De grenzen van veilig vliegen kun je voelen. Gaat een vliegtuig te snel, dan trilt het uit elkaar. Te langzaam, dan val je uit de lucht. Nu vliegtuigen steeds complexer zijn geworden, zijn er wiskundige modellen nodig die uitrekenen wat de veilige grenzen zijn.
Precies die wiskundige modellen gebruikt cardioloog-intensivist Christiaan Meuwese om per patiënt allerlei veiligheidsmarges te berekenen. Dat doet hij samen met de TU Delft. Recentelijk publiceerden ze erover in European Heart Journal, Critical Care en Trends in Cardiovascular Medicine.
Holy grail
Artsen werken meestal met algemene richtlijnen. Voor veel metingen, zoals hoeveel bloed het hart minimaal moet rondpompen, bestaan grenzen die aangeven wat ‘veilig’ is. ‘Die grenzen zijn voor iedereen hetzelfde, terwijl patiënten enorm van elkaar verschillen’, legt Meuwese uit. Hij vervolgt: ‘De holy grail is gepersonaliseerde zorg. Dus de juiste behandeling, toegesneden op de patiënt.’
In de praktijk blijkt dat lastig toe te passen. Bij het behandelen van een kritisch zieke patiënt komt een enorme hoeveelheid data kijken, bijvoorbeeld: gewicht, bloeddruk, hoeveel zuurstof het lichaam nodig heeft of hoeveel lucht iemand inademt. Voor artsen is het lastig om al die data van kritisch zieke patiënten te overzien. ‘Dat wordt bovendien steeds moeilijker. De technieken worden complexer en we krijgen steeds meer te weten over onze patiënten, dus steeds meer data om te verwerken.’
Vloot
Een framework om die complexiteit te verwerken ontbreekt in de zorg. Daar trok Meuwese een parallel met de luchtvaart. Hij stapte af op Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek-deskundige Joris Melkert van de TU Delft.
De onderzoekers bij elkaar op bezoek. Meuwese in het testvliegtuig en Melkert in het ziekenhuis.
Melkert: ‘Rond 1950 zag je in de luchtvaart namelijk precies hetzelfde probleem. De vliegtuigen waren, door een industrie-boost tijdens de Tweede Wereldoorlog, veel complexer geworden. Piloten konden dat niet altijd bijhouden. Waar ze voorheen nog ‘op gevoel’ vlogen, werd dat na de oorlog bijna onmogelijk. Over de Lockheed F-104 Starfighter uit eind 1950 wordt gezegd dat bijna een derde van de vloot neerstortte, omdat de piloten de controle over het toestel verloren.’
Dat probleem werd toendertijd opgelost met algoritmes. Moderne vliegtuigen vliegen nu grotendeels automatisch binnen hun veilige limieten, rekening houdend met hoogte, belading, maar ook dynamische factoren zoals windstoten. Het model dat daarachter zit heet de flight-envelope. Melkert legt uit dat de grenzen in een grafiek er ook een beetje uitzien als een envelop. Vlieg je binnen de envelop, dan zit je goed. Daarbuiten? Dan wordt het gevaarlijk.
Vertaalslag
Het is precies die flight-envelope die Meuwese en Melkert gebruikten voor een vertaalslag naar de zorg. Samen ontwikkelden ze het concept waarbij ze de envelope-modellen toepassen op verschillende metingen in de cardiologie, waaronder het monitoren van cardiogene shock en beademing. ‘De modellen kunnen een grote complexiteit aan data verwerken, die artsen niet meer kunnen overzien.’
‘De kunst is om precies genoeg te geven: niet te weinig, maar zeker ook niet te veel.’
Met behulp van de envelope-modellen zou het straks misschien mogelijk zijn om veel nauwkeuriger te bepalen wat een patiënt nodig heeft. Bijvoorbeeld hoeveel medicatie het hart moet ondersteunen, hoeveel vocht iemand krijgt en of er een mechanische pomp nodig is. ‘Elke behandeling heeft ook nadelen’, zegt Meuwese. ‘De kunst is om precies genoeg te geven: niet te weinig, maar zeker ook niet te veel.’
De lucht in
Voordat het zover is, is er nog een lange weg te gaan. Een eerste stap zou zijn om te controleren of de grenzen van de modellen kloppen met de werkelijkheid. Meuwese mocht op de TU Delft al eens eerder de grenzen van een flight-envelope verkennen. ‘Met een laboratoriumvliegtuig gingen we de lucht in. Naast mij zaten studenten met een laptop op schoot de berekeningen te maken. En dan vlogen we net tegen de grenzen van de envelope aan om te controleren of hun berekeningen klopten. Dat kun je voelen: dan begint zo’n vliegtuig aan alle kanten te rammelen, of je valt ineens een stuk naar beneden.’
In de zorg kunnen de onderzoekers de modellen niet op eenzelfde manier controleren. ‘Het is natuurlijk niet ethisch om patiënten bewust die grenzen op te laten zoeken’, zegt Meuwese. De onderzoekers willen dat gaan doen aan de hand van bestaande patiëntgegevens. Door terug te kijken naar hoe het patiënten is vergaan, kunnen ze berekenen of de persoonlijke veiligheidsgrenzen uit het model overeenkomen met de werkelijkheid.
Totaalbeeld
Brede uitrol in de praktijk is vooralsnog nog niet in zicht, maar volgens Meuwese en Melkert is de eerste stap gezet. ‘Wat leuk is: dit idee slaat echt aan. Collega’s uit de cardiologie, intensive care en longgeneeskunde zijn enthousiast. En we hoeven niet bij het hart te blijven: voor organen zoals de longen en nieren kunnen afzonderlijke modellen worden gebouwd, die uiteindelijk samen één totaalbeeld van de patiënt vormen. Dat gaat helpen gedegen beslissingen te maken. Het is een totaal nieuw concept, maar het resoneert.’
Technisch UMC
De zorgvraag stijgt, terwijl de arbeidsmarkt steeds krapper wordt. Daarom is het nodig om steeds meer te innoveren in de zorg. Als technisch universitair medisch centrum ontwikkelt en implementeert het Erasmus MC samen met universiteiten en bedrijven innovatieve technologieën. Zoals beschreven in Koers28, de strategie van het Erasmus MC.
