Wiskundig model maakt betere behandeling kransslagadervernauwing in het hart mogelijk

De kransslagaders voorzien de hartspier van bloed. Een vernauwing in deze slagaders kan zorgen voor ernstige klachten, zoals pijn op de borst en hartfalen. De behandeling bestaat uit een stent die wordt geplaatst nadat een ballon de slagader van binnenuit open heeft geduwd, of een bypass-operatie om de aders om te leiden. Welke van deze twee behandelingen het beste aanslaat voor een specifieke patiënt is lastig te voorspellen voor de arts.

Biomedisch ingenieurs van de TU/e ontwikkelden in samenwerking met hartspecialisten van het Catharina Ziekenhuis daarom een computermodel waarop de arts virtueel beide behandelingen kan testen. Hierdoor kunnen cardiologen en hartchirurgen een gerichter behandelplan opstellen.

Bettine van Willigen en Tim van den Boom worden twee van de oprichters van de spin-off.

Het is de toekomst die werkelijkheid wordt: ingenieurs die in het ziekenhuis werken en artsen die wiskundige modellen gebruiken. TU/e-onderzoeker Frans van de Vosse en cardiologen van o.a. het Catharina Ziekenhuis in Eindhoven werken al jaren succesvol samen om de zorg voor patiënten te verbeteren. Zo ook bij vernauwingen in kransslagaders. Van de Vosse ontwikkelde een model dat de gevolgen van de verschillende behandelingen goed kan inschatten. De nieuw startende spin-off AngioSupport brengt dit model nu vanuit de universiteit naar de kliniek.

Bettine van Willigen en Tim van den Boom studeerden beiden af binnen de onderzoeksgroep van Van de Vosse. Zij worden twee van de oprichters van de spin-off. Zij werken nauw samen met het Catharina Ziekenhuis om hun model te testen. De spin-off genereert voor dit ziekenhuis een computermodel voor elke patiënt met verstoppingen in de kransslagaders. De artsen kunnen hierop virtueel hun behandelingen testen. Zo zien zij binnen enkele seconden wat het resultaat van elke behandeling is. Dat helpt enorm bij de keuze voor de juiste behandeling. Met een recent toegekende NWO Take-off subsidie van 50.000 euro voor AngioSupport wordt op dit moment een haalbaarheidsstudie uitgevoerd, om het product nog verder marktklaar te maken.

Cardiologische behandeling in hybride OK in het Catharina Ziekenhuis.

Een ingenieursblik op het menselijk lichaam

Het gebruik van wiskundige modellen in de geneeskunde is bijzonder. Van oorsprong maakt de geneeskunde gebruik van de resultaten van populatie-onderzoek, de medische gegevens van de patiënt en ervaring van de arts om tot besluiten te komen. Samen bepalen zij de meest ideale therapie voor de individuele patiënt. Echter hebben de afgelopen jaren wiskundige modellen, gebaseerd op bewezen, fysieke wetten, aangetoond een zeer waardevolle en betrouwbare bron te zijn voor medisch specialisten.

Ingenieurs als Van de Vosse gebruiken modellen al sinds jaar en dag om toekomstig gedrag van een proces of ontwerp te bepalen. Ze analyseren het proces en de externe factoren die hierop van invloed zijn en voegen dit samen in een computermodel dat hen vervolgens op overzichtelijke wijze inzicht biedt in de werking van het proces. De ingenieurs rekenen complexe systemen met veel invloedsfactoren op deze manier snel door en leren het systeem beïnvloeden door aan de knoppen te draaien. Het model berekent toekomstig gedrag en leert bij te sturen op externe invloedsfactoren. Door hier actuele metingen als input aan toe te voegen, wordt duidelijk welke (medische) ingrepen leiden tot gewenst gedrag van het (hart- en vaat-) systeem. Dit proces van het dynamisch optimaliseren van processen wordt Model Predictive Control genoemd of in de context van medische interventie Model Predictive Decision Support.

Op de TU Eindhoven is met name in diagnose en behandeling van hart- en vaatziekten succes geboekt. Ingenieursmodellen worden door cardiologen omarmd en gebruikt in de klinische praktijk. Zo is er een model om behandelingen van vernauwde kransslagaders te vergelijken en – ook in nauwe samenwerking met het Catharina Ziekenhuis – een model om scheuring van aneurysma’s te voorspellen.

Door geavanceerde 3-D echo-diagnostiek en wiskundige modellen kan de sterkte van de aneurysmawand van de individuele patiënt bepaald worden. Daarmee is beter te voorspellen hoe snel een aneurysma groeit en is het mogelijk een behandelplan op maat te maken.

Sterke samenwerking TU Eindhoven en medische partners

Van de Vosse wijdt zijn universitaire carrière aan de succesvolle invoering van voorspellende modellen in de klinische praktijk. Voor het gebruik van de modellen in de besluitvorming van de arts is grondig interdisciplinair onderzoek en ontwikkeling nodig op het grensvlak van medische en ingenieurswetenschappen. Met dit doel smeedde Van de Vosse sterke banden met specialisten van onder meer het Catharina Ziekenhuis en Máxima Medisch Centrum in Eindhoven. Hij werkt bovendien samen met klinische, industriële en wetenschappelijke partners in internationale consortia.

Belangrijke knooppunt in de samenwerking is e/MTIC. Een consortium van vijf Eindhovense organisaties die gezamenlijk de ontwikkeling en toepassing van medische innovaties versnellen. De samenwerking tussen TU/e, Philips, Máxima Medisch Centrum, Kempenheaghe en het Catharina Ziekenhuis leidt tot meer technische vernieuwing in de gezondheidszorg.