Hulp bij moeilijk te vinden bloedvaten bij kinderen

Inleiding

Verschillende pogingen zijn reeds ondernomen om het aanprikken van bloedvaten te vergemakkelijken, onder andere door het bloedvat beter zichtbaar te maken, bijvoorbeeld met echo of met zichtbaar licht. Echter het gebruik van echo vereist een zekere mate van handigheid en ervaring, terwijl zichtbaar licht snel verstrooid waardoor penetratiediepte klein is [3-4]. Een andere oplossing is het gebruik van infrarood licht. Infrarood licht wordt relatief weinig verstrooid en geabsorbeerd door het weefsel in vergelijking met zichtbaar licht. Hierdoor is een grotere penetratiediepte mogelijk en ontstaat een beter beeld. Op basis van deze kennis is er op de afdeling Medische Technologie en Klinische Fysica van het UMC Utrecht een apparaat ontworpen, de VascuLuminator, dat bloedvaten zichtbaar kan maken met behulp van infrarood licht.

Ontwerp van de VascuLuminator
De VascuLuminator werkt door middel van transluminatie. Een lichtbron (LED), welke kortegolf infrarood licht uitzendt met een golflengte van 850 nm, wordt onder de prikplaats gehouden. Het licht schijnt door het weefsel heen, waar het door de bloedvaten wordt geabsorbeerd en door het overige weefsel voornamelijk wordt verstrooid. Het licht wordt opgevangen door een infraroodgevoelige CCD camera (640x480) met een zichtbaar licht blokkerend filter  (<850 nm) en omgezet in een beeld op een schermpje. Op dit beeld zijn de bloedvaten te zien als donkere lijnen tegen een witte achtergrond van het weefsel (figuur 1).

Bij het ontwerp zijn enkele keuzes gemaakt om het gebruikersgemak te bevorderen. Zo is de keuze gemaakt om het beeld te projecteren op een schermpje en niet op de prikplaats zelf, zodat de prikplaats ongehinderd zichtbaar blijft en de werkmethode zoveel mogelijk aansluit bij de bekende praktijk. Hierin is de VascuLuminator anders dan twee andere systemen op de huidige markt, de VeinViewer en de AccuVein, die het beeld wel op de prikplaats projecteren met behulp van zichtbaar licht. Daarnaast bevindt de camera zich bij de VascuLuminator direct onder het schermpje, zodat het beeld op het schermpje en de werkelijkheid precies uitgelijnd blijven. Ook de kijkafstand is in beide gevallen gelijk (figuur 2).
De lichtbron bestaat uit een Light Emitting Diode (LED), gekoppeld aan een lichtfiber, waarvan het uiteinde onder de prikplaats gehouden wordt.

Simulatie-onderzoek

De maximale diepte van zichtbaarheid van een bloedvat is beperkt, aangezien verstrooiing, hoewel minder dan bij zichtbaar licht, nog altijd een rol speelt. Hierdoor neemt de informatie die uit het licht te halen valt exponentieel af met de diepte waarop de te visualiseren structuur (in dit geval een bloedvat) zicht bevindt. Ook de dikte van het bloedvat speelt hierin een rol; een dunner bloedvat zal eerder niet meer zichtbaar zijn dan een dikker bloedvat. Twee eigenschappen van het weefsel bepalen de mate van verstrooiing en absorptie van het licht, respectievelijk de verstrooiingscoëfficiënt (gecorrigeerd voor anisotropie) en de absorptiecoëfficiënt en daarmee de afstand die het licht ongehinderd kan afleggen.

