Hartfalen - als het hart niet meer in staat is om voldoende bloed door het lichaam te pompen om alle organen van vers bloed te voorzien - is een veelvoorkomend probleem. Alleen in Nederland al lijden meer dan honderdduizend mensen aan een vorm van hartfalen. Om de juiste behandeling te bepalen, zowel tijdens ingrepen op de operatietafel als voor de lange termijn, is het belangrijk om te kunnen meten hoe goed het hart zijn werk nog doet.

Die metingen worden meestal verricht met sensoren die met katheters in de bloedbaan vlakbij het hart worden geplaatst, vertelt Ingeborg Herold, als intensivist en anesthesist werkzaam op de intensive care van het Catharina Ziekenhuis Eindhoven. “Dat gebeurt via aders bij de schouder of de hals. Met die katheters kun je de druk in het hart meten, en de hoeveelheid bloed die per minuut door het hart stroomt. Het nadeel is dat dergelijke infusen vrij ingrijpend zijn; je wilt liever op een zogeheten niet-invasieve manier de hartfunctie kunnen meten.”

Met een niet-invasieve techniek als een standaard ultrageluid - bekend van onder meer de zwangerschapsecho’s - kun je wel iets zeggen over de contractiekracht van het hart, vertelt ze, maar de interpretatie van de arts speelt hierbij eigenlijk een te grote rol.

Door kleine gasbelletjes te injecteren, kun je veel nauwkeurigere echo’s maken

Al in 2004 toonde toenmalig promovendus Massimo Mischi - tegenwoordig UHD bij Signal Processing Systems en copromotor van zowel Herold als haar TU/e-collega Salvatore Saporito - aan dat je door kleine gasbelletjes in de bloedbaan te injecteren veel nauwkeurigere metingen kunt doen met ultrageluid. Deze echocontrast-techniek stelt artsen in staat om zogeheten pulmonale transittijden te bepalen: de tijd die het bloed doet over het traject van de rechterkamer van het hart via de longen terug naar de linkerboezem, waarna het zuurstofrijke bloed door de linkerkamer via de aorta de rest van het lichaam wordt ingepompt.

“Als die transittijd veel langer is dan normaal, dan is dat een indicatie dat de stroomsnelheid van het bloed te laag is en het hart niet goed functioneert”, vertelt Herold. “Het doel van mijn promotieonderzoek was om de techniek van Massimo naar de klinische praktijk te brengen.”

Daarbij kreeg ze hulp van Mischi’s landgenoot Saporito. De Italiaan keek eveneens naar de pulmonale transittijd, maar dan met MRI. Net als bij de ultrageluidmetingen wordt hierbij een contrastmiddel toegediend om de ‘flow’ van het bloed te kunnen volgen: in dit geval geen gasbelletjes, maar de stof gadolinium. Het voordeel van MRI is dat dit een ‘volwassen’, gevalideerde techniek is; het nadeel dat de patiënt in een scanner moet liggen, waardoor de techniek niet bruikbaar is op de operatiekamer of intensive care.

MRI wordt meestal gebruikt om het inwendige van de patiënt in beeld te brengen, terwijl Saporito zich juist richtte op een kwantitatieve bepaling van de transittijd, legt hij uit: “We willen toe naar een volledig geautomatiseerd meetsysteem, waarbij het niet uitmaakt of een arts of een ingenieur de apparatuur bedient. Maar er zijn ook een paar essentiële verschillen tussen MRI en ultrageluid die een vergelijking tussen beide methodes belangrijk maken - onder meer dat de gasbelletjes zo groot zijn dat ze de bloedbaan niet kunnen verlaten, terwijl de MRI-contrastvloeistof wel voor een deel weglekt.”

Omdat zowel met ultrageluid als MRI niet over langere periodes gemeten kan worden, keek Saporito ook naar een methode om met draagbare elektrodes op de huid de aanwezigheid van vloeistoffen in de borstholte te meten. “De gedachte is dat je deze methode kunt combineren met de andere twee om optimale informatie te vergaren over de toestand van de hartpatiënt”, zegt de Italiaan.

“Uit de zogeheten indicator-dilutiecurve, waarmee we de transittijd bepalen, kun je ook afleiden hoeveel vocht er uit de bloedbaan weglekt”, vult Herold aan. “Vochtophoping achter de longen, longwater, is ook een van de belangrijkste symptomen van hartfalen. In de praktijk wordt hiervoor nu nog bij patiënten op de operatietafel een koude vloeistof in het hart gespoten. Door de temperatuurverdeling van het langsstromende bloed te meten, kun je dan iets zeggen over de aanwezigheid van longwater.”

De plaatselijke bouwmarkt was hofleverancier voor de proefopstelling

Om grip te krijgen op de meetmodellen en om de resultaten van ultrageluid en MRI goed te kunnen vergelijken, werd in de kelder van het Catharina Ziekenhuis een opstelling gebouwd die de menselijke bloedsomloop moest voorstellen. Met een pomp als hart en een netwerk van slangetjes als vaatstelsel. De plaatselijke bouwmarkt fungeerde als hofleverancier, vertelt Herold. “De eerste drie pogingen lekten aan alle kanten; het was echt een uitdaging, vooral ook om alles goed te isoleren om de temperatuurmetingen te kunnen doen.”

Maar al dat geklus leverde wel iets op. Uit de metingen die Herold met echocontrast deed bij hartpatiënten die in aanmerking kwamen voor een dubbele pacemaker - voor elke hartkamer één - om het hart weer synchroon te laten samentrekken, blijkt dat aan de hand van de indicator-dilutiecurve wellicht de slagingskans van deze behandeling kan worden voorspeld. “Het was al bekend dat zo’n derde van de patiënten niet goed reageert op de pacemakers”, zegt Herold. “Mogelijk hebben we met onze methode een hulpmiddel om beter te kunnen inschatten welke patiënten dat zijn en zo veel dure en niet volledig risicoloze ingrepen kunnen vermijden.”