Forsker Sigrid Kaarstad Dahl ved SINTEF og overlege Stig Urheim fra Haukeland Universitetssykehus/Rikshospitalet, diskuterer 3D ultralydopptak av forsøkspersonens hjerte. (Foto: Thor Nielsen)
Forsker Sigrid Kaarstad Dahl ved SINTEF og overlege Stig Urheim fra Haukeland Universitetssykehus/Rikshospitalet, diskuterer 3D ultralydopptak av forsøkspersonens hjerte. (Foto: Thor Nielsen)

Tester ut inngrep med pasientens eget hjerte på skjermen

Hvert hjerte er unikt. Nå kan hjertespesialister og ingeniører simulere operasjoner på pasientens eget hjerte ved hjelp av ultralyd og dataskjerm. Det kan øke antallet vellykkede inngrep. 

Publisert

Fakta

  • Forskerne Sigrid Kaarstad Dahl, John Morud, Paal Skjetne m.fl. samarbeider i det strategiske instituttprogrammet Cardio-Sim som skal utvikle pasientspesifikke simuleringsmodeller av blodstrømningen i hjertet. Programmet går fram til sommeren 2018.
  • I samarbeidsgruppen som er opprettet, deltar klinikere fra Haukeland Universitetssykehus, Rikshospitalet, St. Olavs Hospital, Universitetssykehuset i Nord-Norge og Northwestern University, Chicago. I tillegg er det samarbeid med Universitetet i Linkøbing, og med biomekanikk-miljøet og Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk på NTNU.

Ti prosent av dagens hjerte-kar-operasjoner mislykkes, og leger ønsker derfor tilgang til teknologi og verktøy som kan redusere denne risikoen.  Klinikere ved Haukeland Universitetssykehus, Rikshospitalet, St. Olavs Hospital og Universitetssykehuset i Nord-Norge jobber i disse dager tett med forskere fra SINTEF.

Forsker Sigrid Kaarstad Dahl og kollegene hennes gjenskaper nemlig pasientens hjerte på skjermen – bevegelig og pulserende – og simulerer den helt spesifikke blodstrømningen i hvert enkelt hjerte. Slik kan de forutsi effekten av et inngrep.  

– Dette betyr at vi kan teste ut operasjonen på forhånd og si noe om hvilke tiltak som gir best resultat for den enkelte pasient, sier overlege og kardiolog Stig Urheim som jobber ved Haukeland Universitetssykehus og Rikshospitalet.

Feil med hjerteklaff

Hjerte- og karsykdommer er per i dag den hyppigste dødsårsaken i vestlige land, og den lidelsen som koster samfunnet mest. Antall pasienter med hjerte- og karsykdommer er i tillegg ventet å øke betydelig i årene som kommer.

En av årsakene til at hjertet svikter, er klaffefeil. Dagens behandling går ut på enten å reparere klaffen eller å sette inn en kunstig ventil.

Forskerne har kjørt studier av både veneplassering, klaffeplassering og hvordan ulik form på klaff påvirker blodstrømningen i hjertet. Modellene viser hvordan endret klaffegeometri endrer strømningen ut av hjertet og ut hovedpulsåren. Dette kan ha betydning for hvem som bør opereres og valg av operasjon. (Foto: (Illustrasjon: SINTEF))
Forskerne har kjørt studier av både veneplassering, klaffeplassering og hvordan ulik form på klaff påvirker blodstrømningen i hjertet. Modellene viser hvordan endret klaffegeometri endrer strømningen ut av hjertet og ut hovedpulsåren. Dette kan ha betydning for hvem som bør opereres og valg av operasjon. (Foto: (Illustrasjon: SINTEF))

Ingen vet sikkert hvilke av de mange ulike teknikkene for å behandle en syk hjerteklaff som gir best resultat for den enkelte pasient. Siden mange av reparasjonene ikke lykkes og legene må operere på nytt, betyr dette flere innleggelser, økt medisinering, redusert livskvalitet og økt dødelighet for pasientene. For det offentlige vil det si økte utgifter og lengre ventelister.

Blodstrømmen varierer

Sigrid Kaarstad Dahl syntes denne problematikken var interessant og tok doktorgraden sin ved NTNU/Simula på simulering av blodstrømning i hjerte. Da hun startet i jobb ved SINTEF, forsatte hun på samme tema, med finansiering av instituttet. I dag samarbeider en stor gruppe forskere, ingeniører og klinikere fra hele Norge på prosjektet.

