionele schade dat veroorzaakt.’
Met een fimpje waarop al die informatie gecombineerd wordt, kunnen patiënten veel objectievere en begrijpelijkere informatie krijgen over het functieverlies dat ze na hun operatie kunnen verwachten. Hoe erg zullen ze slissen bij het spreken of kwijlen bij het eten? Op basis van de ervaringen van hun geoperereerde digitale alter ego kunnen ze, veel beter dan nu mogelijk is, beslissen wat ze wel en niet willen ondergaan. Balm: ‘Dat verschilt per patiënt. Soms zegt iemand met een kleine tongtumor: ik pleeg nog liever zelfmoord dan dat er een stukje van mijn tong afgaat. En een ander laat een heel stuk tong en strottenhoofd weghalen en is supergelukkig met het leven.’
Maar zover is het nog niet. Een werkend model van de tong van Anne Marijn en van de lippen van verschillende proefpersonen, dat is wat er nu al is. De rest van het project bestaat voorlopig alleen nóg een slagje virtueler, namelijk in het brein van de betrokkenen. En als de ontwikkeling in het huidige tempo doorgaat, is het over zes jaar pas af. Dat is Balm niet snel genoeg. ‘We hopen dat we door externe subsidies de gestelde doelen eerder kunnen bereiken.’
En dan ligt er niet alleen een computerprogramma om patiënten met mond- en keelkanker te adviseren, maar een systeem waarmee je uiteindelijk de gevolgen van iedere gecompliceerde operatie zichtbaar kunt maken. Voor artsen met een klinisch dilemma én hun patiënten.

Liesbeth Jongkind