Blixtsnabb undersökning visar flödet i hjärtat

Forskare vid LiU har för första gången kunnat använda information från bilder tagna i en datortomograf, som finns på de flesta sjukhus, för att simulera hjärtats funktion på en enskild patient. Modelleringsmetoderna kommer bland annat från fordonsindustrin.

Vikas Gupta, Carl-Johan Carlhäll, Lilian Henriksson, Jonas Lantz, Matts Karlsson, Tino Ebbers och Anders Persson.Forskargruppen: Vikas Gupta, Carl-Johan Carlhäll, Lilian Henriksson, Jonas Lantz, Matts Karlsson, Tino Ebbers och Anders Persson. Foto: Thor BalkhedEn enkel undersökning i en datortomograf, även kallad DT-skanner, vanlig på svenska sjukhus, görs för att snabbt kunna utesluta om patienten har någon kranskärlsjukdom - problem med förkalkning i de ådror som förser hjärtat med syre. Undersökningen går snabbt och patienten kan åka hem direkt.

– Nästa steg, om man misstänker att det inte står rätt till, är en betydligt större och mer komplicerad undersökning där patienten behöver stanna över natten. Nu har vi hittat en metod där vi istället tar hand om all den information vi ändå har, som kan få mycket stor klinisk betydelse, säger Anders Persson, professor i medicinsk bildvetenskap och föreståndare för Centrum för medicinsk bildvetenskap och visualisering, CMIV.

Simulering av flöden och turbulens

Nyckeln till detta har Jonas Lantz, forskare vid Avdelningen för kardiovaskulär medicin och CMIV, som disputerat inom mekanisk värmeteori och strömningslära vid LiU. Han har en gedigen kunskap om de metoder som används för att simulera flöden och turbulens inom flyg- och fordonsindustrin, applicerade på flöden i mänskliga blodkärl. Modelleringsmetoder han nu har använt för att med hjälp av de högupplösta bilder som ändå finns från DT-skanningen simulera patientens hjärta. För beräkningarna har han tagit hjälp av superdatorkraft från Nationellt Superdatorcentrum, NSC, vid LiU.

– Det är första gången vi kan visa att vi kan simulera funktionen av ett patientspecifikt hjärta. I framtiden kommer vi inte att behöva superdatorkraften eftersom den här typen av  beräkningar kan göras direkt vid datortomografen, säger Matts Karlsson, föreståndare för NSC och professor i mekanisk värmeteori och strömningslära.

Kontroll i magnetkamera

Matts Karlsson, Anders Persson och Carl-Johan CarlhällMatts Karlsson, Anders Persson och Carl-Johan Carlhäll Foto: Thor BalkhedFör att vara riktigt säkra på att bilderna, som ju är framräknade i en dator, stämmer med verkligheten frågade forskarna ett dussintal patienter om de kunde tänka sig att stanna kvar en stund efter DT-undersökningen och även bli skannade i en magnetkamera, MR.

– De flesta tackade ja till att få ytterligare en undersökning och därför har vi nu kunnat jämföra de framräknade bilderna med hur det verkligen ser ut. Bilderna är nästan exakt lika, säger Anders Persson.

Trots att resultaten kommer från så få som tolv patienter är det ändå så uppseendeväckande att en artikel nu publiceras i den mest prestigefulla av de vetenskapliga tidskrifterna inom området, Radiology.

Stor betydelse för patienterna

Tino Ebbers, professor i kardiovaskulär medicin, ser att tekniken kan komma till god användning:

– Magnetkameror är effektiva, men de finns inte på så många platser, undersökningen är dyr, patienten får inte ha någon metall, som en pacemaker, i kroppen och undersökningen tar lång tid. Tack vare att DT-skanningen är snabb och enkel kan vi nå helt nya patientgrupper. Här kan vi få fram simuleringar av hur hjärtat fungerar på enskilda patienter, säger han.

– Vi kan studera hjärtmuskelns rörelse, hur den mår och fungerar, medan patienten har det bra hemma, understryker Anders Persson.

Unik tvärvetenskap

Att LiU-forskare presenterar resultat som kräver djupa kunskaper inom såväl flöden och turbulens som inom medicin och bildvetenskap, parat med superdatorkraft, är inte en slump.

– Det här är ett bra exempel på hur vi förvaltar den infrastruktur vi har här på LiU, med magnetkameror, datortomografer och superdatorkraft. Vi sitter inte i några slutna rum, tvärvetenskap är enkelt på LiU. Men det behövs samtidigt personer med en fot i varje läger, som Jonas Lantz, eftersom metoderna är hämtade från medicin, bildbehandling och klassisk strömningslära, säger Matts Karlsson.

Artikel: Intracardiac Flow at 4D CT: Comparison with 4D Flow MRI, Jonas Lantz, Vikas Gupta, Lilian Henriksson, Matts Karlsson, Anders Persson, Carl-Johan Carlhäll, Tino Ebbers, Linköpings University, Radiology 2018
https://doi.org/10.1148/radiol.2018173017

Se mer här:



Kontakt

Forskning vid CMIV

Senaste nytt från LiU