Om te kunnen bepalen tot welke diepte men met infrarood licht van 850 nm bloedvaten zichtbaar te maken zijn, is er een fantoom ontworpen dat op deze golflengte dezelfde absorptie en verstrooiingscoëfficiënt heeft als weefsel. Hiertoe is een mengsel gemaakt van water met Intralipid (intraveneuze voeding van water en pure sojaolie). Omdat de eigenschappen van Intralipid redelijk stabiel zijn en de emulsie op een redelijk voorspelbare wijze licht verstrooid, is het goed bruikbaar als weefselfantoom. Een concentratie van 0.1% Intralipid geeft een verstrooiingscoëfficiënt van 0.9 per mm, vergelijkbaar met weefsel [5]. De benodigde absorptiecoëfficiënt van 0.01 per mm werd bereikt door op een spectrometer de absorptiecoëfficiënt van Indische inkt te meten en op te lossen tot de juiste waarde was bereikt. Fantoombloedvaten werden gemaakt met behulp van epoxyhars, gemengde met TiO2 (3.5 mg/ml) om een verstrooiingscoëfficiënt van 3.5 per mm te verkrijgen en met phtalocyanine poeder, welke met behulp van een spectrometer op een waarde van 0.5 per mm (absorptiecoëfficiënt ) werd gebracht. De epoxyhars werd ingebracht in urinecatheters van verschillende diktes (1, 1.6, 2.6 en 3.6 mm), welke na uitharding werden verwijderd.

Om de maximale diepte van zichtbaarheid te bepalen werd een bad opgesteld met een 3 cm dikke laag van het Intralipid mengsel. Hierin werden de bloedvaten met stappen van 0.5 mm omlaag gebracht, waarbij van elke stap met behulp van de VascuLuminator camera een direct beeld opgenomen werd. Van elk beeld werd de relatieve intensiteit (het verschil tussen de contrastwaarde van de pixels in het midden van het bloedvat ten opzichte van de pixels van het omringende weefsel) vastgesteld. Ook werd de maximale diepte van zichtbaarheid per bloedvat beoordeeld door onafhankelijke proefpersonen. De combinatie van beide grafieken is te zien in figuur 3.

Tevens werd er een vergelijkingsonderzoek gedaan tussen de VascuLuminator en twee andere infraroodsystemen; de Veinviewer en de Accuvein. Omdat deze twee apparaten werken op basis van reflectie, was het niet mogelijk het vloeibare fantoom te gebruiken, omdat de reflectie dan teveel verstoort zou worden door het vloeibare oppervlak. In plaats daarvan werden grafietstaafjes in dierlijk weefsel ingebracht. De grafietstaafjes waren 1 mm, 0.7 mm en 0.5 mm dik en werden op verschillende dieptes ingebracht. Ook in dit geval werd weer de relatieve intensiteit vastgesteld tussen grafietstaafje en omringend weefsel. Het resultaat is te zien in figuur 4. Zoals te zien is, zijn de waardes redelijk vergelijkbaar tussen de drie apparaten. De VeinViewer heeft een iets hoger contrast dan de andere twee apparaten, met name voor de kleinere vaten. Een reden hiervoor kan zijn dat de VeinViewer ook beeldbewerking gebruikt om het contrast te versterken, waardoor het bloedvat beter zichtbaar wordt. Echter, een mogelijk nadeel hiervan is dat het bloedvat groter afgebeeld zou kunnen worden dan het in werkelijkheid is. 

Klinisch onderzoek

Klinisch onderzoek naar de werkzaamheid van de VascuLuminator werd verricht in drie verschillende klinische settings, namelijk bij bloedafname, bij inbrengen van een arteriële lijn en bij inbrengen van een veneus infuus [6-8]. In alle gevallen was de belangrijkste parameter de slaagkans bij de eerste poging (ofwel het succesvol afnemen van bloed of inbrengen van een infuus bij de eerste prik). Daarnaast werd ook de tijdsduur gemeten van de procedure. Tevens werd genoteerd of de bloedvaten zichtbaar waren met de VascuLuminator. De onderzoekspopulatie bestond in geval van de bloedafname uit kinderen van 0 – 6 jaar, bij de arteriële lijn uit kinderen van 0 – 3 jaar en bij de veneuze infusen uit kinderen van 0 – 18 jaar.

