Tumoren beter en sneller diagnosticeren met kunstmatige intelligentie. Radboudumc-onderzoekers Jeroen van der Laak, Francesco Ciompi en Geert Litjens ontwikkelen AI-modellen die precies dat doen. Ze ontvangen voor hun onderzoek de Ammodo Science Award. Met het geldbedrag van 1,6 miljoen euro willen ze de eerste virtuele patholoog ter wereld ontwikkelen.

Artsen helpen om patiënten een betere behandeling te geven is het uiteindelijk doel van Radboudumc-onderzoekers Jeroen van der Laak, Francesco Ciompi en Geert Litjens, die samen de Computational Pathology Group vormen. Het drietal ontwikkelt modellen op basis van kunstmatige intelligentie die pathologen kunnen helpen bij het sneller én nauwkeuriger diagnosticeren van ziektes als kanker. Een welkome ontwikkeling in een zorgsysteem dat door vergrijzing en stijgende kosten enorm onder druk staat.

Toch is het aanvankelijke antwoord van onderzoeker Van der Laak bescheiden, wanneer hem in zijn werkkamer in het academische ziekenhuis gevraagd wordt of de door zijn team ontwikkelde AI-modellen uiteindelijk écht een betere behandeling gaat opleveren: ‘Wij zijn wetenschappers en dus heel voorzichtig. Het is nogal een grote claim, maar ja, dat is zeker ons doel.’

Wel of geen kanker

De Computational Pathology Group ontwikkelt softwaremodellen op basis van kunstmatige intelligentie (of artificial intelligence, AI) die pathologen kunnen helpen bij de diagnostiek van ziekten zoals kanker. Door het trainen van algoritmen met grote digitale datasets, gevuld met beeldmateriaal van duizenden patiënten die ze vaak wereldwijd verzamelen, ontwerpt de groep AI-modellen. Deze modellen kunnen gedigitaliseerde afbeeldingen van ziek weefsel nauwgezet analyseren en op basis daarvan diagnoses en prognoses stellen.

De groep toonde als een van de eerste ter wereld aan dat AI bij het beoordelen van de ernst van borst- en prostaatkanker, de prestaties van menselijke experts kan evenaren en zelfs overtreffen.

‘De AI-computermodellen die wij bouwen helpen pathologen efficiënter te zijn’, vertelt Van der Laak. ‘Een patholoog beoordeelt aan de hand van beelden of er sprake is van kanker en analyseert de specifieke kankerkenmerken die er te zien zijn. Omdat het algoritme snel helpt te onderscheiden wat relevant is, kan de patholoog meer casussen beoordelen in dezelfde tijd.’

‘Het kan gebeuren dat de ene patholoog wel tot de conclusie ‘prostaatkanker’ komt en de ander niet’

Een tweede voordeel van het gebruik van AI in de pathologenpraktijk is consistentie. ‘Als je vijf pathologen vraagt ​​om naar hetzelfde beeld te kijken, krijg je meestal niet vijf dezelfde antwoorden’, legt Van der Laak uit. Ervaring, voorkennis, maar ook hoe uitgerust iemand is op die specifieke werkdag, het zijn allemaal factoren die de beoordeling beïnvloeden. Van der Laak: ‘En dus kan het gebeuren dat de ene patholoog wel tot de conclusie ‘prostaatkanker’ komt en de ander niet. Wat uiteindelijk kan resulteren in het al dan niet verwijderen van iemands prostaat.’

Het zijn uitzonderlijke gevallen, benadrukt de onderzoeker, maar het komt voor in de praktijk. ‘De patholoog moet bovendien beoordelen wat de gradatie van de eventuele kanker is: van mild tot zeer agressief. Hierin lopen de conclusies van de verschillende pathologen nog veel vaker uiteen.’ En ook daar kan de consequentie zijn dat iemand een zware behandeling krijgt die achteraf niet nodig was, of dat er juist niet snel genoeg met zwaardere middelen wordt ingegrepen.

Virtuele patholoog

Op het moment dat een AI-model meekijkt blijkt de uitkomst veel consistenter. ‘Zo’n model zal op basis van dezelfde informatie telkens tot dezelfde conclusie komen. Een computer heeft nooit slechte zin of weinig energie’, aldus Van der Laak.

