Herz-OP simulieren – passende Aortenklappe finden

Wenn die Herzklappe nicht mehr richtig funktioniert, ist eine Operation am Herzen unumgänglich. Wie erfolgreich eine solche Operation ist, liegt an vielen verschiedenen Faktoren, wie Geschlecht des Patienten, Anatomie des Herzens, Hormonstatus, aber auch an der Opera-tionsmethode. Damit für jeden Patienten schon vor einem chirurgischen Eingriff die passende Operationsbehandlung und optimale Herzklappe gefunden werden kann, haben Wissenschaftler der Charité Berlin computerunterstützte Simulationen entwickelt. Dabei soll es durch den Einsatz der Modellierung möglich sein, die Patienten-
spezifische „Antwort“ auf einen chirurgischen Aortenklappenersatz vorherzusagen.

Das Team aus Ärzten, Grundlagenforschern, Ingenieuren, Informatikern und Mathematiker um Dr. Sarah Nordmeyer und Professor Dr. Titus Kühne hat dafür eine virtuelle Studie durchgeführt. Zunächst wurden Informationen aus den Bereichen Genetik, Proteomik, Zellphysiologie, Blutfluss und ventrikulärer Biomechanik gesammelt, die in unterschiedliche Modelle einfließen. Von den Patienten wurde mittels 3D-Magnetresonanzthomographie (MRT) die individuelle Anatomie ermittelt und Informationen über den Blutfluss (Hämodynamik), sowie demographische Daten eingeschlossen. Darauf basierend wurde ein patientenspezifisches 3D-Modell der Herzklappe erstellt und virtuell verschiedene Opera-tionen durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Simulation zeigen an, wie der Blutfluss, die Geometrie oder der Druck auf die Aortenwand durch die unterschiedlichen Operationsansätze sein kann. In der klinischen Studie wurden die virtuellen Ergebnisse mit den tatsächlichen klinischen Operationen nach Ersatz der Aortenklappen bei den gleichen Patienten verglichen. Tatsächlich sagte die Simulation die Operationsergebnisse – beispielsweise die Blutströmung oder die Anatomie – mit hoher Genauigkeit vorher und zeigt, dass der Operationserfolg für den individuellen Patienten vorhersagbar ist.

Nun sind noch klinische Studien und die Zulassung nach dem Medizinproduktegesetz notwendig, damit eine solche Operations-Simulation in der täglichen Routine zum Einsatz kommen kann.

Spotlight aus dem Demonstratorverbund SMART - Systemmedizinische Ansätze bei Herzinsuffizienz, aus der Broschüre "Systemmedizin - Von Big Data zur personalisierten Medizin".