Winnaar 2021 : Sophie van de Walle, Masterstudent Geneeskunde/ Onderzoeksassistent afdeling CTC, onder supervisie van Dr. Bidar (Cardiothoracaal Chirurg MUMC+).
Titel onderzoek: LANDMARC
Assessment of the pathophysioLogical bAsis of local tissue compliaNce using augmenteD iMAging techniques to identify Regional flow dynamiCs (LANDMARC): a pilot-study with focus on aorta ascendens and right atrium
Samenvatting onderzoek
Gezondheidsprobleem
Aandoeningen van de aorta, de grootste slagader in het menselijk lichaam die aftakt vanuit het hart en bloed vervoert richting alle organen, zijn zeer gevaarlijk en bijna altijd dodelijk. Dit komt doordat deze ziekten altijd plotseling en zeer acuut optreden, waardoor patiënten niet meer op tijd het ziekenhuis kunnen bereiken. Voorbeelden van deze aandoeningen zijn een verwijding (aorta-aneurysma) of scheur van de aorta bloedvatwand (aorta dissectie).
Wereldwijd probeert men het optreden van deze levensbedreigende ziektes te voorspellen. Dit gebeurt momenteel door te kijken naar de grootte van het bloedvat (de diameter van de aorta). Zo zijn er internationaal afspraken gemaakt om patiënten vanaf een bepaalde diameter (5,5cm) preventief te opereren. Hierbij wordt het zieke gedeelde van het bloedvat vervangen door een prothese, waardoor latere acute situaties worden voorkomen. Uit onderzoek is echter gebleken dat deze voorspellingen op basis van diameter helemaal niet werken, aangezien 90% van de patiënten met een acute aortaziekte niet voldoen aan deze criteria (bijv. 69% van de type A-dissecties treedt op onder de chirurgische drempel van 5,5 cm). Dit ernstige feit wordt erkend door verschillende (inter)nationale organisaties zoals de Nederlandse Vereniging voor Thoraxchirurgie (NVT), de Europese Vereniging voor Cardio-thoracale Chirurgie (EACTS) en de Amerikaanse Vereniging voor Thoraxchirurgie (AATS). Een belangrijk wereldwijd probleem is dus dat men ziekten van de aortavaatwand momenteel niet kan voorspellen en nog steeds talloze patiënten overlijden aan deze verschrikkelijke aandoeningen.
Epidemiologie
Een aorta-aneurysma in de borstkas (TAA) komt voor bij ongeveer 5,3 op de 100.000 mensen per jaar en heeft een sterfterisico van 11,8 procent. Een aorta-dissectie komt voor bij 4 op de 100.000 mensen per jaar en heeft een sterfterisico van ongeveer 70 procent. Beide ziekten presenteren zich als medisch spoedgeval met een sterftecijfer dat 1% per uur toeneemt na het optreden van symptomen. Binnen de literatuur werd aangetoond dat vrouwen later dan mannen een juiste diagnose krijgen, waardoor zij vaak al veel zieker zijn. Zodoende zien we ook een hoger sterftepercentage binnen deze groep. De ziekten zelf komen echter vaker voor bij mannen (70%) dan bij vrouwen (30%).
Achtergrondinformatie
Het is bewezen dat hart- en vaatziekten veroorzaakt worden door een verstoring van het evenwicht tussen mechanische belasting en eigenschappen van weefsel. Dit zorgt ervoor dat de bloedvatwand zich structureel aanpast (stijver wordt). Deze aanpassingen worden normaal enkel in het eindstadium van een ziekte vastgesteld. Verschillende wetenschappelijke studies hebben aangetoond dat er functionele veranderingen (aorta verlenging, rek, elasticiteit, etc.) zijn die deze onderliggende cellulaire veranderingen binnen de vaatwand weerspiegelen. Door het meten van deze functionele veranderingen krijgen we dus indirect informatie over de onderliggende kwetsbaarheid van de vaatwand.
