Herzklappen-OPs per Simulation planen

Überprüfung der bildbasierten geometrischen Parameter, die das Herz und seine Funktion beschreiben. Bei Patienten mit Mitralklappeninsuffizienz und veränderten Druckverhältnissen ändert sich das Zusammenspiel dieser Parameter. (Foto: Fraunhofer MEVIS)

Ein neues Verfahren zur Planung minimalinvasiver Herzklappen-OPs zeigt das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS nun auf der Tagung „CARS 2018“  in Berlin. Ziel ist es, minimalinvasive Herzeingriffe mit Hilfe moderner Daten- und Bildverarbeitungsalgorithmen effektiver und patientenschonender ausführen zu können.

Bei heute durchgeführten Herzklappen-OPs ist es eine gängige Methode, dass der  Bereich, den die Herzklappe verschließen soll, durch das Einnähen eines speziellen Rings verkleinert wird. Das führt dazu, dass die Klappe nicht länger undicht ist und möglichst wenig Blut aus der Herzkammer in den Vorhof zurückfließt. Die neue Software des Fraunhofer MEVIS soll den Ärzten dabei helfen, die Erfolgsaussichten eines solchen Eingriffs besser einschätzen und Art und Verlauf der OP genauer planen zu können. Dazu wird zunächst eine MRT-, CT- oder Ultraschalluntersuchung des Patienten durchgeführt. Aus den Bilddaten erstellen die Forscher dann ein dynamisches Herzmodell. An diesem Modell lässt sich dann auf dem Bildschirm die Herzklappe in verschiedenen Phasen des Herzschlags betrachten.

Im nächsten Schritt kann mithilfe der Software ein Eingriff ausgeführt und ein Ring am virtuellen Herzen eingenäht werden, der die Herzklappen-Insuffizienz beheben oder abmildern soll. „Anschließend simuliert das System, wie sich der Eingriff auf die Herzfunktion auswirkt“, sagt MEVIS-Forscherin Anja Hennemuth, die seit 2009 Leiterin der kardiovaskulären Forschung und Entwicklung am Fraunhofer MEVIS ist und bereits Pionierarbeit iner Entwicklung von Lösungen zur kardiovaskulären Bildanalyse und bildbasierten Modellierung leistete. Durch die Simulation lässt sich Hennemuth zufolge beurteilen, inwieweit das Herz leichter pumpen kann, weil das Blut durch das Einsetzen des Rings anders fließt. Letztlich können die Chirurgen verschiedenste Varianten des Eingriffs durchspielen, um am Ende die effektivste Möglichkeit zu identifizieren.

Prüfung mit Daten realer Herzklappen-OPs

Ein Prototyp der Software ist bereits fertiggestellt und wird derzeit validiert, also mit realen Patientendaten abgeglichen. Zu diesem Zweck nutzen die Forscher Bildaufnahmen, die vor und nach einem Eingriff gemacht wurden. Im nächsten Schritt simulieren sie nachträglich den Eingriff und prüfen anschließend, inwieweit Simulation und Realität übereinstimmen.

„Bislang sind die Ergebnisse sehr gut, die Chirurgen sind ausgesprochen zufrieden“, sagt Hennemuth. Sie hofft, die neue Methode innerhalb einiger Jahre in ein Produkt umsetzen zu können. „Grundlage unserer erfolgreichen Arbeit ist die enge interdisziplinäre Kooperation von Fraunhofer MEVIS, Charité und dem Team von Prof. Volkmar Falk am Deutschen Herzzentrum Berlin.“ Für die Zukunft soll das neue Verfahren auch auf andere Arten von Herzeingriffen übertragen werden.