Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Verschillende studies tonen aan dat de evolutie van de longvaatweerstand tijdens inspanning bij patiënten met aangeboren hartdefecten met verbinding tussen het linker en het rechter hart anders lijkt te verlopen dan bij gezonde personen, ook wanneer het hartdefect reeds gesloten werd. De vraag stelt zich of dit een lokaal hemodynamisch fenomeen is in de longbloedvaten (ten gevolge van de schade aan de longbloedvaten door de vroeger bestaande verbinding tussen het linker en het rechter hart), dan wel een uiting is van veralgemeend vaatlijden. Deze studie had als doel om de longvaatweerstand en de systeemvaatweerstand tegelijkertijd te onderzoeken in rust en tijdens gegradeerde inspanning bij een groep van patiënten die in het verleden een sluiting ondergingen van een ventrikel septum defect (VSD, gaatje in het hart tussen de linker en rechter hartkamer), in vergelijking met een gezonde controlegroep van zelfde geslacht en leeftijd. Patiënten met sluiting van een VSD werden geïncludeerd vanop de ambulante raadpleging van Congenitaal Hartlijden van de Universitaire Ziekenhuizen Leuven. Een geslacht- en leeftijd-gerelateerde gezonde controlegroep werd gezocht binnen de familie, vriendenkring en collega’s van de onderzoekers. Alle deelnemers ondergingen een echografie van het hart in rust en tijdens een steeds zwaarder wordende inspanning op een ligfiets, tot de patiënt aangaf niet meer verder te kunnen fietsen. De totale systeemvaatweerstand werd berekend als de verhouding van de gemiddelde bloeddruk tot het hartdebiet, de totale longvaatweerstand als de verhouding van de gemiddelde longdruk tot het hartdebiet. De helling van de curves die de evolutie van de gemiddelde bloeddruk of longdruk ten opzichte van het hartdebiet tijdens inspanning uitdrukken, werd berekend aan de hand van een lineaire regressiemethode. Patiënten met sluiting van een VSD en controlesubjecten vertoonden gelijkaardige basiskenmerken (zoals leeftijd, gewicht, lengte en bloeddruk) en eigenschappen op echografie van het hart in rust. Patiënten met VSD hadden een lager inspanningsvermogen en een lager hartdebiet tijdens maximale inspanning, doch vergelijkbare longdrukken tijdens piekinspanning als controlesubjecten. De totale systeemvaatweerstand in rust en tijdens maximale inspanning was gelijkaardig in beide groepen. De totale longvaatweerstand tijdens maximale inspanning was significant hoger in de VSD groep. De gemiddelde helling van de curve die de evolutie van de gemiddelde longdruk ten opzichte van het hartdebiet uitdrukt, was steiler in patiënten dan in controlesubjecten. Deze bevindingen suggereren dat er zich eerder een lokaal fenomeen van abnormale hemodynamiek in de longbloedvaten voordoet, en er onvoldoende evidentie is voor een veralgemeend vaatlijden. Dit is een belangrijk gegeven dat de verdere begeleiding en behandeling van deze patienten kan sturen. Deze studie toont eveneens aan dat evaluatie in rust van patiënten met sluiting van een gaatje in het hart vaak niet voldoende is, maar dat het van groot belang is deze patiënten ook op te volgen met inspanningstesten.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Hartproblemen zijn wereldwijd een veelvoorkomend gezondheidsprobleem en worden regelmatig behandeld door het plaatsen van een nieuwe hartklep. De mechanische hartklep die vandaag de dag standaard gebruikt wordt, is de St. Jude Medical (SJM) hartklep. Hoewel dit een kwalitatief zeer hoogstaande aortaklep is, kent deze enkele opvallende nadelen. Zo zijn patiënten levenslang genoodzaakt anti-bloedstellingsmedicatie te nemen en maakt de klep continu een tikkend geluid. Daarom zoekt men steeds naar nieuwe alternatieven die deze minpunten niet of in mindere mate bezitten. De Lapeyere-Triflo FURTIVA (TFUR) hartklep is een dergelijke nieuwe mechanische hartklep en kan mogelijk gebruikt worden als prothese voor patiënten wiens aortaklep vervangen dient te worden. Deze klep werd echter tot nog toe onvoldoende getest om reeds te gebruiken in de huidige geneeskunde. Deze studie had daarom als doel om meer kennis te verwerven over de innovatieve TFUR klep. Concreet werd de TFUR vergeleken met de SJM klep om zo de werking en kwaliteit ervan te beoordelen. De vergelijking van de hartkleppen gebeurde in deze studie aan de hand van een simulator die de volledige menselijke bloedsomloop simuleert. Om de werking van de kleppen te bestuderen werden ze in de simulator geplaatst zodat hun positie overeenkomt met de exacte positie van een hartklep in het menselijk lichaam, namelijk tussen de laatste hartkamer en de aorta. Om bloed na te bootsen werd een mengsel van water en glycerol (40 wt\% glycerol) gebruikt in ieder experiment. In een eerste experiment werden verschillende types patiënten gesimuleerd om na te gaan hoe beide kleppen zich gedragen in diverse situaties. De vergelijking van de kleppen gebeurde via drukgolven die de bloeddruk in de aorta en de laatste hartkamer weergeven. Uit de resultaten bleek dat beide kleppen een zeer gelijkaardige dynamische werking hebben. Toch werd telkens een verschil gevonden in het punt van de drukgolven dat overeenkomt met het sluiten van de klep. Dit was steeds vroeger waarneembaar in de drukgolf van de TFUR aortaklep. Dat geeft