Helaas zijn huidige beeldvormende technieken zoals MRI/CT (en dus 4D flow MRI) beperkt inzetbaar om deze nieuwe voorspellers in kaart te brengen. Dit valt te verklaren aan de hand van een lage frame rate (temporele resolutie). Tevens is er bij een MRI t.o.v. een CT sprake van een kleinere spatiële resolutie. Hierdoor raken potentiële specifieke details en anatomische informatie verloren. Daarnaast is er sprake van sterke afhankelijkheid van aanwezige anatomische landmarks. Tot op heden konden deze functionele veranderingen namelijk enkel worden gemeten aan de hand van segmenten gebaseerd op anatomische oriëntatiepunten: de ascenderende aorta (sinotubulaire junction tot truncus brachiocephalicus), de aorta boog (truncus brachiocephalicus tot en met de arteria subclavia sinister), de proximale descenderende aorta (arteria subclavia sinister tot en met de bifurcatie van de truncus pulmonalis) en de distale descenderende aorta (vanaf de bifurcatie van de truncus pulmonalis tot het diafragma).
Hypothese
Door ons te richten op nieuwe functionele parameters, kunnen we de kwaliteit (stijfheid) van de vaatwand beschrijven en het risico op vaatwandverzwakking en dus aortaziekten voorspellen. Hierdoor zal sterfte als gevolg van deze verschrikkelijke aandoeningen afnemen.
Doelstelling
LANDMARC richt zich op augmentatie van bestaande beeldvormingstechieken opdat de dynamische processen binnen het lichaam lokaal gecorreleerd kunnen worden aan (patho-)fysiologische veranderingen waardoor we de kwaliteit van de vaatwand kunnen beschrijven. Door het toevoegen van additionele aorta landmarks gedurende hedendaagse cardiochirurgie, kan middels 3D/4D imaging zeer nauwkeurig per gereduceerd anatomisch segment een kwantitatieve weefselverandering worden vastgesteld.
Werkplan
Wij maken gebruik van radio-opaque markers die wij systematisch op de buitenzijde van de aorta plaatsen tijdens openhartchirurgie. Dit zijn alle veilige materialen die gedurende algemene hartchirurgie al worden gebruikt. Gezien de borstkas reeds is geopend, is dit niet extra-ingrijpend. Na de operatie worden er 4D-flow MRI-scans en CT- scans gemaakt, waarbij we deze markers op de beeldvorming terugzien. Op basis van deze markers kan de aorta worden verdeeld in kleinere gebieden d.m.v. extra referentiepunten. Hierdoor zijn wij in staat om heel lokaal rek en weefseleigenschappen te bepalen en te correleren, binnen de precieze regio's van interesse.
Middels de gebruikte 3D en 4D imaging kan o.a. de bloedstroom in kaart worden gebracht en kan een maximum punt van wandschuifspanning en/of specifieke waarde van distributie hiervan worden aangewezen. Een preciezere locatie van dit punt kan worden geëvalueerd en er kunnen verbanden worden gelegd tussen dit punt en de mate van structurele remodellering (middels o.a. strain analyse en gebruik van biomarkers), specifiek het patroon van fibrosering, en mate/richting van aorta elongatie.
Ons streven gaat uit naar uiteindelijke kwantificatie van de lokale weefselcompliantie en elasticiteit als gevolg van flow dynamiek gecorreleerd aan fibroseringsgraad, met daarbij specifiek aandacht voor cardiovasculair weefsel respons.
Kwantitatieve data kan in alle richtingen tussen de landmarks worden verkregen. Dit betekent talloze nieuwe metingen op het gebied van de aortamarkers. De algemene follow-up duurt 2 jaar. Gedurende de operatie wordt er bloed afgenomen (voor onderzoek naar biomarkers) en wordt er weefsel verzameld (voor analyse in het biochemisch lab). Postoperatief worden meerdere beeldvormingstechnieken gecombineerd, zodat individuele voordelen van technieken kunnen worden samengevoegd en zullen accumuleren.