Geluidsdiagnose van mechanische kunsthartkleppen ter voorkoming van trombose

‘Dokter er is iets mis, mijn hartklep klinkt anders…’

Geluidsdiagnose van mechanische kunsthartkleppen ter voorkoming van trombose.

Hartkleppen zijn de sluisdeuren van het bloedcirculatiesysteem. Ons hart telt er vier en ze regelen de doorstroming van het bloed, zodat het voldoende stuwing krijgt om de lange weg doorheen het lichaam af te leggen. Een fout in één van deze kleppen heeft dan ook fatale gevolgen.

Om hartfalen te voorkomen bij aangeboren hartklepafwijkingen, slijtage door ouderdom, infectie of andere oorzaken, is een klepvervanging vaak de enige oplossing. Hiervoor zijn er vandaag de dag twee mogelijkheden: een biologische ‘dode’ kunsthartklep van een varken, of een metalen ‘mechanische’ klep. De mechanische klep is echter de enige die het vermoeiende werk – een klep opent en sluit gemiddeld zo’n zeven miljoen keer per dag – levenslang uithoudt zonder te verslijten. Daarom is zij voorlopig de enige oplossing voor jonge patiënten en vinden er jaarlijks in Europa ongeveer 75 000 implantaties van deze kleppen plaats.

De kracht van de mechanische klep is echter meteen ook haar grootste zwakte: metaal. Ons immuunstelsel is immers zo opgebouwd dat het meteen reageert op lichaamsvreemde objecten, zoals metaal, door middel van een stollingsreactie van het bloed en de vorming van littekenweefsel. Deze ingebouwde veiligheid heeft in dit geval catastrofale gevolgen wanneer de op de klep gevormde bloedklonters (trombi) in de bloedbaan terechtkomen en ergens een opstopping veroorzaken, ook wel trombose genaamd. Het littekenweefsel kan ook de scharniertjes van de klep laten stroppen zodat de klep niet meer opent of sluit en het probleem weer van voor af aan begint. Sterfte door kunstklep gerelateerde trombose komt jaarlijks wereldwijd in 0.03 tot 4.3% van de gevallen voor, een niet verwaarloosbaar aantal.

Hoe goed de kleppen ook bedekt worden met zogenaamde ‘biocompatibele’ deklagen, het risico blijft bestaan. Daarom dienen patiënten met een kunsthartklep levenslang en dagelijks antistollingsmedicatie oftewel bloedverdunners te slikken. Het spreekt voor zich dat dit het risico op hevige bloedingen en andere ongunstige neveneffecten met zich meebrengt, waardoor de levenskwaliteit van deze patiënten soms onnodig daalt. Onnodig, omdat deze bloedverdunners preventief worden ingenomen, zonder zekerheid dat er überhaupt klonter- of littekenweefselvorming is. Het grootste deel van de tijd functioneert deze hartklep waarschijnlijk perfect normaal, maar dit kan niet gecontroleerd worden, noch met een stethoscoop, noch met gesofisticeerde technieken zoals echocardiografie en röntgen fluoroscopie.

Toch zullen sommige hartkleppatiënten deze laatste bewering durven weerleggen. ‘Dokter, er is iets mis, mijn klep klinkt anders.’, heeft al meer dan één arts van zijn patiënt te horen gekregen, en meer dan eens had deze het bij het rechte eind. Tot grote ergernis van sommigen, maar blijkbaar ook tot redding van anderen, produceert een mechanische kunsthartklep een hoogfrequent, repetitief klikgeluid. Bij het sluiten van de klep stoten de blaadjes namelijk tegen de klepring en bij het openen tikken ze tegen de scharniertjes, dit dus zeven miljoen keer per dag en in sommige gevallen ook hoorbaar voor de patiënt en omstaanders. Wanneer er zich een bloedklonter tussen de scharniertjes of op de klepblaadjes vormt, is er een verandering in de wijze van openen en sluiten, en kan het dus inderdaad zijn dat de klep anders gaat ‘klinken’.

Dit gegeven vormt het onderwerp van deze thesis. Als het mogelijk zou zijn het signaal van een mechanische kunsthartklep duidelijk en consequent te registreren en te analyseren, kan een beginnende trombose op tijd worden opgespoord. Op die manier moeten patiënten enkel bloedverdunners innemen wanneer het geluidssignaal klontervorming verraadt, wat een sterke verbetering in levenskwaliteit betekent en de huidige mortaliteit drastisch zou doen dalen.

De eerste uitdaging van deze opdracht: opmeten van het geluid. Bij het openen en sluiten van de hartklep produceert deze hoogfrequente maar zeer stille trillingen of geluidsgolven, rond de 13 kHz. Toevallig is het menselijk oor net vrij gevoelig voor deze frequenties, en is de mens ook in staat storende achtergrondgeluiden weg te filteren. Daarom dat dit klepgeluid voor de mens meestal vrij goed waarneembaar is. Bij een microfoon ligt dit anders, omdat deze even gevoelig is voor een hele reeks van frequenties en ook geen onderscheid kan maken tussen stoorgeluiden - komende van de bloedstroming, de ademhaling, een generator in de kamer,… - en ‘nuttige’ geluiden. In dit eindwerk is een meetopstelling ontworpen die de kwaliteiten van het menselijk oor nabootsen. Dit houdt in: een filter die de juiste frequenties extra versterkt, een tweede microfoon, die enkel de stoorgeluiden opmeet en deze dan aftrekt van het geluidssignaal opgenomen door de hoofdmicrofoon, en een geluidsisolerend kapseltje rond de microfoons, in de vorm van een stethoscoop, om deze van de resterende omgevingsgeluiden af te schermen. Het resultaat ziet er net uit als twee gewone stethoscopen, waarbij het oor van de arts dan wel vervangen is door een pc met een programma voor geluidsanalyse.

Dit programma voor geluidsanalyse vormde het tweede luik van dit eindwerk. De bedoeling was een diagnosemethode te ontwikkelen die dit ‘anders klinken’ van de hartklep precies kan kwantificeren, en die deze informatie dan in duidelijke taal terugkoppelt naar de arts. Een computeralgoritme ‘leest’ het opgemeten geluidssignaal en zoekt naar fouten die een beginnende trombose verraden. Dit is bijvoorbeeld het wegvallen van een typisch scharniergeluid of een verandering van de frequentie-inhoud van de geluidsgolf. Het programma somt deze fouten op en bekijkt vervolgens of ze van die aard zijn om te kunnen besluiten dat de klep zich in de ‘gevarenzone’ bevindt. Op dat ogenblik is het aan de arts om te beslissen om de medicatie op te drijven, of, in het slechtste geval, een nieuwe klep te implanteren.

Rome is niet in één dag gebouwd dus evenmin een nieuwe diagnosetechniek. Alle innovatieve medische technologie heeft een ellenlange weg af te leggen vanaf de eerste ontwikkeling, langs experimentele proeven op testopstellingen, testen op proefdieren en tot slot een klinische validatie bij patiënten. Op dit ogenblik loopt het onderzoek verder aan de KULeuven en is de vernieuwde meetopstelling en het analyseprogramma van dit eindwerk volop in gebruik in de fase van de proefdieren. De eerste testresultaten zijn veelbelovend en banen de weg naar een betere levenskwaliteit van een niet te onderschatten hoeveelheid mensen.