Met de 1,6 miljoen euro die vrijkomt door de Ammodo Science Award willen de onderzoekers een van de eerste ‘virtuele pathologen’ ter wereld ontwikkelen, ANTONI. Vernoemd naar Antoni van Leeuwenhoek, de Nederlandse microbioloog die de eerste microscopen ontwierp.

Deze virtuele patholoog zal uiteindelijk zelfstandig klinische diagnoses kunnen stellen voor verschillende soorten weefsel, waaronder darmkanker, prostaatkanker en borstkanker. Wat ANTONI bovendien bijzonder maakt, is dat medisch specialisten kunnen vragen naar de redenering achter de resultaten om zo hun diagnoses te onderbouwen.

‘Kunstmatige intelligentie maakt nog steeds fouten’

Ciompi verwacht echter niet dat ANTONI in de toekomst blindelings geautomatiseerde diagnoses gaat stellen. ‘Kunstmatige intelligentie kan informatie in afbeeldingen vinden die ons visuele systeem niet kan vinden, maar maakt nog steeds fouten’, aldus Ciompi.

‘De patholoog houdt de touwtjes daarom in handen. ANTONI assisteert en doet suggesties. Zo’n tool kan een grote steun zijn voor artsen, maar er vindt altijd een laatste controle plaats door de patholoog. Ook op het gebied van aansprakelijkheid is dat belangrijk.’

Een ander gevaar van het veelvuldig gebruiken van een AI-hulpmiddel is dat pathologen hun eigen beoordelingsvermogen en vaardigheden minder goed ontwikkelen of (deels) verliezen. Van der Laak: ‘Je kan dat vergelijken met onze vaardigheden om de weg te vinden in een onbekende stad. Sinds de introductie van Google Maps, zijn velen van ons daarin achteruit gegaan. We denken er nog over na hoe we dit risico kunnen voorkomen of inperken.’

In de medische praktijk

Hoewel het al jarenlang rondzingt dat AI de medische praktijk ingrijpend gaat veranderen wordt het nu nog maar mondjesmaat ingezet. Daar zijn volgens Ciompi verschillende redenen voor: ‘Het kost veel geld om dit soort mogelijkheden in onze gezondheidszorg te integreren en we hebben eigenlijk nog geen idee wie daarvoor gaat betalen. Ook weten veel mensen niet hoe ze het moeten gebruiken of ze zijn angstig om het te gebruiken, daar valt nog veel te winnen.’

Waar ook veel te winnen valt, is in minder welvarende landen. Veel van wat de Nijmeegse onderzoekers ontwikkelen heeft daar op de lange termijn wellicht grotere gevolgen dan in eigen land. ‘Bij ons is het niveau van de diagnostiek al erg hoog. In India, China of Afrika hebben ze echter veel te weinig pathologen. Daar kan het voorkomen dat er bijvoorbeeld een borst wordt verwijderd, terwijl geen enkele patholoog bevestigd heeft dat het kanker is. Alles wat je daar met AI kunt doen is enorme winst.’

‘Wat ik erg leuk vind, is dat deze prijs juist die groepswetenschap waardeert’

Hoewel de ontvangers van de Ammodo Awards vandaag bekend werden gemaakt, wisten Van der Laak, Litjens en Ciompi al een paar maanden dat ze tot de gelukkigen behoorden. Het geldbedrag is pas in juni beschikbaar, maar de onderzoekers zitten tot die tijd niet stil. Ciompi: ‘We hebben multidisciplinaire expertise nodig om aan dit onderwerp te werken en gaan dus op zoek naar onderzoekers en ingenieurs.’

Voor nu zijn de drie vooral erg verguld met het feit dat de award niet naar een enkele sterwetenschapper gaat, zoals vaak gebruikelijk is, maar naar group effort. Van der Laak: ‘We hebben een onderzoeksgroep van ongeveer 35 mensen die we met zijn drieën leiden. Wat ik erg leuk vind, is dat deze prijs juist die groepswetenschap waardeert.’

Voor collega Ciompi is het bovendien bijzonder dat het om een onderscheiding op het gebied van life sciences gaat: ‘Wij hebben alle drie een technische achtergrond, ik denk dat deze award een mooie erkenning is van de impact die ons werk heeft op medisch gebied.’