Tweeëneenhalf jaar heeft David Bessems in de clinch gelegen met een reviewer van het Journal of Fluid Mechanics - volgens Bessems ‘het meest prestigieuze journal’ in zijn werkgebied. De reviewer twijfelde aan Bessems’ bevindingen. Maar hij moest uiteindelijk zijn ongelijk toegeven, en dit jaar verscheen het stuk toch in het blad. Tot opluchting van de voormalige BMT-promovendus. “Dit artikel betreft het meest relevante deel van mijn promotieonderzoek. Vooral hiervan hopen we dat andere onderzoekers ernaar gaan verwijzen.”
Het meningsverschil ging over Bessems’ toepassing van een ‘snelheidsprofielfunctie’. Dat is, als je een dwarsdoorsnede van een bloedvat bekijkt, een functie die de snelheid van het bloed op alle punten in die dwarsdoorsnede beschrijft. Tot nu toe gebruikte men daarvoor een eenvoudige formule, die globaal zei: aan de wand is de snelheid laag, en in het midden is de stroomsnelheid hoog. Maar, weet de BMT-onderzoeker, al sinds 1957 is zeer exact bekend dat als je goed kijkt naar water dat door een buis stroomt, dat heel dicht bij de wand -in de zogenoemde grenslaag- je ziet dat het water langzaam achteruit kan stromen. Voor een bloedvat maakt dat nogal wat verschil. Bloedvaten moeten namelijk geprikkeld worden door de stroming anders maakt het lichaam niet genoeg wandcellen aan om het vat op sterkte te houden. Bij gezonde vaten gaat dat prima, maar in een verwijding van een bloedvat -een zogeheten aneurysma- zakt de stroomsnelheid omlaag, en daarmee ook de prikkeling van de vaatwand. Het gevolg: scheuringen en interne bloedingen. Een arts wil dus graag weten wat de wrijving van het bloed tegen de wand is. Bessems wist de beschrijvingen uit 1957 als eerste toe te passen in een vatenmodel, middels een nauwkeurige benadering. De output van zijn model: druk, stroomdebiet en wrijving, op alle plaatsen in het vatenstelsel.
Bessems wist nog een manco te fixen. Tot nu toe gaan hart- en vaatmodellen uit van elastische vaatwanden. Dat klopt -een bloedvat verwijdt als de druk hoger is, anders zou je ook geen ‘pols’ kunnen voelen- maar het is niet compleet. Bloedvaten vertonen namelijk ook een beetje kruip: bij constante hogere druk, blijft de uitzetting een beetje toenemen. Dat effect dempt de bloeddrukpuls. Op grotere afstand van het hart wordt de druk in de vaten steeds constanter en de drukpuls minder voelbaar. Bessems vertaalde dit visco-elastische gedrag van vaten door een soort veer-demperberekening op te nemen. Dit leidt volgens hem tot aanzienlijk nauwkeurigere voorspellingen van de drukpuls. In het hoofdbloedvat in het onderbeen wijkt de voorspelde waarde van zijn model al vijftien procent af van de oude modellen. Dat zijn model klopt, toonde hij aan met metingen aan een proefopstelling van buizen van visco-elastisch materiaal waar hij waterpulsen doorheen stuurde. De resultaten van deze empirische proeven, uitgevoerd door dr. Christina Giannopapa, kwamen goed overeen met de door hem voorspelde waarden.
Een derde element dat hij opnam in zijn model, waren vernauwingen (stenosen) en verwijdingen. Bij een fikse stenose zakt de druk stevig weg, door wervels in de stroming. Om het stroomgedrag op deze plekken te beschrijven, moest hij aparte modellen ontwikkelen die vervolgens een plek kregen in zijn grote ‘eendimensionale golfvoortplantingsmodel’.

Van links naar rechts: een MR-scan van een patiënt, een MR-scan waarin de slagaders herkend en gedimensioneerd zijn en een visuele weergave van het model dat ervan afgeleid is.

Gebruiksklaar
Het product dat Bessems hiermee heeft weten te maken, is bijna gebruiksklaar. Het kost maar tien minuten om MR-beelden van een patiënt vrijwel volautomatisch om te zetten naar een simulatiemodel van het vatenstelsel. Daarmee kan een arts vervolgens direct bekijken wat de gevolgen zijn van verschillende ingrepen. Toch zal het model niet op korte termijn in het ziekenhuis terug te vinden zijn, verwacht Bessems. Zijn model moet nog duchtig aan de tand gevoeld worden voor het toegepast mag worden in de geneeskunde. En ook zijn model is nog niet compleet, weet de onderzoeker: “MR-scans laten alleen de bloedvaten zien, maar niet de dikte van de vaatwanden en de eigenschappen ervan. Daarvoor is de beeldresolutie te laag.” Dus gebruikt zijn model daar nu nog aannames voor. Wat volgens hem niet wegneemt dat het door hem ontwikkelde systeem aanzienlijk beter werkt dan de bestaande middelen om gevolgen van ingrepen te voorspellen. Waarom artsen er dan niet om staan te springen? Conservatisme, denkt hij. “Artsen nemen niet snel iets aan van ons techneuten.”/.

Dr.ir. David Bessems is op 19 september gepromoveerd op zijn proefschrift getiteld ‘On the propagation of pressure and flow waves through the patient-specific arterial system’.