Simulaties voorspellen botbreuken bij kankerpatiënt
Kankerpatiënten met uitzaaiingen in een bot lopen een verhoogd risico op een botbreuk. Promovenda Florieke Eggermont ontwikkelde bij het Radboudumc een nieuwe manier om de kans op zo’n botbreuk te voorspellen: door middel van simulaties. Dit gaat artsen helpen de juiste beslissing te nemen: preventief opereren of niets doen.
De meeste patiënten met uitzaaiingen in de botten worden niet meer beter. Het is voor hen zaak om de laatste fase van het leven zo waardig mogelijk door te maken, met zo min mogelijk pijn.
Komen er uitzaaiingen voor in bijvoorbeeld het dijbeen, dan veroorzaken die pijn bij de patiënt. Lokale bestraling kan die pijn verminderen, maar een dergelijke uitzaaiing kan ook zoveel bot wegvreten dat dit kwetsbaar wordt en sneller kan breken. ’Ik heb van patiënten gehoord die hun dijbeen braken alleen maar door op te staan uit hun stoel’, vertelt promovenda Florieke van Eggermont van het Radboudumc.
Preventieve operatie
De huidige manier waarmee artsen de ernst van de situatie bepalen, is door een röntgenfoto te maken van het aangetaste bot. Is de aantasting kleiner dan 30 millimeter dan hoeft de arts niet in te grijpen. Is het gat groter dan dat, dan is waarschijnlijk een preventieve operatie nodig om het bot te verstevigen. Dat doet de arts door een pin of implantaat in te brengen.
In de praktijk blijkt dit criterium — is het gat in het bot groter dan 30 millimeter — niet optimaal te werken. Soms treedt een breuk al bij een kleinere aantasting op, en in andere gevallen is het gat groter dan 30 millimeter, maar houdt het bot het prima. Daarom ontwikkelden Eggermont en collega’s in Nijmegen een nieuwe methode, die ze uitgebreid testten voor het dijbeen.
Digitaal en driedimensionaal beeld
Die werkt zo. Op basis van een CT-scan (een reeks platte röntgenscans die samen een driedimensionaal beeld opleveren) van het dijbeen ontstaat een digitaal en driedimensionaal beeld van het bot, inclusief onvolkomenheden en door tumoren veroorzaakte aantastingen.
Om te kunnen rekenen aan het mechanische gedrag van het bot, wordt van de structuur een eindige-elementenmodel gemaakt. Dit is een virtuele versie van het bot, dat is opgedeeld in kleine elementjes, die het voor een computer makkelijker maken om eraan te rekenen.
De bouwstenen krijgen bepaalde materiaalkundige eigenschappen mee, die per element kunnen verschillen (zo is de botdichtheid in dit geval niet overal hetzelfde; die volgt uit de grijswaarden op de CT-scan). Komt er op de constructie een kracht te staan, dan zijn voor de individuele elementen interne spanningen, rekken en verplaatsingen te berekenen.
Verticale kracht
Eggermont liet een computersimulatie lopen waarbij het dijbeen wordt gepositioneerd alsof de patiënt rechtop staat. In deze virtuele wereld wordt nu een verticale kracht uitgeoefend op de dijbeenkop, terwijl de onderkant van het dijbeen is vastgezet. Deze kracht wordt stapje voor stapje verhoogd, net zolang tot het bot in de simulatie breekt.
De kracht waarbij dit gebeurt is belangrijke informatie, want deze faalkracht vertelt iets over het risico dat het werkelijke dijbeen van de patiënt breekt. ‘We corrigeren die faalkracht nog wel voor het lichaamsgewicht van de patiënt. Want dikkere mensen hebben ook sterkere botten’, vertelt Eggermont. Hieruit rolt een score die laat zien hoe groot de kans is op een botbreuk, de zogeheten BOS-score (BOtSterkte-score).
Vijftig dijbenen
Op basis van dergelijke simulaties deed de promovenda een studie naar 45 patiënten die werden behandeld met bestraling om de pijn als gevolg van de uitzaaiingen te bestrijden. Omdat vijf mensen uitzaaiingen hadden in beide benen, leverde dit vijftig verschillende dijbenen op, die Eggermont gedurende zes maanden volgde. De vraag was bij welk dijbeen er een breuk optrad en bij welk niet. En natuurlijk hoe goed dat vooraf te voorspellen was, met de oude (3 centimeter-regel) én met de nieuwe methode (op basis van de simulatie).
Daaruit bleek dat de simulaties een betere voorspellende waarde opleverden dan de oude methode, waarbij alleen de grootte van de uitzaaiing meetelde. Dankzij het simuleren ging de sensitiviteit (hoeveel breuken waren goed voorspeld) omhoog van 86 procent naar 100 procent. Dit betekent dat heel goed op basis van CT-scans te voorspellen is welke patiënt geopereerd moet worden om het bot te verstevigen.
Tegelijk ging de selectiviteit (hoeveel niet-breuken waren goed voorspeld) met de nieuwe methode omhoog van een magere 42 procent (oude methode) naar 74 procent. Dat betekent dat met de nieuwe methode minder vaak onnodig geopereerd zal worden. Ook nuttig, want elke operatie brengt een bepaald risico voor de patiënt met zich mee.
Proefschrift
Eggermont verdedigt aanstaande woensdag, 18 december, haar proefschrift. Daarna gaat ze verder met haar werk aan de simulaties. Voor 2020 staat een studie op de planning samen met artsen in Leiden (LUMC) en Nijmegen. Die kunnen hun CT-scans van patiënten doorsturen naar het Orthopaedic Research Lab van het Radboudumc, dat simulatie uitvoert. Daaruit rolt de BOS-score, ofwel de verwachte kans op een botbreuk.
Vervolgens is het aan de arts om de juiste beslissing te nemen: opereren of niet. ‘Het doel is om onze BOtSterkte-score te implementeren in alle radiotherapie-instellingen in Nederland. En later misschien ook op andere afdelingen waar deze patiënten worden gezien, zoals medische oncologie.’
Openingsbeeld Röntgenfoto van breuk (rechtsonder) door een uitzaaiing in het dijbeen. Foto Florieke Eggermont