Stralingsdosis berekenen met behulp van spelcamera’s

Artikel


Doseguard

Ingenieur nucleaire technologie Nick Staut (UHasselt / KU Leuven) berekende de stralingsdosis van patiënten tijdens een chirurgische ingreep, onder meer met behulp van camera’s uit de gamingwereld.

Tijdens bepaalde minimaal invasieve ingrepen, ook wel bekend als sleutelgatoperaties, gebruikt de chirurg röntgenstraling om beter te zien wat hij doet. Vaak gaat het over levensreddende ingrepen, bijvoorbeeld bij ernstige hartproblemen of beroertes. 

Omdat deze operaties zo complex zijn, is het mogelijk dat de stralingsdosis van de patiënt de maximaal aanbevolen dosis overschrijdt. En dat kan leiden tot brandwonden.

Nick Staut: “De stralingsdosis kan je vandaag al op twee manieren bepalen. Ofwel meet je de straling via sensoren op de huid, maar dat is duur en soms zelfs hinderlijk tijdens de operatie. Ofwel bepaal je de stralingsdosis via berekeningen. Maar met de huidige methodes zijn de resultaten vaak grove benaderingen op basis van informatie uit het toestel.”

Waarschuwing

Kinect-gamingcamera’s worden vandaag vooral gebruikt bij een Xbox-spelconsole: via een infraroodcamera registreren deze camera’s al je bewegingen. Ze zijn vooral populair in combinatie met dans- en sportgames.

kinect cameraDoor deze Kinect-camera’s op te stellen in de operatiezaal, slaagde Staut erin om de positie van de patiënt ten opzichte van de röntgenbuis exact te bepalen. Deze informatie combineerde hij met de gegevens uit het toestel zelf, om zo de stralingsdosis veel exacter te bepalen.

“Bij een te hoge dosis krijgt de arts dan automatisch een waarschuwing, waarop hij of zij de positie van de röntgenbuis aanpast. Door telkens een ander deel van de huid te bestralen, daalt de kans op brandwonden.”

Maar niet alleen de buitenkant van de patiënt is van belang. “Via berekeningen kunnen we ook een redelijk nauwkeurige schatting maken van de hoeveelheid straling die de nabijgelegen organen ontvangen. En dat is een belangrijke verbetering voor de jongere patiënten. In tegenstelling tot brandwonden, vertonen de schadelijke effecten op de organen zich pas op lange termijn.”

Door deze Kinect-gamingcamera’s op te stellen in de operatiezaal, slaagde Staut erin om de positie van de patiënt exact te bepalen

Doseguard metingOmdat de arts bijna meteen over de resultaten moet kunnen beschikken, sleutelde Nick Staut voor zijn nieuwe methode ook aan de berekening zelf.

“Berekeningen simuleren het transport van de stralingsdeeltjes in de patiënt. Het nadeel is dat je een grote hoeveelheid deeltjes moet simuleren. Voor complexe problemen kan de rekentijd oplopen tot enkele uren of zelfs dagen.”

Dokters reageren enthousiast op de nieuwe methode

“Tijdens een operatie heb je niet zoveel tijd. Daarom schrapte ik alle overbodige interacties van de deeltjes en negeerde ik deeltjes vanaf ze te diep onder de huid getransporteerd werden. Zo kon ik de rekentijd inkorten tot enkele seconden zonder in te boeten aan nauwkeurigheid.”

Fantoom

Om zijn aangepaste methode te testen, bouwde Nick Staut een prototype met camera’s, software en kleine computertjes. Hij kalibreerde de gamingcamera’s en testte zijn prototype uit op een fantoom, een patiënt uit plastic dat equivalent is aan menselijk weefsel.

Bij een te hoge stralingsdosis krijgt de arts automatisch een waarschuwing

Hij plaatste stralingsgevoelige films op de plastic pop en vergeleek die resultaten met de resultaten van zijn eigen berekeningen: hij kwam uit op een afwijking van maximaal vijf procent. En daarmee scoorde hij beter dan de huidige commerciële methodes. De hele opstelling met de camera’s kostte nochtans amper 2 à 3.000 euro.

Een stap naar achter

Vandaag is Staut aan de slag bij SmART Scientific Solutions, het bedrijf dat hem ook begeleidde bij zijn masterproef. Dat studenten meteen samenwerken met bedrijven, vindt hij een grote meerwaarde. “Uiteraard hoop ik dat dit systeem ooit effectief gebruikt wordt in de praktijk. Door zo'n samenwerking is die stap toch net iets kleiner.”

Opvallend was ook dat de dokters enthousiast reageerden op de nieuwe methode. Maar niet alleen omdat de patiënten hierdoor minder bestraald worden. “De artsen wilden ook weten of dit uitgebreid kon worden naar hun eigen stralingsdosis. Dit kan de artsen en verpleegkundigen helpen hun gedrag gericht aan te passen: een stap naar achter op het juiste moment kan immers al een groot verschil maken. Met de camera’s kunnen we inderdaad hun bewegingen in kaart brengen. Helaas zijn de berekeningen voor de artsen en verpleegkundigen veel complexer en vraagt dit meer onderzoek.” 

Promotoren: prof. Frank Verhaegen en prof. Brigitte Reniers

Lees de scriptie

Nick Staut won met zijn masterproef de Agoriaprijs 2019 ter waarde van 1.500 euro. De Agoriaprijs is een deelprijs van de Vlaamse Scriptieprijs en bekroont sterke technologische scripties. Meer info en deelnemen

 

Share this on: