Rymdteknologi i ny teknik för att bekämpa bröstcancer

Den holländske entreprenören Hugo Brunsveld van Hulten har presenterat en lösning för att hjälpa fysiker i deras kamp mot bröstcancer. Metoden kombinerar två tekniker: magnetisk resonanstomografi (MRT) för att lokalisera och diagnostisera cancervävnad och högintensivt ultraljud (HIFU) för att ”bränna” maligna celler.

Denna uppfinning, med namnet ActiveFU, utvecklas av Brunsveld van Hulten vid den nya enheten European Space Incubator (ESI) vid ESTEC, ESA:s europeiska rymdforsknings- och testcenter i Nederländerna. Med hjälp av rymdteknologi och expertis från ESA:s rymdforskningslag har flera utmaningar redan övervunnits.

”HIFU är en teknik för att operera bort cancerceller i människokroppen”, förklarar Brunsveld van Hulten. ”Denna teknik kommer i kombination med de nya framgångarna inom MRT, möjligheten att få en korrekt bild av området i realtid under behandling, att ge ActiveFU-operatören en mycket god kontroll av den hypertermiska påverkan på tumören”.

Detta innovativa system kommer att erbjuda cancerpatienter ett nytt och mer patientvänligt behandlingsalternativ, som inte kräver något ingrepp och som inte ger de negativa biverkningar som förknippas med kemo- och strålterapi.

”En annan fördel är att det kommer att innebära besparingar för hälso- och sjukvårdssektorn eftersom det är en poliklinisk behandling”, tillägger Brunsveld van Hulten.

Brunsveld van Hulten är matematiker i grunden och började arbeta inom fjärrstyrningsområdet. Sedan i början av 90-talet har han medverkat i användningen av MRT för att utföra biopsier för bröstcancer och i studier av ultraljud för medicinsk behandling.

”Jag fick idén då jag tittade på MRT-marknaden, som idag fortfarande är begränsad till diagnostik. Jag såg att nästa logiska steg för användning av MRT var interventionell terapi”, förklarar Brunsveld van Hulten. ”Jag kom till slutsatsen att användning av ett tillägnat HIFU-system med en MRT-bröstspole för bildåtergivning av högkvalité– apparaten som framställer själva bilden – skulle kunna innebära ett större genombrott.”

”Den valda spolen för bildåtergivning tillåter även icke-invasiv MRT-diagnostik eller utförande av magnetisk resonansspektroskopi för kemisk analys och biopsier för patologi, som fullbordar en konkurrenskraftig uppsättning av instrument för diagnostik och intervention i MRT-salen.”

För att vinna ytterligare konkurrenskraft, valde Brunsveld van Hulten en bröstspole som är kompatibel med de senaste 1.5-Tesla och 3-Tesla-systemen med högre ackvisitionshastighet och förbättrad upplösning. Den har nyligen kommit ut på marknaden av de tre stora scannerleverantörerna: General Electric, Siemens och Philips.

Hans nya teknik kan användas för att behandla alla typer av mindre och lokaliserade tumörer. Brunsveld van Hulten har dock valt att till en början fokusera på behandling av bröstcancer, då detta är en av de vanligaste cancerformerna. Den drabbar främst kvinnor mellan 35 och 69 år.

Hjälp från ESA:s expertis under ESI:s paraply

Det krävs fortfarande att många bitar faller på plats innan patienter kan bli botade, vilket är skälet till att enheten European Space Incubator (ESI) vid ESTEC och stödet från ESA:s ingenjörer och medicinska experter är så viktigt.

”ESA:s kapacitet för att simulera komplexa system har varit nödvändig i valet av optimalt material och teknologi,” säger Brunsveld van Hulten. För att lösa de tekniska komplikationerna vid utformningen av systemet användes Software-plattformen EuroSlim – som ursprungligen utvecklades för ESA för att i realtid simulera satelliternas beteende.

Trots att mycket av hårdvaran är industriell standard, betonar Brunsveld van Hulten att ”det var tack vare de elektroniska kopplingarna och den inkapslade programvaran från ESA som jag kunde utveckla ett system för realtidssimulering och kontroll av den kritiska termiska behandlingsprocessen – unika fördelar som blir möjliga genom att tillämpa rymdteknologi till denna redan avancerade, medicinska produkt.”

ESA:s expertis i modellering av vågutbredning har varit oumbärlig för att få de två MRT- och HIFU-teknikerna att fungera optimalt tillsammans. Modelleringen tillåter en snabb simulering av ultraljudsinställningar för att granska effekterna före den verkliga behandlingen.

Normalt störs den magnetiska resonanstomografin av ultraljudsbehandlingssystemet, men Brunsveld van Hulten har med hjälp av ESA:s experter lyckats justera signalfrekvenserna och faserna på ett sådant sätt att en fysiker som använder ActiveFU kan genomföra ingreppet och samtidigt följa resultatet från MRT.

Icke-magnetiska piezo-motorer i miniatyr används för att ställa in utrustningen före ingreppet. Dessa utvecklades från början av Cedrat Technologies för rymdapplikationer där störningar av det homogena magnetfältet för bildupptagning kunde accepteras.

I december användes ESA:s Concurrent Design Facility (CDF) för att reglera och finjustera de tekniska behoven av komponenterna för detta komplexa projekt. Specialister från olika tekniska områden deltog i ett antal CDF-möten där de interaktivt ”förhandlade” om behov för sina respektive undersystem. Denna arbetsprocess lyfter fram och löser konflikter på högsta designnivå.

Förutom stödet från ESA:s interna medicinska expertis, hjälpte ESI även Brunsveld van Hulten genom att organisera en internationell workshop, under beskydd av ESA, för att rådfråga externa ledande medicinska experter. Deltagarna diskuterade användarbehov och driftsrestriktioner såväl som de nya diagnosmetoderna som inte kräver några ingrepp och som används av den snabbt växande MRT-teknologin.

ActiveFU är den första produkten som kommer från ESI. Bruno Naulais, ESI-ledare, säger: ”Vår erfarenhet med ActiveFU-projektet har visat att ESI kan överbrygga klyftan mellan att ha en idé och att faktiskt starta en affärsrörelse. Det hjälper entreprenörer som till exempel Brunsveld van Hulten att bygga upp en affärsplan, att genomföra studier om den teknologi som ska användas och att finna riskvilligt kapital för att samfinansiera utvecklingsarbetet.”