Van deep learning-onderzoek naar klinische impact: TU Delft en HollandPTC bundelen krachten

Wetenschappers onder leiding van dr. Zoltán Perkó en dr. Danny Lathouwers (TU Delft, Radiation Science and Technology) ontwikkelden twee algoritmische oplossingen voor herhaalde dosisberekeningen voor protonentherapie. Met een snelle metamodelleringsbenadering en een deep learning-model kunnen behandelplannen die gebaseerd zijn op vele tientallen, honderden of zelfs duizenden herhaalde dosisberekeningen, sneller worden aangescherpt.

HollandPTC is een zelfstandig poliklinisch centrum voor protonentherapie, wetenschappelijk onderzoek en onderwijs en is in Medical Delta-verband opgericht door Erasmus MC, LUMC en TU Delft. Daarnaast is HollandPTC Medical Delta program on HTA value proposition een van de wetenschappelijke programma’s van Medical Delta.

Nauwkeurige dosisberekening

Protonentherapie kan de gewenste dosering nauwkeuriger op de tumor richten dan traditionele radiotherapie. Gezonde weefsels blijven daardoor beter behouden en de kans op bijwerkingen wordt verminderd. De verhoogde nauwkeurigheid bij het richten van de protonen, maakt ook dat de behandeling gevoeliger is voor onzekerheden. Zo spelen de positionering van de patiënt, het protonbereik of beweging van het orgaan een grotere rol. Het zijn voorbeelden van de onzekerheden waarmee rekening moet worden gehouden bij het maken van een zogeheten protonenplan.

Om nauwkeurig te evalueren hoe de definitieve plannen met al deze onnauwkeurigheden omgaan, zijn vele tientallen, honderden of zelfs duizenden herhaalde dosisberekeningen nodig. Idealiter wordt dagelijks zo'n nauwkeurige kwaliteitsevaluatie uitgevoerd, maar de huidige methodes voor dosisberekening waren tot voor kort te traag. De algoritmen die dr. Zoltán Perkó en dr. Danny Lathouwers ontwikkelden, kunnen daar mogelijk verandering in brengen.

Klinische implementatie

De resultaten van een grondige verificatie en tests van de twee overeenkomstige open-sourced softwarepakketten, zijn inmiddels gepubliceerd in peer-reviewed literatuur. De bevindingen tonen aan dat er veel potentie is om de evaluatie van de robuustheid en uiteindelijk ook de kwaliteit van het behandelplan te verbeteren.

Om die potentie om te zetten in reële impact, moeten deze algoritmen klinisch geïmplementeerd en geïntegreerd worden met bestaande systemen. Hiermee kunnen verdere tests worden uitgevoerd die nodig zijn voor daadwerkelijk klinisch gebruik. Om deze stap te zetten gaat het Digital Competence Centre van de TU Delft (DCC) samenwerken met HollandPTC en de afdeling RST in een samenwerkingsproject van een jaar. Het project wil een betrouwbare, gestroomlijnde en geautomatiseerde oplossing voor snelle dosisberekening in een klinische omgeving opleveren, die aan de klinische eisen voldoet en medische professionals in staat stelt verder onderzoek te doen en de robuustheid beter te evalueren.

Betere resultaten voor patiënten

Tegen het einde van de eenjarige samenwerking wordt verwacht dat er twee goed gedocumenteerde, geteste en veelzijdige softwarepakketten zijn die naadloos kunnen worden gekoppeld aan de huidige klinische behandelingsplanningssystemen om zo de dosisberekeningstijden drastisch te versnellen. Door vast te houden aan open-source software principes, zal het project niet alleen ten goede komen aan HollandPTC, maar ook andere protonenklinieken, waardoor de uiteindelijke codes direct kunnen worden gebruikt voor onderzoek en als consultatieve klinische hulpmiddelen. Dit zou nauwkeurigere robuustheidevaluaties kunnen opleveren, wat de huidige overconservativiteit van klinische protonbehandelingen kan verminderen en uiteindelijk tot betere patiëntresultaten kan leiden.

Lees hier meer.