Jos Spaan 1986…heden

Symposium

Het medisch-fysisch en medisch-technologisch onderzoek
13.30 - 15.30 uur
Dagvoorzitter Prof. dr. ir. Jos A.E. Jos Spaan, afdelingshoofd Medische Fysica

Voordrachten

Analyse en voorspelling van de beweeglijkheid van het polsgewricht
Dr. ir. Geert J. Streekstra, Afd. Med. Fysica

De Afdeling Medische Fysica en de Fysische Radiotherapie-groep van het Nederlands Kanker Instituut Prof. dr. Marcel B. van Herk, Afd. Med. Fysica

Van pompen en buizen tot hart en vaten: Medische Fysica als partner in de beoordeling van coronair vaatlijden Dr. Maria Siebes, Afd. Med. Fysica

Structuur en functie van kleine bloedvaten: de rol van vaatwandmechanica
Prof. dr. Ed van Bavel, Afd. Med. Fysica

Vaatwandbescherming ter voorkoming van vaatziekten
Dr. Hans Vink, Afd. Med. Fysica

Enige historie van het Laboratorium voor Medische Fysica
Prof. dr. ir. Kees A. Grimbergen, Afd. Med. Fysica

Fysiologische beoordeling van kransslagaderlijden
Prof. dr. Jan J. Piek, Afd. Cardiologie

Enkel, Orthopedie & Medische Fysica
Prof. dr. C.N. van Dijk, Afd. Orthopedie

Toespraken

Mw. prof. dr. L.J. Gunning-Schepers, Voorzitter Raad van Bestuur AMC

Prof. dr. D.J. Gouma, Voorzitter Divisie CHOPIN

Prof. dr. prof. dr. K.J.F. Gaemers, Decaan Faculteit der Natuurwetenschappen Wiskunde en Informatica (FNWI)

Prof. dr. O. Estévez Uscanga, emeritus hoogleraar Medische Informatiekunde

Prof. dr. J. Strackee, emeritus hoogleraar Verwerking van Medisch-Biologische Informatie

Mw. M. van der Tweel

Dagvoorzitter: Epiloog en sluiting

Analyse en voorspelling van de beweeglijkheid van het polsgewricht
Geert Streekstra

Uit eigen ervaring weten we dat een goed functioneren van het polsgewricht essentieel is bij het uitvoeren van manuele taken. Late ontdekking van problemen in de pols resulteert vaak in onherstelbare schade aan het gewricht.

Een analyse van dynamische bewegingpatronen in het polsgewricht in combinatie met behandelingsplannen gebaseerd op biomechanische principes van het polsgewricht kan de kwaliteit van de diagnose bij polsproblemen verbeteren en leiden tot betere beslissingen met betrekking tot de behandeling.

Ten behoeve van de detectie van bewegingspatronen in het polsgewricht hebben we een methode ontwikkeld waarbij de rotatie van een 3Dröntgensysteem wordt gesynchroniseerd met een opgelegde 3D periodieke beweging van de carpale botten. De resultaten van segmentatieprocedures en de gedetecteerde bewegingspatronen vormen het uitgangspunt voor een patiëntspecifiek model van het polsgewricht dat zal worden gebruikt om de diagnose te ondersteunen maar ook voor het voorspellen van de uitkomst van chirurgische procedures.

De Afdeling Medische Fysica en de Fysische Radiotherapie-groep
van het Nederlands Kanker Instituut
Marcel van Herk

Radiotherapie met een nauwgezette balans tussen doden van de tumor met hoogenergetische (fotonen)straling en zo min mogelijk schade aan de omringende gezonde weefsels, luidde grootschalig computergebruik in. Rond 1975 begon een groepje jonge fysici van het NKI/AVL met hun promotor

Prof. Jan Strackee op het computercentrum 'SARA' van VU en UVA te werken aan rekenmodellen van de bestraling van tumoren en doses voor elektronenbundels. Later kwam daar de bewerking van de beelden van de Elektronische Röntgencamera’s (zie figuur) bij.

Computers werden snel beter, en in enkele seconden konden we Röntgenfoto’s bewerken en vergelijken, wat ook van belang was voor het AMC. Door mijn dubbele aanstelling vindt kennis van het NKI/AVL op gebied van beeldregistratie en visualisatie nu makkelijk zijn weg naar diverse AMCprojecten, zoals het cryomicrotoom-, hersenschade- en pathologieonderzoek. Anderzijds vinden AMC technieken nu ook toepassing in het NKI/AVL.

Prototype uit 1984 van elektronische röntgencamera metvloeistofgevulde ionisatiekamers met een hoofdfantoom.

