U bent hier: Home / Campuskrant / 2017-2018 / Campuskrant 2017-2018, nr. 4 / Wat je netvlies kan vertellen over je gezondheid

Wat je netvlies kan vertellen over je gezondheid

31-01-2018

“Het menselijk oog is een venster op het hart en de hersenen”, zegt doctoraatsstudent Ruben Hemelings. “Als de bloedvaatjes in je netvlies veranderen, kan dat wijzen op een oogziekte, maar ook op diabetes, een beroerte of alzheimer. Helaas is de analyse van netvliesfoto’s niet zo eenvoudig.” Hemelings werkt aan slimme software die dat werk van artsen overneemt én ook nog bijleert.

“Het menselijk oog is een venster op het hart en de hersenen”, zegt doctoraatsstudent Ruben Hemelings. “Als de bloedvaatjes in je netvlies veranderen, kan dat wijzen op een oogziekte, maar ook op diabetes, een beroerte of alzheimer. Helaas is de analyse van netvliesfoto’s niet zo eenvoudig.” Hemelings werkt aan slimme software die dat werk van artsen overneemt én ook nog bijleert.
© KU Leuven - Rob Stevens

Er valt heel wat af te leiden uit de dikte en het patroon van de bloedvaten in het netvlies. Veranderingen kunnen wijzen op aandoeningen zoals verhoogde bloeddruk, hartinfarct, diabetes en zelfs de ziekte van Alzheimer. Bij een beroerte zijn de slagaders bijvoorbeeld vernauwd. Omdat foto’s van het netvlies makkelijk te maken zijn, worden ze getipt als een instrument om in een vroeg stadium ziektes te detecteren.

Maar dat is voorlopig nog toekomstmuziek. Want de analyse van een netvliesfoto is een tijdrovend werkje dat op dit moment enkel weggelegd is voor specialisten. Daarom is er veel interesse voor de mogelijkheden van deep learning, software die in staat is patronen te herkennen in immense hoeveelheden data en die zelf ook bijleert zolang je nieuwe data aanlevert.

Subtiel verschil

Veelbelovend, vond ook Ruben Hemelings. Na zijn studie handelsingenieur volgde hij een opleiding ‘Artificiële Intelligentie’ en voor zijn masterproef koos hij het onderwerp ‘deep learning in de biomedische sector’, met als promotor professor Matthew Blaschko.

Dat topic was een voorstel van VITO, de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek. “Zij hebben al een softwareprogramma, IFLEXIS, dat bloedvaten en oogzenuwen kan detecteren op netvliesfoto’s”, vertelt Hemelings. “Maar die software herkent nog niet het verschil tussen slagaders en aders. Dat onderscheid is belangrijk om een ziekte vast te stellen: je vergelijkt de dikte van de slagaders met de dikte van de aders en je bekijkt of die verhouding afwijkt van wat men bij gezonde mensen meet. Bij de allerkleinste bloedvaten is het verschil tussen aders en slagaders te subtiel voor de menselijke waarneming. De vraag was dus om deep learning-software te schrijven die niet alleen bloedvaten kan herkennen, maar ze ook kan indelen.”

Bij deep learning leert de machine zelf: “Bij de vorige generatie software moest je nog aangeven op welke kenmerken de computer moest selecteren. Bijvoorbeeld: om bloedvaten te detecteren in netvliesbeelden geef je de computer mee wat de kleur van een bloedvat is. Bij deep learning levert de programmeur enkel trainingsbeelden aan: in dit geval foto’s van het netvlies waarop een gespecialiseerde oogarts heeft aangeduid waar de aders en slagaders lopen. De software leert zelf welke kenmerken nuttig zijn om te selecteren. Dat zijn ook zaken die mensen niet zien, zoals wiskundige verhoudingen.”

© KU Leuven - Rob Stevens

Kantelen en spiegelen

Een belangrijk deel van het werk voor Hemelings was dan ook een databank van netvliesbeelden samenstellen: “Online vond ik bruikbare beelden. Maar dat waren er maar twintig, en dat is te weinig. De software kan die beelden uit het hoofd leren, maar zou compleet falen bij een ongeziene foto. Vergelijk het met een kind leren vermenigvuldigen: je blijft niet alsmaar ‘twee maal twee is vier’ herhalen. Je moet variëren met oefeningen zodat het kind ook een nieuwe opdracht kan oplossen.”

Het gebrek aan oefenmateriaal loste Hemelings op met data-augmentatie: “Je kan de bestaande foto’s vermeerderen door elke foto te kantelen of te spiegelen, of door er kleinere stukjes uit te snijden. Een mens ziet het verband, maar voor een computer gaat het telkens om een compleet nieuwe foto.” Dat leidde uiteindelijk tot een dataset van ongeveer 80.000 oefenbeelden.

Ruben Hemelings: “De software moet nieuwe oefeningen krijgen om bij te leren. Als je een kind leert vermenigvuldigen, blijf je ook niet alsmaar ‘twee maal twee is vier’ herhalen.”