En av disse er Stig Urheim. Han forteller at anatomien er spesifikk for hver enkel pasient.

– Vi ser via forskningen at blodstrømmen over klaffen mellom forkammer og hjertekammer varierer fra individ til individ, avhengig av hvor lungevenene tømmer seg i forkammeret. Når vi setter inn en kunstig klaff, kan dette ha betydning for utfallet av operasjonen, sier han.

Reservedel kan endre blodstrømmen

Med utgangspunkt i ultralyd- eller MR-bilder som er tatt av den enkelte pasient, gjenskaper forskerne derfor hvert enkelt pasienthjerte.

Med sitt eget pulserende hjerte som utgangspunkt på dataskjermen, viser Sigrid Kaarstad Dahl oss hva hun snakker om.

– Når vi får hjertet opp på skjermen, gir simuleringer en mulighet til å ta hensyn til pasientforskjeller når nye reservedeler skal settes inn.

Hun viser oss noen av simuleringene som illustrerer blodstrømningen gjennom hjertet.

– Hjerteklaffen blir sydd fast der den syke klaffen satt. Når den settes inn, kan du se hvordan strømningsmønsteret endrer seg, avhengig av hvordan den settes inn og anatomien i det spesielle hjertet.

Hun tar fram et skjermbilde med et tverrsnitt tatt rett over hjerteklaffen.

– Om jeg for eksempel endrer litt på venene som går inn i hjertekammeret og samtidig plasserer klaffen slik, sier forskeren mens hun tar tak i blodårene med markøren på skjermen. Hun flytter dem litt opp og ned i høyden, før hun fortsetter:

Forskerne har laget en god 3D simuleringsmodell av et menneskehjerte. Her kan de drive blodstrømningssimuleringer. (Foto: (Illustrasjon: SINTEF))
Forskerne har laget en god 3D simuleringsmodell av et menneskehjerte. Her kan de drive blodstrømningssimuleringer. (Foto: (Illustrasjon: SINTEF))

– Så vil du se at hastighetsprofilen over hjerteklaffen endrer seg, og det oppstår uheldige strømninger. Dette kan muligens forklare hvorfor noen pasienter får blodproppdannelse i hjerteventilen – en tilstand som er livstruende.

Detaljert plan for operasjon

Funn som dette har ført til at forskerne ser for seg et mer strukturert behandlingsløp der legene – i tillegg til den informasjon de i dag får fra ultralydundersøkelser, også kan få resultater fra 3D-simuleringer av blodstrømningen i hjertet før og etter et planlagt inngrep.

– Skal en klaff repareres, vil et simuleringsverktøy kunne gi nyttig informasjon til legene, sier Sigrid Kaarstad Dahl.

– Denne type informasjon har ikke vært tilgjengelig før, og den kan hindre uheldige strømningsmønstre som på sikt kan føre til nye sykdommer og skader.

Bevegelige vegger i Norge

SINTEF-forskeren forteller at strømningssimuleringer med ulike geometrier er et «hot» tema internasjonalt, og at flere miljø jobber med det samme som dem.  Fortsatt befinner alle seg på forskningsstadiet, men forskerne i Trondheim ligger langt framme.

– Mens noen internasjonale miljø jobber med «stivt hjerte» uten dynamikk i hjerteveggen, har vi et hjerte med bevegelige vegger. Og vi bruker ultralyd – mens mange bruker MR og CT som er mer tid- og kostnadskrevende. Vi er også heldige som har svært gode leger med i prosjektet som gjør at vi hele tiden sikrer klinisk relevans.

Nå jobbes det intenst med modeller av hjerter og klaffer i tett samarbeid med Stig Urheim og professor Bjørn Skallerud på NTNU. I disse dager etableres det også et forskningssamarbeid med Northwestern University i Chicago, som er blant de fremste klaffesentrene i USA.

– Vi har noen konkrete metoder som vi holder på med nå, forteller Dahl, – men programvaren må bli mer strømlinjeformet slik at det blir lettere å innarbeide metoden. Dette vil først skje i kliniske studier, deretter i klinisk praksis.