Van pompen en buizen tot hart en vaten:
Medische Fysica als partnerin de beoordeling van coronair vaatlijden
Maria Siebes

De vloeistofmechanica van arteriële stenoses is al jaren het onderwerp van onderzoek door ingenieurs geweest, inclusief uitgebreide modellering, in vitro studies, en in vivo validatie van coronaire bloedstroom. De klinische implementatie is echter gecompliceerd door meerdere factoren: toegang tot menselijke data en interventies zijn gelimiteerd door technologische beperkingen en patiëntenveiligheid; zieke vaten reageren op acute en langdurige invloeden van hemodynamische condities en farmacologische prikkels; en interactie van controlemechanismen kan de gemeten variabelen en de interpretatie van de data direct beïnvloeden. De ultieme uitdaging is de combinatie van kennis van fysische effecten met kennis over coronaire pathofysiologie van coronair vaatlijden. Ons werk is op het interessante grensvlak van fundamenteel en klinisch onderzoek en past een ingenieurmatige benadering en modelvorming toe op klinische gegevens. Recente technologische vooruitgang heeft onze mogelijkheden voor onderzoek in het catheterisatie lab fors uitgebreid. Nieuwe gereedschappen en instrumenten uitgerust met miniatuur sensoren kunnen in de zieke coronairarterie worden ingebracht voor het verkrijgen van hemodynamische, morfologische, en biologische informatie. Deze kan dan met modellen geïntegreerd worden. De acceptatie van een nieuwe methode voor diagnose en therapie van coronair vaatlijden in het catheterisatielab hangt vaak af van het inzicht van cardiologen omtrent coronaire hemodynamica en relevante fysiologische modellen. Uiteindelijk moeten deze methoden niet alleen aantoonbaar klinisch effectief zijn, maar ook economisch verantwoord. Multidisciplinair teamwork, ook met de industrie is daarom essentieel om van lab-onderzoek tot klinisch toepasbaarheid te komen.

Coronair OCT beeld

Computermodel

Structuur en functie van kleine bloedvaten: de rol van vaatwandmechanica
Ed van Bavel

De kleinere slagaders regelen de doorbloeding van de diverse organen. Dat gebeurt op de korte termijn door vaatvernauwing of verwijding, en op de lange termijn door structurele aanpassingen. Locale krachten blijken daarbij een rol te spelen: Een verhoging van de bloeddruk, en daardoor van de krachten in de wand, activeert vasoconstrictie. Anderzijds leidt een hogere doorstroming via de afschuifspanning op het endotheel tot vasodilatatie. Deze processen zijn relevant voor cardiovasculaire pathologieën. Zo leidt hypertensie tot vernauwing van de bloedvaten (en vice versa!), terwijl ook een verstoorde endotheelcel functie, zoals voorkomt in diabetes, resulteert in te nauwe bloedvaten en beperking van de bloedtoevoer. Wij proberen de werkingsmechanismen van deze mechano-sensitiviteit te ontrafelen met behulp van een combinatie van fysische, functionele en moleculair biologische benaderingen.

Opstelling voor functionele metingen aan kleine bloed-vaten.

Microscopische opname van een klein bloedvat waarin druk en doorstroming worden opgelegd via twee canules.

Vaatwandbescherming ter voorkoming van vaatziekten
Hans Vink

Slechts de helft van de hart- en vaatziekten kunnen worden verklaard door de bekende risicofactoren, zoals hypertensie, diabetes mellitus, hoog cholesterol gehalte, roken, te weinig beweging en overgewicht. Bovendien kan maar bij een kwart van de patiënten met hart- en vaatziekten door medicamenten voorkomen worden dat zij bijvoorbeeld artheriosclerose krijgen. Er is dus nog steeds veel onduidelijk over het voorkomen en het behandelen van hart-en vaatziekten. De glycocalyx, een gelachtige laag tussen het stromende bloed en de vaatwand, lijkt een belangrijke rol te spelen. Maar wat is dit precies en hoe werkt het?

Links een doorsnede van een vat en rechts een uitvergroting van de wand met de sliert-achtige matrix van de glycoalyx.

Enige historie van het Laboratorium voor Medische Fysica
Kees Grimbergen

Het Laboratorium voor Medische Fysica is begonnen als een persoonlijk initiatief van Henk van der Tweel, die net voor 1 januari 1950 werd aangesteld als conservator Medische Fysica. De eerste jaren werkte Henk van der Tweel alleen, zij het gesteund door zijn collega’s van het Fysica Lab van de UvA (directeur prof. J. Clay), dr. H. den Hartog en dr. F.A. Muller. Na een paar jaar, inmiddels was Jan Strackee eind 1952 als eerste staflid toegetreden, rond 1954, schreef Henk van der Tweel twee nota’s met een plan om tot een Laboratorium voor Medische Fysica te komen binnen de Medische Faculteit. Deze plannen waren grotendeels gebaseerd op het advieswerk van de eerste jaren, dat tot de ontwikkeling van meerdere apparaten aanleiding gaf. De ontwikkeling van apparatuur leidde op den duur vaak ook tot wetenschappelijke samenwerking. Op basis van de eerste jaren van Henk van der Tweel en daarna de inbreng van Jan Strackee kunnen een aantal karakteristieke onderwerpen en samenwerking worden aangewezen, waarvan de meeste nog steeds of langere tijd een rol hebben gespeeld. Via Henk van der Tweel: Cardiologie, Oogheelkunde, Instrumentatie, adviseringswerk en het Medisch Natuurkundig Practicum. Via Jan Strackee: Signaalanalyse, Medische Informatica, computer ondersteund onderwijs, statistische advisering, beeldbewerking en Medische Informatiekunde. Voegen wij daar, na de komst van Jos Spaan in 1988 aan toe: Coronaire circulatie, geïsoleerde bloedvaten, regeling van de doorstroming en klinische samenwerking, dan hebben wij een goed overzicht van elementen van 50 jaar Medische Fysica.