Zoals te zien in tabel 1, is er alleen een verschil gevonden bij de slaagkans van de eerste poging bij bloedafname. Bij inbrengen van een arteriële lijn was er wel een verbetering van de slaagkans zichtbaar, dit was echter geen significant verschil. Tijdsduur van de procedure is echter de belangrijkste factor bij het inbrengen van een arteriële lijn, omdat deze kostbare anesthesietijd in beslag neemt. Hierin werd geen verschil gevonden. Opvallend was wel dat de tijdsduur tot de eerste terugstroom van bloed, een teken dat de arterie geraakt is, beduidend korter was dan de totale proceduretijd (respectievelijk 3 minuten en 9 minuten). Bij het inbrengen van veneuze infusen werd geen enkel relevant verschil gevonden in tijdsduur (welke met VascuLuminator zelfs iets langer was) of in slaagkans. Bij alle procedures bleek dat in een groot gedeelte van de patiënten (> 80%) het bloedvat goed zichtbaar was met de VascuLuminator (figuur 5).

Discussie

Het aanprikken van bloedvaten is een bekend probleem bij kinderen, omdat de bloedvaten vaak slecht zichtbaar en voelbaar zijn. Op basis van de kennis dat korte golf infrarood licht een diepe weefselpenetratie vertoont, door afname van verstrooiing en absorptie in het weefsel, en wel goed geabsorbeerd wordt door het bloed in de bloedvaten, werd de VascuLuminator ontwikkeld. Het simulatieonderzoek en het klinische onderzoek laat zien dat de VascuLuminator goed in staat is relevante bloedvaten zichtbaar te maken.

Ondanks deze goede resultaten op het gebied van visualiseren van de bloedvaten, bleek er toch maar beperkt klinisch voordeel te zijn. Er werd een duidelijke verbetering van de slaagkans gevonden bij bloedafname, echter deze werd niet teruggezien bij het inbrengen van de arteriële lijnen en de veneuze infusen. Zeker in geval van de veneuze infusen was de populatiegrootte dusdanig groot dat met redelijke zekerheid valt te zeggen dat er geen effect was op klinische uitkomsten met gebruik van de VascuLuminator.

Een reden van dit gebrek aan klinische werkzaamheid bij het inbrengen van infusen kan zijn dat niet zozeer het lokaliseren van het bloedvat, maar eerder het vervolgens opschuiven van het infuus of de lijn het probleem is. Ten eerste zou dit het gevonden effect bij bloedafname kunnen verklaren, waarbij opschuiven van een infuus immers niet aan de orde is en alleen het bloedvat gelokaliseerd hoeft te worden. Ook het tijdsverschil tussen het raken van de arterie en de gehele procedure van inbrengen van een arteriële lijn kan hiermee verklaard worden. Dit verschil lijkt er namelijk op te wijzen dat de arterie vrij snel gevonden wordt, maar dat het succesvol opschuiven vervolgens lastig blijkt. In dat geval is er geen groot voordeel te behalen met het zichtbaar maken van bloedvaten. Dit zou ook het geval kunnen zijn bij het inbrengen van een veneus infuus. De resultaten van de andere systemen op de markt lijken deze verklaring te ondersteunen [9-10].

Een andere mogelijke verklaring is de keuze van de studiepopulatie. In de huidige populatie waren er zeer weinig patiënten met een donkere huidskleur. Het zou zo kunnen zijn dat bij deze patiënten wel voordeel te behalen is, omdat de lokalisatie van het bloedvat in dat geval lastiger is. Ook is het mogelijk dat bij patiënten die bekend zijn als moeilijk te prikken, en dus misschien slecht zichtbare bloedvaten hebben, er wel resultaat valt te behalen. Ten slotte zou het systeem misschien mogelijkheden kunnen bieden voor zorgverleners die nog weinig ervaring met prikken hebben en dus moeite kunnen hebben het bloedvat te lokaliseren.

Concluderend laat het onderzoek zien dat de VascuLuminator voordeel kan bieden bij bloedafname, maar niet direct voordeel biedt bij het inbrengen van een infuus of arteriële lijn in een populatie van voornamelijk blanke patiënten van 0 tot 18 jaar. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen of de VascuLuminator op andere gebieden eventueel wel voordeel kan bieden.