Maar wat als de software compleet nieuwe beelden te verwerken krijgt? “In 98 procent van de gevallen zit de software juist. Dat komt zeer dicht in de buurt van menselijke experts. Bovendien is dit systeem objectief en snel.” VITO zal de resultaten alvast gebruiken om haar software te verbeteren.

Hemelings mag tevreden terugblikken op zijn masterproef. Hij stond op de shortlist van de Vlaamse Scriptieprijs en van de Agoriaprijs, die innovatief technologisch onderzoek bekroont. En zijn masterproef kreeg nog een ander staartje. “Ondertussen is er een samenwerking opgezet tussen het Laboratorium Oogziekten van UZ Leuven, VITO en het Departement Elektrotechniek (ESAT) van de KU Leuven. Ik werk nu bij professor Ingeborg Stalmans aan een doctoraat over glaucoom”, vervolgt de enthousiaste Hemelings.

Blinde vlek

© KU Leuven - Rob Stevens

Glaucoom is een veel voorkomende oogziekte bij ouderen, waarbij het afvoerkanaal verstopt geraakt en het vocht zich ophoopt in het oog. Dat zorgt voor een hoge druk in de oogbol die de oogzenuw onherstelbaar kan beschadigen en tot blindheid kan leiden. “Het is een ziekte die vaak laat gedetecteerd wordt, omdat eerst het zijdelingse zicht aangetast wordt. Eigenlijk leidt glaucoom tot zones in ons gezichtsveld waar informatie ontbreekt, net zoals de blinde vlek – het deel van het netvlies waar de oogzenuw en de bloedvaten het oog verlaten. Onze hersenen compenseren dat met informatie van zones errond en van het andere oog, zodat je pas laat merkt dat je je zicht verliest. Dat is spijtig, want de ziekte kan wel gestabiliseerd worden zodra ze opgemerkt wordt.”

Ook de diagnose zelf is een uitdaging. “De oogarts test het gezichtsveld en meet de druk in de oogbol. Maar bij veel patiënten is de oogboldruk relatief normaal en kan het glaucoom dus onopgemerkt blijven als men zich beperkt tot een drukmeting. Daarom maken oogartsen ook foto’s van het netvlies om de oogzenuw te bekijken. Daar kan deep learning weer soelaas bieden, zowel om de ziekte vroeg te detecteren als om de evolutie van de ziekte op te volgen. In dit geval kan ik werken met een grote databank netvliesbeelden van het UZ, van zowel glaucoompatiënten als gezonde mensen. Het ultieme doel is software ontwikkelen die het probleem vroeg detecteert, bij de oogarts of de opticien, of tijdens grootschalige screeningscampagnes.”

EOS-prijs voor ‘zenuw­zoeker’

Tijdens de uitreiking van de Vlaamse Scriptieprijs mochten Céline Cuypers en Kobe Bamps (Masters in de industriële wetenschappen: Elektronica-ICT – Universiteit Hasselt & KU Leuven) juichen. Zij kregen de EOS-prijs, waarmee het gelijknamige maandblad de beste scriptie in de ‘harde’ wetenschappen bekroont.

Cuypers en Bamps ontwikkelden een algoritme om op basis van CT-beelden de locatie van de nervus phrenicus met grote precisie te bepalen. Die zenuw speelt een cruciale rol bij onze ademhaling en ligt soms heel dicht langs de longaders. Bij patiënten met voorkamer­fibrillatie, een hartritmestoornis waarbij de hartkamers onregelmatig samentrekken, vormt dat een risico tijdens een operatie: wanneer het weefsel aan de uitgang van de longaders in het hart wordt verschroeid, kan de zenuw geraakt worden en zo beschadigd raken. Het nieuwe algoritme kan in de toekomst mogelijk ingezet worden om de locatie van de zenuw vóór de ingreep zeer precies weer te geven, zodat de arts weet wat de gevaarlijke punten zijn. Lees meer op www.scriptieprijs.be.


Ilse Frederickx

Ingenieur Andy Gijbels wint eerste Vlaamse PhD Cup met presentatie over robotchirurgie

29-09-2016

In Brussel is de allereerste Vlaamse PhD Cup uitgereikt aan Andy Gijbels, doctor in de ingenieurswetenschappen aan de KU Leuven. Andy Gijbels werd bekroond voor zijn presentatie over robottechnologie voor uiterst precieze oogchirurgie.

Meer...

Robots in het operatiekwartier

15-12-2015

Robots zullen de chirurg van vlees en bloed niet snel vervangen, maar als assistenten bewijzen ze steeds meer hun nut: van piepkleine intelligente instrumenten tot virtuele werelden waarin een chirurg kan oefenen. “Als je nu aan je opleiding tot chirurg begint, kan enige ervaring als gamer zeker geen kwaad.”

Meer...

Campuskrant 2017-2018, nr. 4