F.A. Muller als promovendus 23 mei 1951 en dr. H. Den Hartog

Promotie Henk van der Tweel 11 juli 1956

Fysiologische beoordeling van kransslagaderlijden
Jan Piek

Coronair-angiografie vormt nog altijd de gouden standaard in de dagelijkse cardiologische praktijk voor beoordeling van de ernst van coronaire stenoses. Met de introductie van voerdraden, voorzien van een druk- of een dopplersensor aan de tip, werd het mogelijk om de fysiologische ernst van een coronaire vernauwing te bepalen. De beperkingen van coronairangiografie voor beoordeling van de ernst van coronaire stenoses werd snel duidelijk. Met name intermediaire stenoses (40-70% diameter stenose) zijn matig te beoordelen met behulp van coronair-angiografie, terwijl dit juist de vernauwingen zijn waarbij klinisch gezien de meeste twijfel bestaat omtrent indicatie tot behandeling. Intracoronaire fysiologische metingen zijn niet alleen van belang voor verbetering van de diagnostiek van coronairlijden, maar uit klinische studies in het kader van percutane coronaire interventies is eveneens aangetoond dat deze metingen prognostische betekenis hebben. Met de introductie van de gecombineerde voerdraden, waarmee simultaan druk- en stroomsnelheid kunnen worden gemeten, is het mogelijk om metingen bij patiënten te doen, die tot dan toe alleen mogelijk waren bij dierproeven. De interpretatie van deze gecombineerde metingen is complex en alleen goed mogelijk met gebruikmaking van fysiologische modellen van het regulatiemechanisme van de coronaire circulatie, gebaseerd op experimenteel onderzoek van enkele tientallen jaren geleden. Deze modelvorming dient dan ook niet te worden beschouwd als archaïsch onderzoek, maar wint juist aan betekenis in deze tijd van snelle technologische ontwikkelingen. In dit opzicht ziet de toekomst van de Medische Fysica er anno 2005 rooskleurig uit m.b.t. de ondersteuning van het onderzoek bij de diagnostiek en behandeling van patiënten met kransslagaderlijden.

Enkel, Orthopedie & Medische Fysica
Niek van Dijk

Zo op het eerste gezicht is er geen directe relatie tussen vakken orthopedie en medische fysica. Alhoewel biomechanica één van de basisvakken is van de orthopedie heeft een orthopedisch chirurg beperkte affiniteit met medische fysica. Immers, biomechanica is van ouds ontwikkeld vanuit de mechanica, een vak dat deel uit maakt van de werktuigbouwkunde. Strikt genomen zou biomechanica onder de natuurkunde moeten vallen, maar een orthopedisch chirurg voelt zich meer werktuigbouwkundige dan fysicus. In het AMC is de relatie tussen de afdelingen Orthopedie en Medische Fysica begonnen met de start van het enkelonderzoek door P.H. Wiersma, die onder leiding van Prof. P.J. Klopper, hoogleraar experimentele chirurgie en samen met de Afd. Medisch Technische Ontwikkeling, een methode ontwikkelde om de dynamiek van enkelverzwikking te onderzoeken. Dit was voor de Afd. Orthopedie de aanleiding tot het ontwikkelen van enkeltesters waarmee de functie van de enkelbanden klinisch onderzocht kan worden. Dit heeft geresulteerd in een proefschrift en enkele artikelen van G.M.J.J. Kerkhoffs. De samenwerking tussen Medische Fysica en Orthopedie heeft zich inmiddels uitgebreid naar de in-vivo kinematica van het enkelgewricht (figuur) en het project rond de diagnostiek van ligamentletsels in de pols en modelvorming van de biomechanica pols, in samenwerking met Radiologie en Plastische- Reconstructieve- en Hand Chirurgie. Daarmee is een stukje biomechanica door Orthopedie bij Medische Fysica naar binnen geschoven.

De talus (top) en calcaneus (onder) bevatten het subtalaire gewricht. De botten gereconstrueerd van CT-scans met de intacte, levende voet in inversie (links) en eversie (rechts). Met 3D CT-reconstructie kan de in-vivo 'range-of-motion' van het gewricht berekend worden.