Verbeterde monitoring van gevaarlijke aneurysma’s
Tijdens haar promotieonderzoek bekeek Esther Maas hoe zij met nieuwe echografietechnieken gevaarlijke aneurysma’s in de aorta in beeld kan brengen voor patiëntspecifiekere zorg.
Een aneurysma is een gevaarlijke vaataandoening. Daarbij kan een zwakke plek in een vaatwand opbollen als een ballonnetje. In de aorta, de grootste slagader in de buik, is zo’n aneurysma levensbedreigend, zeker wanneer hij knapt. Tijdens haar promotieonderzoek werkte Esther Maas aan een betrouwbare manier om aneurysma’s te volgen met echografie. Zij deed haar onderzoek binnen de PULS/e groep (Photoacoustics & Ultrasound Laboratory Eindhoven) aan de TU/e en in het Catharina Ziekenhuis. Ze verdedigde haar proefschrift succesvol op 9 april aan de faculteit Biomedical Engineering.
Voor zo een gevaarlijke vaataandoening wordt een aneurysma vaak pas laat of zelfs te laat ontdekt. Een aneurysma zelf geeft namelijk bijna nooit klachten. Pas wanneer de bolling knapt en er sprake is van een bloeding, wordt een aneurysma – meestal achteraf – ontdekt. Wanneer dit gebeurt in de belangrijkste slagader in ons lichaam, de aorta, dan is dit levensbedreigend.
Soms toch al eerder ontdekt
Soms worden aneurysma’s toch al eerder ontdekt. Dit is dan meestal toeval. Bijvoorbeeld bij een scan van de buikholte vanwege andere klachten. In dat geval kan de vaatchirurg de bolling blijven volgen en ingrijpen wanneer het risico dat het aneurysma knapt te groot wordt.
“De kans dat een aneurysma scheurt, hangt samen met de grootte. Toch zien we ook verschillen bij patiënten”, legt Esther Maas uit. “Soms scheuren ook relatief kleine aneurysma’s, terwijl bij andere patiënten een relatief groot aneurysma stabiel blijft.”
Maas: “De huidige criteria om te opereren om het aneurysma uit te schakelen, hangen vooral samen met de diameter. Daardoor wordt soms te snel en soms te laat geopereerd. Dat wilden we graag verbeteren door beter te begrijpen wanneer een aneurysma dreigt te gaan scheuren. Hiervoor keken we naar de driedimensionale vorm van het aneurysma en de mechanische eigenschappen.”
Patiënten veilig gevolgd
Het opvolgen van een aneurysma gebeurt nu met standaard tweedimensionale echografie. Het nadeel hiervan is dat er slechts op één locatie tegelijk (‘een plakje’) een plaatje kan worden gemaakt. Met MRI en CT is wel de hele driedimensionale vorm van het aneurysma te zien, maar deze technieken zijn duur en kosten veel tijd.
Daarom ging Maas de uitdaging aan om met echografie tóch een betrouwbare methode te ontwikkelen om aneurysma’s te volgen. Zodat de patiënten veilig gevolgd worden, zorgkosten bespaard worden en artsen niet onnodig hoeven te opereren.
Betaalbaarder dan de alternatieven
3D-echo’s, en zeker als bewegend beeld (temporele 3D of 3D+t-echografie), zijn een prima methode om een aneurysma mee in beeld te brengen. Maas: “Hiermee kunnen we de vorm én de beweging van het aneurysma gelijktijdig bekijken.” Bovendien is het snel, minder belastend voor de patiënt, geeft het geen straling af en is het beter betaalbaar dan de alternatieven.
De beeldkwaliteit moet nog wel beter, zodat een arts een aneurysma goed kan beoordelen. “Verwerking van deze echobeelden is echter een uitdaging, omdat de beelden een spikkelpatroon bevatten. Bovendien zijn de grijswaarden niet direct herleidbaar tot een weefsel”, zegt Maas. “Daarom werkten we in het begin van mijn onderzoek vooral aan een methode om automatisch en nauwkeurig de vorm van een aneurysma te bepalen aan de hand van 3D+t-echobeelden.”
De echte patiëntbeelden werden gemaakt in het Catharina Ziekenhuis in Eindhoven. Maar liefst vijfhonderd patiënten werden gevolgd in dit onderzoek. Maas: “Wanneer zij op controle kwamen voor een conventionele tweedimensionale echo voor diametercontrole van hun aneurysma, maakten we ook een 3D+t-echo.”
“We hebben een computeralgoritme ontwikkeld dat in de 3D+t-echobeelden op zoek gaat naar de vaatwand. We vergeleken de resulterende vorm met CT-beelden (computertomografie, red.), de huidige gouden standaard om aneurysma’s in beeld te brengen. Dit liet zien dat de vorm uit 3D+t-echobeelden goed overeenkomt met de vorm uit CT.”
Hoe elastisch is de vaatwand?
Door de aneurysmavorm automatisch te bepalen op alle beelden van de 3D+t echo tijdsreeks, is ook een inschatting te maken van de uitzetting van de vaatwand tijdens de hartcyclus. Gecombineerd met de bloeddruk geeft dit een inschatting van hoe elastisch de vaatwand is.
“We kwamen er met deze methode achter dat een combinatie van de driedimensionale vorm en de elasticiteit een betere voorspellende waarde heeft voor de groei van aneurysma’s, dan alleen de diameter meten”, vervolgt Maas.
“In een volgende stap hebben we de vormbepaling verder verbeterd met deep learning. We gebruikten ruim dertienhonderd beschikbare 3D+t-echobeelden om een model te trainen, dat nog robuuster de vorm van het aneurysma kan bepalen.”
Maar een klein gebied
De onderzoekers wilden de beeldvorming nog verder verbeteren. Door meerdere echobeelden te combineren, wilden ze een aantal tekortkomingen van echografie oplossen. Een van de tekortkomingen van echo’s is dat maar een klein gebied tegelijk bekeken kan worden.
“Dat betekende dat grote aneurysma’s niet in hun geheel in de echo-opname zaten”, legt Maas uit. “Om dit op te lossen hebben we meerdere echobeelden naast elkaar gemaakt. Die hebben we eerst in de tijd gesynchroniseerd en vervolgens ruimtelijk op elkaar geplaatst en gefuseerd. Zo konden wij ook grotere aneurysma’s met echografie in beeld brengen.”
Een tweede nadeel van echografie is dat de richting waarin je kijkt erg bepalend is (directioneel). In de ene richting is de beeldkwaliteit veel beter, dan in de andere richting. Maas: “Om dit op te lossen, hebben we echobeelden van de aorta vanuit verschillende hoeken gecombineerd, wat leidde tot een verbetering van contrast in de afbeeldingen en een betere bepaling van de uitzetting tijdens de hartcyclus.”
Een grote stap
“Met ons onderzoek hebben we laten zien hoe je met 3D+t-echobeelden aneurysma’s kunt monitoren,” besluit Maas. “Allereerst door automatisch verschillende karakteristieken te bepalen die belangrijk zijn voor de groei van aneurysma’s in de buikholte. Daarnaast door de toegevoegde waarde aan te tonen van het combineren van meerdere echobeelden.”
Hiermee is een grote stap gemaakt om 3D+t-echobeelden te kunnen gebruiken voor het monitoren van aneurysma’s in de kliniek, om uiteindelijk patiënt-specifiekere zorg te kunnen leveren.
Esther Maas verdedigde haar proefschrift “Characterization of abdominal aortic aneurysms using time-resolved 3D ultrasound” bij de faculteit Biomedical Engineering op 9 april 2024.
Promotoren: Richard Lopata en Marc van Sambeek
Het onderzoek werd uitgevoerd op de Technische Universiteit Eindhoven en bij het Catharina Ziekenhuis Eindhoven en mede mogelijk gemaakt door financiering vanuit ERC Horizon 2020.
Het promotieonderzoek van Esther Maas is onderdeel van het Eindhoven MedTech Innovation Center (e/MTIC).