Simulatie bloedstroom helpt bij behandeling aangeboren hartafwijking

Een 3D-model van het hart is als een zee zonder water, vindt arts-onderzoeker Maartje Conijn. Ze onderzocht bij kinderen met een aangeboren hartafwijking hoe bloed door de bloedvaten rond het hart stroomt en vulde zo als het ware het 3D-model met bloed. Deze 4D-simulaties vereenvoudigen de analyse van de ernst van vaatvernauwingen rond het kinderhart.

Ongeveer een op de honderd kinderen komt met een van de 1800 bekende (combinaties van) aangeboren hartafwijkingen ter wereld. Vaak zijn ze niet ernstig, maar soms is chirurgisch ingrijpen noodzakelijk. “In het Wilhelmina Kinderziekenhuis in Utrecht maken we bij de kinderen met een aangeboren hartafwijking op de hartkatheterisatiekamer een 3D-model van hun hart met behulp van rotatie angiografie”, legt Maartje Conijn uit. “Als je de 3D-anatomie van het hart kent, dan weet je een heleboel over het orgaan, maar niets over de manier waarop het bloed door de vaten in en rondom het hart stroomt. Het is als kijken naar een zee zonder water. De golven maken pas de zee. Op basis van alleen de 3D-anatomie onderschatten we soms de ernst van een vernauwing in bijvoorbeeld de longslagader. We denken dat het meevalt, terwijl in de praktijk blijkt dat het hart toch veel energie verliest om bloed langs de vernauwing te pompen.”

Hemodynamica

Om meer inzicht in de doorbloeding van het hart te krijgen, ontwikkelde Conijn hemodynamische modellen van de bloedstroom met behulp van computational fluid dynamics (een stromingsleer afkomstig uit de vliegtuigindustrie). “We gebruikten een bestaande database met 3D-beelden van kinderharten en combineerden deze met gegevens over onder meer de elasticiteit van de bloedvaten, de diameter van de vaten, het debiet van de bloedstroom en de longweerstand.”

“Problemen worden soms pas op het schoolplein zichtbaar, als kinderen bij inspanning niet met hun klasgenoten meekomen”

Schoolplein        

Conijn toonde aan dat het model de drukgradiënt in een bloedvat bij kleine en grote kinderen goed voorspelt. “Als gevolg van een vernauwing van de longslagader, door de aangeboren hartafwijking of de operatie ervan, kunnen problemen ontstaan die pas op het schoolplein zichtbaar worden. De kinderen komen bij inspanning niet met hun klasgenoten mee. In het ziekenhuis onderzoeken we deze kinderen vervolgens onder narcose; daarbij verkeert het hart in absolute rust. Het probleem van de vernauwing kan dan onderschat worden. We kunnen de drukgradiënt dankzij het hemodynamische model visualiseren op basis van de onder narcose gemaakte 3D-beelden. Zo kunnen we inspanning simuleren en zien hoeveel last het hart heeft van een vernauwde longslagader tijdens het spelen op het schoolplein.”

Van nut voor kinderen?

Toekomstig prospectief vervolgonderzoek zal moeten aantonen of het model inderdaad van nut is in de zorg voor kinderen met een aangeboren hartafwijking. De door de jonge doctor gebruikte techniek van computational fluid dynamics bewees eerder al zijn nut in de kliniek bij volwassenen. Op basis van CT-scans kan in patiënten met coronair lijden berekend worden of een stenose wel of niet significant is. Hiermee vervangt de techniek in sommige gevallen een hartkatherisatie.

“Uit ons onderzoek blijkt dat wanneer tijdens een hartkatheterisatie 3D-beeldvorming gebruikt wordt, de kans op een herhaalde interventie een stuk kleiner wordt”

Stent of opereren           

Ook als er geen stromingsdata beschikbaar zijn, heeft de 3D-beeldvorming klinische waarde bij kinderen, zo toonde Conijn aan. “Uit ons onderzoek blijkt dat wanneer tijdens een hartkatheterisatie 3D-beeldvorming gebruikt wordt, de kans op een herhaalde interventie een stuk kleiner wordt. Kinderen bij wie een 3D-reconstructie werd gemaakt, hadden een factor twee minder kans op een herhaalde interventie dan kinderen bij wie geen 3D-reconstructie werd gemaakt.”

Referentie:

1. Conijn, M. Let it flow: Hemodynamics of pulmonary artery stenosis in congenital heartdisease. 2022; proefschrift Universiteit Utrecht van.
2. Tuyll R. L. Boelman. Informatie voor de huisarts over aangeboren hartafwijkingen NHG 2021.

Lees meer over: