Een ideaal project voor ‘verbinder’ Stevens, die graag mensen en informatie bij elkaar brengt en wars is van ‘eilandjes’. Zo kreeg hij bij de start van zijn promotietraject ook al de schakende TU/e-gemeenschap bij elkaar, als mede-oprichter van studentenschaakvereniging Noesis. 

“Ik krijg veel energie van ‘samen’. In een onderzoekssetting kan dat een verfrissende blik geven, die heb je nodig voor out-of-the-box innovaties.” 

Zelfdenkend echoapparaat

De laatste jaren zijn er op dit vlak grote stappen gezet door de onderzoeksgroep van Ruud van Sloun, een van zijn promotoren. Volgens Stevens zijn ze nu dicht bij een eerste concept van cognitive ultrasound. Daarbij bepaalt een echoapparaat zelf, aan de hand van slimme algoritmes, welke metingen gedaan moeten worden. Geluidsgolven gaan zo naar de plek met de meest interessante informatie.  

Een doorbraak in de medische beeldverwerking, benadrukt Stevens enthousiast. “ Om dat voor elkaar te krijgen werken we met zogeheten deep generative models. Dat is een vorm van kunstmatige intelligentie die met diepe neurale netwerken de structuur van data leert en op basis daarvan nieuwe inhoud kan creëren.”

“Net zoals ChatGPT op basis van patronen in grote datasets voorspelt welk woord volgt, kunnen deze modellen voorspellen welke echosignalen het meest waarschijnlijk zijn en daarmee ruis onderdrukken of ontbrekende informatie herstellen.” 

Dynamiek

Om zijn modellen te trainen, gebruikte hij specifieke echodata van samenwerkingspartner Philips Research. De focus lag op hart-echografie; vanwege de uitdaging omdat het hart heel dynamisch is, maar ook omdat er veel mensen met hart- en vaataandoeningen zijn. Maar, benadrukt Stevens, ook andere echografie kan van deze technologie profiteren.

Stevens bladert in zijn proefschrift en toont verschillende echobeelden van een hart. “Met dit nieuwe model zien we een duidelijke kwaliteitsverbetering van de echobeelden. Ook voor complexere echografie, zoals bij het groeiende aantal obese patiënten.”

Investeren in coderen

Zijn onderzoek is erg technisch, zegt Stevens. Maar tegelijkertijd wil hij ook graag de weg plaveien voor daadwerkelijke toepassing in de kliniek. Voor innovatieve versnelling bouwde Stevens daarom een nieuw open-source softwareplatform, zea. 

“Om me heen vond ik veel expertise, maar allemaal losse stukjes. Nu heb ik alle ingrediënten die je nodig hebt voor slimme echografie samengebracht: modellen die we hebben getraind, tools om zelf modellen te trainen op echo, maar ook de methodes om te bepalen wat je het beste kan meten om het volgende beeld te maken.”

Zo’n platform ontwikkelen is een behoorlijke investering, wil de EE-promovendus nog kwijt. “Op de universiteit beoordelen ze je op het aantal papers dat je publiceert. Een code of platform dat je maakt wordt gezien als een bijproduct. Terwijl dat ook heel belangrijk is, het scheelt iedereen veel kostbare tijd als je na het lezen van een paper meteen aan de slag kunt. Gelukkig komt daar steeds meer waardering voor.”

Smartphone-echografie

Voor zea schreef Stevens niet in de gebruikelijk programmeertaal binnen de echografiecommunity, maar gebruikte hij state-of-the-art machine learning-code in Python. Het grote voordeel hiervan is volgens hem dat nieuwe technologische ontwikkelingen uit de wereld van de computer science direct kunnen worden toegepast bij het verzamelen en verwerken van echosignalen. 

Zo wordt meteen zichtbaar wat het effect is op de beeldkwaliteit, legt Stevens uit. En dat brengt draagbare echoapparatuur, waarmee je met je smartphone betrouwbare echo’s kunt maken, een stap dichter bij de kwaliteit van een volwaardige ziekenhuisscanner. Hij somt nog enkele voorbeelden op. “Scherpere echobeelden in de ambulance, ook voor patiënten met een stevig overgewicht. Of betere zwangerschapsecho’s in landen met een beperkte gezondheidszorg.”

“Een mooi stukje nalatenschap”, glimlacht hij. “We hebben laten zien dat deep generative modeling een krachtige tool is die veelbelovend lijkt voor succesvolle toepassing in echografie, ook voor de ruwe data. Veel collega’s maken al gebruik van het nieuwe platform. Een klein bouwsteentje om de echografie van de toekomst slimmer te maken.”