Cardiologie klaargestoomd voor vierde dimensie

Brussel, 5 maart 2021 — Wat als hartspecialisten de plaatsing van een nieuwe hartklep nu eens vóór de operatie en in 4D zouden kunnen simuleren? 4D CT-scanners voegen de dimensie tijd toe aan driedimensionale beelden en brengen de beweging van het hart op een gedetailleerde manier in beeld. Het imec.icon project DIASTOLE, waar de VUB, UZ Brussel en imec deel van uitmaken, baant de weg om 4D-scans op een veilige manier te implementeren in de hartchirurgie. 

Het hart is permanent in beweging en daardoor moeilijk in beeld te brengen. Tijdens hartoperaties valt het vaak moeilijk in te schatten hoe het orgaan zal reageren op een nieuwe hartklep. Met 4D-scanners zou men vooraf en dus op een veilige manier kunnen nagaan hoe een klep zal functioneren bij een specifieke patiënt. 4D-beeldvorming wordt des te belangrijker aangezien vandaag meer en meer operaties via de lies of via een kleine snede (sleutelgattechniek) worden uitgevoerd waarbij het hart slechts beperkt of niet meer rechtstreeks zichtbaar is tijdens de ingreep. Om deze 4D-scanners op een veilige manier te kunnen inzetten in de hartchirurgie, moesten de verschillende fasen van de beeldvorming worden herzien. De vierde dimensie moet immers in elke stap worden toegevoegd. 

In het imec.icon project DIASTOLE werkten zeven partners aan die verschillende stappen. Onderzoekers van de afdeling radiologie van VUB-UZ Brussel ontwikkelden een model om de stralingsdosis van 4D-scans op de huid te berekenen, en pasten het meteen toe om een veilig protocol op te stellen. Prof. Nico Buls : ‘Voor een bruikbare 4D-scan moet de kwaliteit enerzijds voldoende zijn, anderzijds wil je voorkomen dat de stralingsdosis op bepaalde plaatsen van het lichaam te hoog is. Anders dan bij klassieke CT-scans, wordt bij een 4D-scan dezelfde regio van het lichaam herhaaldelijk bestraald waardoor we specifiek de dosis aan de huid dienen op te volgen.’ 

Prof. Jef Vandemeulebroucke onderzocht vanuit ETRO, een imec-onderzoeksgroep aan de VUB, de beeldregistratie en segmentatie: ‘Computers kunnen op een 3D-scan het hart herkennen en als het ware lossnijden van de rest van het lichaam. Zo krijg je een helder 3D-model van het hart. In 4D moet je dit in principe herhalen voor ieder 3D-frame in de tijd. Onze aanpak bestond erin om de beweging tussen de verschillende beelden te schatten, deze beweging te compenseren en de verschillende beelden als het ware over elkaar te leggen. Via zo’n multi-atlas techniek zijn we erin geslaagd om kwalitatief hoogstaande modellen te maken, waar onze partners in het consortium verder mee konden.’

Het centrum voor hart- en vaatziekten van VUB-UZ Brussel bekeek de complementariteit met 4D-echografie. GE Healthcare breidde haar software voor stralingsdosisregistratie uit naar 4D, Materialise deed hetzelfde voor software rond beeldverwerking; Vision Lab, een imec onderzoeksgroep aan de UAntwerpen, nam 4D mee in haar statistische cardiovasculaire modellen. FEops slaagde er ten slotte in om 4D-simulaties te maken van een kloppend hart waarin virtueel een cardiovasculair apparaat kan worden geplaatst. De arts kan met de toepassing 4D-beelden van een patiënt uploaden op een website en die door FEops laten analyseren. Achteraf ontvangt de arts een simulatie van het type implantaat dat op basis van de scan het best zou zijn.  

‘Op basis van de gecombineerde resultaten hoop ik dat we een stap dichter bij het reële gebruik van 4D in hartchirurgie zijn gekomen. We weten nu dat het veilig is, we kunnen de beelden verwerken én we kunnen simulaties maken. De weg ligt open’, besluit Vandemeulebroucke.

Toekomst

Met de 4D-scan zijn ook niet-patiënt-specifieke toepassingen mogelijk. Mits voldoende data kan men ook een representatief model creëren waarmee implantaten in verschillende maten ontwikkeld kunnen worden.