aan dat deze klep sneller sluit nadat het hart het bloed in het lichaam gepompt heeft, in vergelijking met de SJM klep. Deze bevinding is in het voordeel van de TFUR klep, aangezien een zo snel mogelijke sluiting van de klep een terugvloei van bloed naar het hart kan voorkomen. Vervolgens werd in dit experiment een analyse uitgevoerd van de bloedstroom doorheen de klep. Hieruit konden echter geen betrouwbare resultaten bekomen worden vanwege de onnauwkeurige werking van het meettoestel. Ten slotte werd het verschil in druk voor en na de klep bestudeerd om zo inzicht te krijgen in de weerstand die de klep levert op de bloedstroom. Hiervoor werd een constante bloedstroom door de klep gestuurd. Dit werd uitgevoerd voor verschillende stroomsnelheden (5 tot 140 cm/s) aangezien de stroomsnelheid ook in het menselijke lichaam erg varieert. Uit dit experiment bleek een gelijkaardig weerstandsverloop voor de beide kleppen. Zowel de SJM als de TFUR interfereren zeer weinig met de bloedstroom doorheen de klep. Uit deze studie blijkt dat de TFUR aortaklep een mogelijke kandidaat is om, net zoals de SJM klep, gebruikt te worden als prothese voor de aortaklep in de hedendaagse geneeskunde. Echter, hoewel de resultaten veelbelovend zijn, dient toekomstig onderzoek extra bevestiging te leveren vooraleer de TFUR effectief gebruikt kan worden als prothese.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Fluid resuscitation is an essential part of early goal directed therapy in critically ill patients with septic shock to improve tissue perfusion. However, there is increasing evidence that unnecessary or excess use of intravenous fluids is associated with increased risk of complications, length of ICU stay and morbidity and mortality. Therefore, the benefit of fluid administration must outweigh the risk of possible complications. Dynamic indices, such as the pulse pressure variation (PPV), are shown to be valid predictors of fluid responsiveness despite some restrictions to use these parameters in clinical practice. In this thesis, we tested the suitability of a cardiorespiratory simulator as a part of a personalized cardiorespiratory model to predict fluid responsiveness in ICU patients. The simulator we tested provides a representation of the cardiovascular system and assisted mechanical ventilation. As a first step in assessing the capacity of such a cardiorespiratory simulator to predict fluid responsiveness and as a proof of concept pilot experiment, we aimed to compare the simulator capacity to predict PPV in a limited number of fully-sedated and mechanically ventilated patients with the real-life monitor data. We did not only test the simulator during one baseline measurement but we also evaluated the effect of two interventions on the prediction of PPV. We adjusted the tidal volume of the ventilator and gave the patients a fluid challenge to evaluate the effect on PPV. Patients’ data were collected and subsequently used as input for the cardiorespiratory simulator. Simulator output, in terms of pressure profiles, cardiac output, ventricular volumes and PPV were collected. The simulated data were eventually compared to the real-life clinical data. Our comparison shows a reliable prediction of basic hemodynamic parameters like heart rate, blood pressure and central venous pressure. Concerning the PPV, the differences between the measured and predicted simulated data show that the current simulation is not yet accurate enough, but the simulator tends to follow the changes that occur due to our interventions. Further testing in future will be necessary in order to improve the current simulator, making it a reliable bedside decision support system in the evaluation of fluid responsiveness.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Atriumfibrillatie is de meest voorkomende hartritmestoornis ter wereld en treft iedere sociale klasse. Een van de behandelingsprocedures is ablatie, waarbij het hartweefsel beschadigd wordt door verbranding of bevriezing via een katheter. Om te voorkomen dat er te veel of te weinig littekenweefsel wordt aangebracht, kan er gebruik gemaakt worden van katheters die de contactkracht meten. Dit is een relatief nieuwe techniek. Om de prestatie van een dergelijke katheter te kunnen testen, is er nood aan een goede testomgeving. Het doel van deze thesis is om via een hartmodel een realistische nabootsing te creëren van de condities aanwezig in een echt hart tijdens een ingreep. Het ontwikkelde systeem kan vervolgens gebruikt worden als testomgeving voor een katheter met krachtdetectie. Ablatie gebeurt in het linkeratrium, waarbij het contact van de katheter met de wand beïnvloed wordt door de bloedstroom en de beweging van het hart zelf. In deze thesis wordt er een analyse gedaan van deze dynamische aspecten, door middel van data afkomstig uit hartonderzoek. Vervolgens worden deze gegevens gebruikt voor het ontwerpen en ontwikkelen van twee systemen die enerzijds de doorstroming door het linkeratrium en anderzijds de beweging van de wanden simuleren. Het systeem dat wordt gebruikt om de stroming door het hartmodel te genereren, maakt gebruik van een glycerolwatermengsel met vergelijkbare dynamische eigenschappen als deze van bloed. De vloeistofstroom wordt gerealiseerd door