Onderzoekers van de George Washington University hebben een nieuwe beeldvormingstechnologie ontwikkeld die voor het eerst gelijktijdig de structuur én de elektrische activiteit van het hart over het volledige hartoppervlak in kaart brengt. De panoramische beeldvormingstechniek moet onderzoekers helpen beter te begrijpen hoe littekenweefsel na een hartinfarct leidt tot levensbedreigende hartritmestoornissen en kan uiteindelijk bijdragen aan gerichtere behandelingen.
Na een hartinfarct wordt beschadigd hartspierweefsel vervangen door collageenrijk littekenweefsel. Hoewel dat een normaal onderdeel van het herstelproces is, kan het de elektrische geleiding van het hart verstoren en zo de kans op hartritmestoornissen vergroten. Bestaande technieken laten óf de elektrische activiteit zien óf brengen littekenweefsel in beeld, maar combineren beide perspectieven niet.
De onderzoekers ontwikkelden daarom een geïntegreerd platform dat hyperspectrale beeldvorming combineert met optische mapping. Hyperspectrale beeldvorming onderscheidt verschillende typen hartweefsel op basis van hun optische eigenschappen, terwijl optische mapping de verspreiding van elektrische signalen zichtbaar maakt. Door beide datasets samen te voegen ontstaat een gedetailleerde, panoramische kaart van het complete hart.
Geïntegreerd beeld
Het systeem bestaat uit zes gesynchroniseerde camera's. Vier hogesnelheidscamera's registreren de elektrische activatie van het hart, een vijfde verzamelt hyperspectrale gegevens om gezond weefsel, littekens en overgangszones te onderscheiden, terwijl een zesde camera een driedimensionaal model van het hart reconstrueert. Speciale software combineert deze informatie vervolgens tot één geïntegreerd beeld.
In een preklinische studie onderzochten de wetenschappers rattenharten vier weken na een experimenteel opgewekt hartinfarct. De hyperspectrale techniek bleek littekenweefsel nauwkeurig te herkennen aan karakteristieke collageensignalen. Door deze informatie te koppelen aan de elektrische activiteit konden de onderzoekers direct zien hoe littekenweefsel de geleiding van elektrische impulsen beïnvloedt.
De metingen lieten zien dat elektrische signalen vaak om littekenweefsel heen werden geleid, maar vertraagden of zelfs blokkeerden zodra zij beschadigd weefsel bereikten. Ook ontstonden afwijkende elektrische impulsen regelmatig in de overgangszone tussen gezond en beschadigd hartweefsel, een gebied dat al langer bekendstaat als een belangrijke bron van hartritmestoornissen.
Volgens de onderzoekers biedt de combinatie van anatomische en functionele informatie "een veel completer beeld van de gevolgen van structurele hartschade dan beide technieken afzonderlijk".
Brede ontwikkeling
Hoewel de techniek zich nog in de preklinische onderzoeksfase bevindt, past zij binnen een bredere ontwikkeling waarbij innovatieve beeldvorming de cardiologische diagnostiek steeds verder verbetert. Zo bleek eerder dit jaar dat een AI-ondersteunde MRI-techniek de beeldkwaliteit bij patiënten met hartritmestoornissen aanzienlijk kan verbeteren.
De methode verkort bovendien de scantijd en behaalde in onderzoek een slagingspercentage van 100 procent, tegenover 88 procent voor conventionele cardiale MRI, zo vertelde hoofdonderzoeker Nan Zhang van de Zhongshan Hospital of Fudan University.
Ook worden MRI-technieken gecombineerd met innovaties uit de ruimtevaart. Onderzoekers van de Universiteit van Texas ontwikkelden vorig jaar een systeem waarbij een speciale onderdrukbroek de bloedcirculatie tijdens een MRI realistischer nabootst, waardoor hartafwijkingen tijdens inspanning beter zichtbaar worden. Daarnaast ontwikkelden zij een niet-invasieve MRI-methode om het zuurstofgehalte in het bloed te meten, zonder gebruik van katheters.
Samen laten deze ontwikkelingen zien dat geavanceerde beeldvorming zich steeds meer ontwikkelt van een puur diagnostisch hulpmiddel tot een technologie die verschillende soorten informatie combineert. Dat biedt onderzoekers én artsen steeds meer mogelijkheden om hartziekten eerder, nauwkeuriger en patiëntvriendelijker te diagnosticeren en uiteindelijk gerichter te behandelen.
