Onnodige operaties voorkomen

Richard Lopata, universitair hoofddocent in de groep Cardiovascular Biomechanics, wil fundamentele technieken ontwikkelen om de beelden van twee echokoppen, opgenomen vanuit verschillende plekken op het lichaam, te kunnen combineren. Het eerste doel is om artsen te helpen beter het scheuren van aneurysma’ s en hartfalen te voorspellen.

Artsen willen graag vaker in het menselijk lichaam kunnen kijken om te zien wat er mis is, vertelt Lopata, bijvoorbeeld als regelmatige controle. Maar MRI- en CT-scan's zijn erg duur en CT-scans stellen de patiënt bovendien bloot aan veel straling. Beeldvorming met een echoscanner, ofwel met ultrasound, is daarentegen goedkoop en patiëntvriendelijk. Het nadeel is dat met ultrasound maar een klein stukje van het lichaam zichtbaar wordt, en dat het beeld niet in alle richtingen even scherp is.

Lopata wil die beperkingen opheffen door twee gekoppelde 3D-transducenten (echokoppen) te gebruiken. Het probleem dat hij daarvoor moet oplossen, is dat geluid in verschillende soorten weefsel een verschillende snelheid heeft en een verschillende afbuiging, wat combineren bijzonder lastig maakt.
Daarna gaat hij een techniek ontwikkelen om met de dubbele echokop de rek van de hartspier in kaart te brengen. De samentrekbaarheid zegt iets over de gezondheid van het hart, en zou dus een goede voorspeller voor hartfalen kunnen zijn.

Verder gaat hij proberen om de elasticiteit van aneurysma’s – uitgedijde slagaders - zichtbaar te maken. Er zijn aanwijzingen dat de stijfheid van de aneurysmawand een voorspeller is van groei of zelfs scheuring - wat vaak dodelijk is. Momenteel krijgen veel patiënten uit voorzorg een operatie, op het moment dat de diameter van de buikslagader groter is dan 5,5 cm. Maar in veel gevallen is dat eigenlijk niet nodig. Lopata hoopt een goedkope techniek te ontwikkelen om mensen met een aneurysma te monitoren, en onnodige behandelingen te voorkomen.

Minder extra kabels op oceaanbodem

De grote datastromen verlopen wereldwijd allemaal via optische kabels, ofwel glasfiber. Alhoewel de capaciteit van optische kabel enorm groot is, komt de grens in zicht, door het alsmaar groeiende dataverbruik. Om meer data te verzenden is meer vermogen nodig. Boven een bepaalde hoeveelheid lichtvermogen dat door de kabels gaat, raakt het dataverkeer verstoord, doordat de lichtbrekingsindex van het materiaal verandert. Dit heet het Kerr-effect. Het licht in de kabels gaat zich dan niet-lineair gedragen, waardoor het signaal verstoord raakt en de apparatuur de data niet meer goed kan verwerken. De huidige oplossing is om het vermogen in alle gevallen onder die grens te houden. Veel van het R&D-werk wereldwijd richt zich dan ook op maatregelen om non-lineariteit te vermijden.

Alex Alvarado, universitair docent binnen de groep Signal Processing Systems, stelt een andere aanpak voor: hij wil juist fundamenteel begrijpen hoe licht in optische kabels zich gedraagt in het non-lineaire gebied. “We moeten non-lineariteiten niet zien als een beperking, we moeten ze juist omarmen en gebruiken om nog meer data te verzenden”, aldus Alvarado. Hij verwacht zo uiteindelijk ongeveer twee keer zoveel vermogen door optische kabels te kunnen sturen. Eenvoudig zal dat niet zijn, want bij dataverkeer met hoge vermogens over grote afstanden is het Kerr-effect niet het enige probleem. De lichtsignalen rekken bij grotere afstanden op, waardoor ze kunnen gaan overlappen (dispersion). En er kruipt steeds meer ruis bij, doordat de signalen onderweg vaak versterkt moeten worden.

De kennis die het project van Alvarado op gaat leveren, kan enorm veel geld schelen, doordat er minder lange-afstandkabels gelegd hoeven te worden, op land en op oceaanbodems. Zijn werk moet het ontwerp van nieuwe optische zender-ontvangers (transceivers) mogelijk maken, die wel om kunnen gaan met non-lineariteit.

ERC Starting Grants

Lopata krijgt van de ERC 2 miljoen euro voor zijn onderzoek. Alvarado ontvangt 1,5 miljoen. De ERC Starting Grants zijn bedoeld voor wetenschappelijk toptalenten in Europa die maximaal zeven jaar geleden gepromoveerd zijn. De beurzen zijn felbegeerd: de ERC ontving dit jaar ruim drieduizend aanvragen, maar kon daarvan slechts 406 honoreren. De ERC maakte deze week de laureaten van dit jaar bekend.

Bron: Persteam TU/e