Bildteknik i fyra dimensioner ska förenkla hjärtoperationer

Ett antal svenskar genomgår öppen hjärtkirurgi som hjärtklaffsoperationer varje år. Över hela världen handlar det om hundratuseltals kirurgiska ingrepp. Ibland uppstår mer eller mindre allvarliga komplikationer, bland dem stroke, infektioner, blödningar, hjärtinfarkt och njurproblem.

Minskar risken för feldiagnoser

För att kunna utföra så bra hjärtkirurgi som möjligt behöver kirurgerna så mycket information som möjligt för att kunna planera operationen steg och steg. Det är här som Elias Sundström, forskare vid avdelningen för strömningsmekanik och teknisk akustik på KTH, kommer in i bilden. Han har tillsammans med kollegor vid sjukhuset Cleveland Clinic i USA arbetat med en visualiseringsteknik som visar hur patientens hjärta arbetar före ingreppet.

– Reparationer av aortaklaffar har inte alltid varit framgångsrika. Att veta före operation hur problemet är beskaffat ger kirurgen större tillförsikt och ökar chansen att reparationen av aortaklaffen kommer att fungera. Därför är det av stor vikt att kunna återskapa patientspecifika modeller i 3D av patienternas hjärtan för att minska risken för de feldiagnoser som 2D-avbildningar kan ge. Genom 3D-bilder, som över tid visar problemet i detalj, minimeras antalet operationer som patienten behöver under sin livstid, säger Elias Sundström.

Analyserar eventuella problem med läckage

Han berättar att det finns stora variationer både i storleken på aortaklaffen och på så kallad aortaklaffsinsufficiens mellan olika patienter. En 3D-modell som visar hur hjärtat jobbar över tid ger ett bättre kunskapsunderlag och planering inför en operation.

– Fördelen med datortomografi i fyra dimensioner är möjligheten att studera dynamiken i aortaklaffens öppnande och stängande funktion. Därmed går det att analysera eventuella problem med läckage på grund av att klaffen inte stänger fullständigt (regurgitation) och att klaffen inte öppnar upp fullständig (stenosis). Vid en statisk 3D-avbildning saknas möjligheten att studera klaffens dynamik under hjärtcykeln, säger Elias Sundström.

Text: Peter Ardell

För mer information, kontakta Elias Sundström på 070 - 449 50 63 eller elias@kth.se.

Vetenskapliga publiceringar

Forskarnas arbete har resulterat i tre vetenskapliga publiceringar hittills, och de emotser fler. Den senaste publiceringen  är "Impact of variation in interleaflet triangle height between fused leaflets in the functionally bicuspid aortic valve on hemodynamics and tissue biomechanics", ASME J of Medical Diagnostics.

Så fungerar det

Forskarna Justin Tretter och Hani Najm vid Cleveland Clinic använder standardiserad Doppler ultraljudsundersökning vid undersökning av aortaklaffen, vilket inkluderar ultraljud i 3D, men också medicinsk avbildning med magnetresonanstomografi (MRI). Fördelen är att dessa tekniker ger en noggrann utvärdering av hjärtats funktion och möjligheten att mäta omfattningen av läckage eller obstruktion i klaffen. En nackdel med Doppler-ultraljud är att den är begränsad beroende på patientens ålder och kroppsstorlek och att MRI tar längre tid. Avbildning med fyrdimensionell datortomografi (4D CT) utvecklad av Justin Tretter med hjälp av den nya scannern vid Cleveleand Clinic har visat sig ge en relativt detaljerad patientspecifik avbildning av aortaklaffen. Tekniken gör det möjligt att mäta strukturen på aortaroten vilket inkluderar aortaroten, aortasinus, aortaklaffens flikar och flikarnas infästningar. Detta hjälper till med att identifiera aortaklaffens funktion och defekter.

Med utgångspunkt från nämnd medicinsk avbildning ovan så skapas modeller som simulerar samspelet mellan blodflödet och dynamiken i aortaklaffens öppnande och stängande funktion. Det långsiktiga målet är att kunna simulera reparationer av aortaklaffen och därmed förutse vilken reparationsprocedur som ger bästa möjliga utfall och hållbarhet för patienten. Det kommer att krävas forskning under flera års tid för att utvärdera modellernas förmåga att förutse hållbara hjärtoperationer för patienter.