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Herzklappen-OP: Software simuliert Eingriff am virtuellen Herzen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Das Fraunhofer MEVIS hat ein neues Verfahren vorgestellt, bei dem Chirurgen an den Herzklappen minimalinvasiv operieren können. Grundlage ist eine Software, die den Eingriff nachbildet.

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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.
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.
(Bild: Fraunhofer MEVIS)

Ein Team des Fraunhofer MEVIS entwickelt ein Softwaresystem, um Chirurgen bei der Planung minimalinvasiver Herzklappen-OPs zu unterstützen. Eine der heute üblichen Operationsmethoden besteht darin, den Bereich, den die Herzklappe verschließen soll, durch das Einnähen eines speziellen Rings zu verkleinern. Das führt dazu, dass die Klappe nicht länger undicht ist und möglichst wenig Blut aus der Herzkammer in den Vorhof zurückfließt.

Die neue Software soll den Medizinern helfen, die Erfolgsaussichten eines solchen Eingriffs besser einschätzen und Art und Verlauf der OP genauer planen zu können. Am Anfang steht eine MRT-, CT- oder Ultraschalluntersuchung des Patienten, aus dessen Bilddaten die Experten ein dynamisches Herzmodell erstellen. Als Resultat lässt sich auf dem Bildschirm die Herzklappe in verschiedenen Phasen des Herzschlags betrachten.

Software bildet den Eingriff nach

In einer zweiten Stufe der Software lässt sich ein Eingriff nachbilden und ein Ring am virtuellen Herzen einnähen, der die Herzklappen-Insuffizienz beheben oder abmildern soll. „Anschließend simuliert das System, wie sich der Eingriff auf die Herzfunktion auswirkt“, berichtet die MEVIS-Forscherin Anja Hennemuth. „Dadurch lässt sich 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.

Ein Prototyp der Software ist fertig und wird derzeit validiert, also mit realen Patientendaten abgeglichen. Hierbei verwenden die Forscher Bildaufnahmen, die vor und nach einem Eingriff gemacht wurden. Dann simulieren sie nachträglich den Eingriff und prüfen anschließend, inwieweit Simulation und Realität übereinstimmen. Die Forscher sind mit den bisherigen Ergebnissen zufrieden.Die Methode soll in den nächsten Jahren in ein Produkt münden. Für die Zukunft soll das neue Verfahren auch auf andere Arten von Herzeingriffen übertragen werden.

Einen Gefäßkatheter navigieren

Ein weiteres vielversprechendes Projekt ist eine neuartige Navigationsmethode für Gefäßkatheter, vorgestellt von MEVIS-Institutsleiter Horst Hahn. Zwar sind solche Kathetereingriffe minimalinvasiv und damit schonend und kostengünstig. Doch um die Kathetherspitze kontrolliert und sicher durch die Venengefäße zum Herzen zu führen, braucht es bislang mehrfache Kontrastmittelgabe und Röntgendurchleuchtung, die zudem mit einer Strahlenbelastung für die Patienten verbunden ist.

Anders beim „Shape Sensing“: Hier verfügt der vordere Bereich des Katheters über Sensoren, die die jeweilige Krümmung des schlauchartigen Instruments erfassen können. Die Messdaten werden in eine Software gespeist. Sie enthält ein detailliertes Modell des Gefäßsystems, rekonstruiert aus einer vorherigen Bildaufnahme des Patienten. Durch den Abgleich von Modell und Messwerten lässt sich genau errechnen, an welcher Stelle sich die Katheterspitze gerade befindet. Der Bedarf einer aufwendigen und belastenden Bildgebung wird – so die Hoffnung – dadurch drastisch reduziert, die Navigation aber trotzdem vereinfacht.

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