Digitale Kardiologie

Auf dem Weg zur personalisierten TAVI

Blick ins Innere eines Herzens, in das über einen schmalen Schlauch eine künstliche Herzklappe eingeführt wird.

Die neue Herzklappe wird via Katheter im Herzen implantiert.

Quelle: BVMed

Die Kombination aus 3D-Modelling und Maschinenlernen könnte für die invasive Kardiologie die nächste Revolution bedeuten. Am digitalen Reißbrett lassen sich nicht nur neue Implantate schneller entwickeln. Die Intervention lässt sich auch im Vorfeld individuell simulieren. von Philipp Grätzel

Zwei wichtige Komplikationen gibt es, wenn Kardiologen bei einem Patienten mit Aortenstenose eine Transkatheter-Aortenklappen-Implantation (TAVI) implantieren. Es können „Leaks“ entstehen, bei denen Blut am Implantat vorbei fließt. Und es kann zu Schäden am Reizleitungssystem des Herzens kommen, was im Extremfall bedeutet, dass der Patient nach der Implantation einen Schrittmacher benötigt. Beides versuchen Kardiologen zu vermeiden, indem sie aus einer Palette unterschiedlicher Implantatgrößen die richtige auswählen. Basis dafür sind CT- und Ultraschallbilder, die vor dem Eingriff angefertigt werden und anhand derer die Aortenklappenregion ausgemessen wird.

Personalisierte Simulation sagt Risiken voraus

Doch der Augenschein kann trügen. Noch immer kommt es bei einem Teil der Patienten bereits früh zu Leaks und damit höherer Sterblichkeit. Und noch immer haben viele Patienten nach einem TAVI-Eingriff nicht nur ein Implantat, sondern auch einen Schrittmacher. Bei 15 bis 30 Prozent der Patienten treten solche Probleme auf, abhängig von Implantat und individueller Anatomie. Nun könnte eine neue Technologie die Komplikationen bei der TAVI möglicherweise eindämmen. Matthieu de Beule, Mitgründer belgischen Unternehmens FEops, das aus einem Forschungsinstitut hervorgegangen ist, stellte diese Technologie bei der Tagung eCardiology 2017 in Berlin vor.

FEops ist ein Unternehmen, das sich auf Computersimulationen für die Planung kardiovaskulärer Interventionen bei strukturellen Herzerkrankungen spezialisiert hat. Aus Datensätzen der präinterventionellen Bildgebung werden virtuelle 3D-Herzmodelle erzeugt, die dazu genutzt werden können, ebenfalls virtuelle Implantate einzusetzen, um zu sehen, was am besten passt. „Trainiert“ wird die Software anhand von realen klinischen Bilddatensätzen aus der klinischen Routine. „Dadurch wird die Software kontinuierlich besser“, betonte de Beule

Trefferquote 80 Prozent

Dass die Software, was die Vorhersage von Leaks angeht, schon jetzt relativ gut ist, haben die Belgier in einer retrospektiven Studie gezeigt, bei der sie bei Patienten mit bekanntem Langzeitverlauf auf Basis der präinterventionellen CT-Datensätze Vorhersagen gemacht und diese dann mit dem wirklichen Verlauf abgeglichen haben: „Wir konnten mit 80 Prozent Sicherheit vorhersagen, welche Patienten frühe Leaks entwickeln und welche nicht“, so de Beule. 

Anspruchsvoller ist die Abschätzung des Schrittmacherrisikos. Kardiologen gehen davon aus, dass der mechanische Druck des Implantats auf das Reizleitungssystem diese Komplikation verursacht. Der Druck des Implantats auf die Gefäßwand lässt sich aber nicht direkt messen. Die Wissenschaftler modellieren den Druck deswegen auf Basis der individuellen 3D-Anatomie und des individuellen Implantats. Auch hier gelang es bei Kombination unterschiedlicher simulierter Druckparameter, Hochrisikopatienten mit hoher Genauigkeit zu identifizieren.

Zwei Patienten, zwei Empfehlungen

Anhand von zwei Patienten, die beide eine Lotus-Klappe von Boston Scientific erhalten sollen, illustrierte de Beule, wie diese „personalisierte“ Implantatplanung ganz konkret einen klinischen Unterschied machen kann. Bei beiden Patienten kam nach traditioneller, visueller Abschätzung jeweils eine Klappe von 25 Millimeter oder eine von 27 Millimeter Durchmesser in Frage. Aus dem Bauch heraus würden viele Kardiologen in solchen Fällen die größere Klappe nehmen, so de Beule. Bei dem ersten Patienten wäre das die richtige Entscheidung gewesen, wie die Simulation zeigte: Bei Einsatz der kleinen Klappe zeigten sich in der Simulation deutliche Leaks. Die größere Klappe presste zwar fester gegen das Reizleitungssystem. Aber um ein Leak zu vermeiden, müsste man das in Kauf nehmen.

Anders bei dem zweiten Patienten mit ähnlicher, aber nicht identischer Anatomie. Hier gab es hinsichtlich der Leaks keine Unterschiede zwischen den beiden Klappengrößen, wohl aber beim Kontaktdruck, der bei der größeren Klappe wesentlich höher ausfiel. In diesem Fall gebe es keinen Grund, die große Klappe zu nehmen und einen Schrittmacher zu riskieren, betonte de Beule.

Vor einem breiteren Einsatz muss das Verfahren noch umfangreicher klinisch getestet werden. Parallel dazu wird die Technik jetzt auch zur Simulation bei Erkrankungen der Mitralklappe eingesetzt. Hier geht es nicht nur um Implantate, sondern auch um die Frage, ob ein Klappenersatz nötig ist oder ob eine interventionelle Reparatur ausreicht. Anders als bei der TAVI fließen nicht nur CT-Datensätze, sondern auch Echokardiographie-Datensätze in die Simulation ein.

Mehr im Internet:

Review-Artikel in JACC: Cardiovascular Interventions

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