Vetenskap & Hälsa

Cancerdiagnos med magnetkamera blir säkrare med maskininlärning

2019-03-15

Det tar tid att ställa diagnos vid cancer i hjärnan och idag görs det ofta med hjälp av biopsi, det vill säga vävnadsprov från hjärnan. Men provtagning från hjärnan är alltid förenad med en viss risk. En ny experimentell metod med maskininlärning och spektroskopi har visat sig kunna skilja på tumörer som är mindre aggressiva från de mest aggressiva i ett tidigt stadium – utan att behöva ta en biopsi.

Faris Durmo är doktorand inom klinisk medicin samt diagnostisk radiologi vid Lunds universitet. Här berättar han själv om sin forskning.

Drygt 1200 människor drabbas årligen av en hjärntumör och mer än hälften av dessa råkar ut för en aggressiv variant. Det ställer höga krav på sjukhusen, krav på att tidigt identifiera och skilja ut de mest aggressiva tumörerna för att initiera tidig behandling. Hjärntumörer diagnostiseras idag med hjälp av avancerad bilddiagnostik så som magnetkameraundersökning. Vi använder också biopsier, genetisk analys samt histologi eller mikroskopering av tunna snitt av provtagen vävnad för att säkerställa diagnos.

Illustration av patient med hjärntumör som undergått magnetresonansspektroskopi. Bild: Faris Durmo, Diagnostisk radiologi, Lunds universitet.

Biopsier av hjärnan är idag en krånglig och kostsam process som inte alltid är säker, varken ur diagnostisk aspekt eller patientsäkerhet. Biopsier går till som så att en magnetkameraavbildning av hjärnan utförs för att man skall få koordinater, punkter för orientering i hjärnan som vägleder neurokirurgen. I en operationssal, skär neurokirurgen ett snitt i skalpen, borrar ett hål i kraniet och för sedan in en tunn metallstav till det djup tumören befinner sig på. Änden på staven används för provtagning/biopsi, men det kan hända att neurokirurgen missar att få med tumörvävnad varpå denna process måste upprepas. Fördelen med biopsier är att mikroskopering och genetisk analys nästan alltid ger ett korrekt svar på vilken typ av tumör det rör sig om samt hur pass aggressiv den kan tänkas vara

Vad tillför upptäckten?

Vi har kunnat utnyttja kännedom om tumörernas unika ämnesomsättning i ett tidigt skede av sjukdomen via en magnetkamerateknik som kallas spektroskopi. Metabola* nedbrytningsprodukter i hjärnan och deras inbördes fördelning i vävnader har visat sig vara nyckeln. Förenklat kan man säga att kolin, kreatin (se faktaruta för förklaring) samt lipider (fetter) ökar generellt mer hos de mest aggressiva tumörerna i hjärnan, medan inositol har visat sig minska. Utarbetandet av en ny modell och algoritm för maskininlärning har nu visat sig kunna framgångsrikt skilja mellan olika aggressiva hjärntumörer före biopsi av hjärnvävnad och operation. Algoritmen har kunnat prickat rätt på alla de olika tumörerna baserat på koncentrationen av de olika kolhydraterna, fetterna och proteinerna. (*metabilism = ämnesomsättning)

Vad innebär detta för patienter?

Med hjälp av algoritmen kan man minska tiden till diagnos, fördela resurserna och prioritera om på ett mer effektivt sätt då operation och behandling kan sättas in i ett tidigare skede för alla tre tumörtyper (se faktaruta nedan). Man skulle också på sikt kunna reducera behovet för biopsi av hjärntumörer. Förhoppningsvis kan denna upptäckt på sikt öka överlevnad och livskvalitet hos patienter.

Vad händer i framtiden?

Nu har vi visat att detta koncept fungerar på ett 30-tal människor som behandlats vid Skånes universitetssjukhus. Nästa steg är att visa att denna algoritm är gångbar dels på en större grupp patienter men också vid ett annat sjukhus än Skånes universitetssjukhus. Detta är ett måste innan man börjar fundera på att använda en experimentell metod i kliniken.

Med fortare och mer träffsäker diagnostik kan vi i framtiden kanske sätta in behandling i ett tidigare skede och reducera beroendet av invasiva metoder som biopsi för att ställa slutgiltig tumördiagnos.

Vetenskaplig artikel: Faris Durmo et al. Multivoxel 1H-MR Spectroscopy Biometrics for Preoprerative Differentiation Between Brain Tumors.


 

istock.com/Satenik_Guzhanina

Magnetresonansspektroskopi

Avbildningsteknik som visar hjärnans metabola aktivitet. Olika metaboliters koncentrationer minskar eller ökar baserat på olika cellulära processer. Inositol, kolin, kreatin, n-acetyl aspartat samt laktat är vanliga metaboliter som man mäter och utnyttjar i diagnostiskt syfte. Höggradiga gliom ökar kraftigt i kolin och minskar kraftigt i n-acetyl aspartat samt inositol. Låggradiga gliom minskar i inositol och n-acetyl aspartat men inte lika stor utsträckning som höggradiga gliom. Metastaser har ofta ingen ökning i kreatin.

Tumörer i hjärnan kan klassificeras i fyra olika grader. WHO, Världshälsoorganisationen, klassificerar gliom av grad 1 samt 2 som låggradiga gliom, varpå grad 3 och 4 som höggradiga gliom. Hjärnmetastaser är tumörer som börjat växa i ett annat organsystem än hjärnan och spridit sig till hjärnan.

Gliom av låg grad
WHO grad 1
Exempelvis meningiom

WHO grad 2
Exempelvis atypiska meningiom

Gliom av hög grad
WHO grad 3
Exempelvis anaplastiska astrocytom
WHO grad 4
Exempelvis glioblastom

Metastaser
Exempelvis adenokarcinom från tjocktarm.

Text: FARIS DURMO