You are here

Uitgekiende software voorkomt dat X-ray-scanner botst met patiënt

Vier jaar heeft informaticus Sarmen Keshishzadeh gewerkt aan zijn software die X-ray-scanners beveiligt tegen onbedoelde botsingen met de onderzochte patiënt. Nu hij klaar is, constateert hij tevreden: “Mijn software zie je niet. Die werkt puur preventief.” door Marc Laan

Reusachtige gevaartes zijn het, de medische X-ray-scanners waarmee chirurgen in de operatiekamer beelden bekijken van het binnenste van hun patiënt. Het richten van de X-stralen is een precisiewerkje. De fotonen-energie voor de belichting van de foto's wordt afgevuurd met een golflengte van minder dan 0,1 nanometer.

De dosis straling moet exact zijn. Teveel kan dodelijk zijn voor de patiënt; bij te weinig licht mislukt de foto. Uitgekiende software regelt de besturing van de elektromagnetische lichtbundel.

Niet alleen de hoeveelheid straling moet voldoen aan de eisen van veiligheid, vertelt software-ingenieur Sarmen Keshishzadeh (1985). “Speciale beveiligingssoftware controleert ook de bewegingen van de machine. De tafel met de patiënt erop kan horizontaal verschuiven. Tegelijk draait de mobiele C-Arm, die de X-ray-beelden maakt, rond. Een speciaal stuk software van mij, de zogenoemde SafetyLayer, voorkomt dat deze grote bewegende onderdelen van de machine tijdens het onderzoek in botsing komen met de patiënt of met de arts.”

Met zijn voet bedient de arts een pedaal. Daarmee varieert hij de hoeveelheid elektronen die hij door de X-ray-buis jaagt, die in de C-Arm is aangebracht. Medici gebruiken de machine voor het maken van foto's bij patiënten met problemen aan hart, bloedvaten en zenuwen. Maar de X-ray-beelden begeleiden ook een chirurg wanneer hij bijvoorbeeld een katheter in de patiënt plaatst.

Keshishzadeh is geboren in Iran. “Mijn voorouders stammen uit Armenië, waar mijn naam 'priester-nazaat' betekent, vertelt de onderzoeker. In 2011 haalde hij zijn master aan de Sharif University of Technology in Teheran. Al snel daarna haalde hij een subsidie binnen van COMMIT-nl, het Nederlandse publiek-private ICT-onderzoeksprogramma. Met dit geld kon hij promoveren aan de Technische Universiteit in Eindhoven. Hij ontwierp er, met specialisten van Philips, een speciale computertaal, die het gedrag van een X-ray-scanner in kaart brengt. Een Domain Specific Language (DSL) heet zo'n taal in de high-tech-industrie.

“Deze taal helpt ons voornamelijk om de vele bewegingen van het X-ray-systeem te beschrijven, zoals de elkaar kruisende scanner-arm en de bewegende scannertafel. Het was vervolgens mijn werk te bewijzen dat het model dat dit gedrag beschrijft, ook correct is, met andere woorden: dat het nooit tot botsingen leidt. Ons inzicht in de geometrie van het apparaat hielp ons om regels te schrijven die aanvaringen voorkomen.”

De industrie die high-tech-systemen ontwerpt, eist steeds strenger dat de besturingssoftware die er in zit bewezen betrouwbaar is, of het nu gaat om X-rays van Philips, computerchips van ASML of elektrische auto's van Tesla. Om die betrouwbaarheid te vergroten gebruiken de software-ontwerpers steeds vaker abstracte modellen; in jargon heet die methode Model-Driven Software Engineering (MDSE). De computertalen die bij dit modelleren gebruikt worden, heten Domain-Specific Languages (DSL). Voor elk probleem ('Hoe voorkom ik botsingen', 'Hoe bedien ik het X-ray-pedaal') wordt vaak een aparte DSL ontworpen. Daarbij is het zaak niet alleen deze taal te controleren op correctheid en consistentie, maar ook de abstracte modellen erachter wiskundig te valideren.

 

Keshishzadeh: “Ik ontwierp één DSL voor de precieze besturing van de X-rays door de arts, en een tweede DSL voor Collision Prevention, het geautomatiseerd voorkomen van botsingen. Heel belangrijk is dat aan zo'n computertaal een realistisch model ten grondslag ligt, waarin het gewenste en ongewenste gedrag van zo'n stralingsmachine wordt beschreven. In de praktijk zie je mijn software niet. Die werkt puur preventief op de achtergrond.”

De taak van de promovendus was te bewijzen dat de software voldoet aan alle praktische eisen die diverse belanghebbende aan zo'n apparaat stellen. “Die eisen komen uit allerlei hoeken, zoals medische protocollen, de regels van de FDA (de Amerikaanse toezichthouder op de gezondheidszorg) en de wensen van de chirurg.”

En natuurlijk de eisen van de fabrikanten: “Philips was op zoek naar methoden om de kwaliteit en de snelheid bij het schrijven van computercode te verbeteren, zodat de time-to-market van een toestel wordt verkort en het tempo van innovaties kan worden opgevoerd.”

Verder lezen:

- Promotie-onderzoek van Sarmen Keshishzadeh

- Samenvatting van het proefschrift

- Project Allegio (Composable Embedded Systems for Healthcare)


marclaan.nl