een reservoir op de toevoer, en een drukregelaar op de uitlaat van het hartmodel aan te sluiten, met behulp van flexibele slangen. Tussen het model en de machine bevinden zich een in-line filter en een klep. Het reservoir genereerd een constante druk en kan vergeleken worden met de longaders. De klep is een veerloze terugslagklep die functioneert als de mitralisklep en de machine genereert een drukprofiel vergelijkbaar met dat van het linkerventrikel terwijl de filter deze beschermt tegen beschadiging van de tandwielpomp. Het gedrag van het systeem wordt getest en gecontroleerd door de hoogte van het reservoir en het drukprofiel van de machine te regelen. De invloed van de hoogte en de hartslag op het drukprofiel binnen het hartmodel kan geobserveerd worden. Het systeem dat verantwoordelijk is voor de beweging van de wanden van het hartmodel maakt gebruik van een lineaire actuator, aangedreven door een elektrische gelijkstroommotor. De lineaire actuator maakt gebruikt van een spindel om rotatie van de motor om te zetten in translatie van een vinger die de wand van het hartmodel indrukt. Het model is geïmobilliseerd op een platform voorzien van een bevestigingsmechanisme om het hart op zijn plaats te houden. Om een bepaalde locatie te doen bewegen, kan het platform 360° draaien en de bewegende vinger in hoogte worden aangepast. Deze zijn voorzien van een meetindicator die enerzijds de hoek, en anderzijds de hoogte aanduid. De beweging van de lineaire actuator wordt aangestuurd met behulp van een controller en encoder voor de motor. Het bewegingsprofiel dat overeenkomt met een bepaalde locatie wordt gerealiseerd door de benodigde posities en snelheden van de motor voor een enkele hartslag vooraf in te stellen. Dit profiel wordt herhaaldelijk opgelegd aan de motor om een beweging te krijgen die overeenkomt met een kloppend hart. Dit principe wordt in deze thesis onderzocht voor de beweging van de wand bij de longaders en de mitralisklep voor variërende hartsnelheden.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive cardiopulmonary disease in which the progressive rise in pulmonary vascular resistance and pulmonary arterial pressure cause gradual right ventricular (RV) failure. To this day, a bilateral lung transplantation remains the only curative treatment option for PAH. Due to the scarcity of donor lungs and the low average life expectancy of the patients, a substantial amount of the patients are unlikely to survive until transplantation. Therefore, a bridge to transplant becomes crucial in order to increase the survival rate of the disease. In this study, the possibility of using pulmonary artery-left atrium cannulated paracorporeal artificial lung (PAL) support as a bridge to transplant for patients suffering from PAH is explored. During this procedure, a low-resistance oxygenator is attached in between the pulmonary artery and the left atrium of the patient, creating a low-resistance branch parallel to the native pulmonary circulation. The influence of performing PAL support is examined by monitoring the patient’s pulmonary vascular input impedance (i.e. the impedance in the proximal pulmonary artery immediately distal to the pulmonary valve), as this provides a measure for RV load. In addition, the possibility of achieving RV unloading and an increased end-organ perfusion (i.e. the blood supply to the tissues) is explored. As these parameters depend on oxygenator characteristics, seven different hollow fiber membrane oxygenators were selected and compared based upon their hemodynamic suitability for PAL support. The experiments are performed in vitro with the use of the hybrid cardiovascular simulator of the department of cardiovascular sciences of the University of Leuven. The simulator is able to mimic the cardiovascular circulation of patients suffering from PAH by making use of a real time lumped parameter model. The oxygenators and their tubing are characterized in vitro by performing physical experiments. Next, their respective lumped parameter models are retrieved from measured data and added to the computational model of the simulator, thus modeling a patient undergoing PAL support. The effects of performing PAL support are examined on four different patient profiles, resembling different stages of progression of PAH. The results from the simulation show that PAL support causes improved end-organ perfusion for every stage of the disease progression. Additionally, RV unloading was achieved under moderate PAH, severe PAH and cardiogenic shock. Increased oxygenator compliance caused a decrease in both oxygenator impedance and pulmonary vascular input impedance, yet no direct correlation between decreased impedance and increased RV unloading was shown by the simulation. From the simulations, RV unloading and increased end-organ perfusion seem to be mainly driven by a decrease in pulmonary resistance, causing the oxygenator with the lowest resistance, being the ILA (Novalung, XENIOS AG, Heilbronn, Germany), to present itself as the most hemodynamically suitable option for PAL support at this moment. Keywords: hybrid cardiovascular simulator, lumped parameter model, oxygenator, paracorporeal artificial lung support, pulmonary arterial hypertension, pulmonary vascular input impedance