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Ein Computerprogramm soll bei Herzklappen-OPs helfen

Anna Schughart 08.03.2018 Lesezeit 4 Min

Software soll künftig Ärztinnen und Ärzten beim Einsetzen von Herzklappen helfen. Um es zu trainieren, nutzen die Wissenschaftler Aorten aus dem 3D-Drucker. Ein Beispiel dafür, wie Computermodelle und 3D-Druck die Medizin verändern.

Jeder Mensch ist anders. Nicht nur die äußeren, sondern auch die inneren Merkmale sind von Mensch zu Mensch verschieden. Das kann ein Problem sein. Zum Beispiel, wenn die Herzklappe nicht mehr so arbeitet, wie sie soll. Gerade bei älteren Menschen ist die Verengung der Aortenklappe einer der häufigsten Herzklappenfehler. Die Patienten leiden dann unter anderem an Atemnot oder kurzer Bewusstlosigkeit. In solchen Fällen ist ein Herzklappenersatz nötig. Dazu muss man oft am offenen – stillgelegten – Herzen operieren. Eine Alternative ist die sogenannte Transkatheter-Aortenklappen-Implantation.

Dabei wird eine biologische Herzklappe per Katheter in die Aorta eingeführt und übernimmt dann die Arbeit der alten, verkalkten Klappe. Wie gut das funktioniert, hängt unter anderem davon ab, ob man die neue Herzklappe an die richtige Stelle setzt – nur wenige Millimeter können schon einen Unterschied machen. Aber nicht nur die Position, auch die Größe und die Art der Ersatzherzklappe ist für den Erfolg der Therapie entscheidend. Wenn sie nicht passt, erhöht das das Risiko für unerwünschte Nebeneffekte wie Lecks, Herzblocks oder Blutgerinnsel.

Dabei sind die Bedingungen vor Ort jedes Mal anders. „Es war klar, dass die Anatomie des Patienten der Schlüssel ist, wenn man die negativen Ergebnisse vorhersagen möchte“, sagt Lakshmi Dasi von der Ohio State University. Deshalb hat er genau an diesem Punkt angesetzt: Je besser man vorher einschätzen kann, welche Auswirkungen eine etwas kleinere oder eine bisschen größere Herzklappe an einer bestimmten Position haben wird, desto besser. Doch wie gelangt man an dieses Wissen?

Bisher fallen Chirurgen diese Entscheidung mithilfe eines CT-Scans. Er verrät genau, wie die Anatomie des Patienten vor der Behandlung aussieht. Doch der CT-Scan kann nicht sagen, welche Auswirkungen die jeweiligen Optionen haben werden. Denn um wirklich verschiedene Szenarien und ihren Effekt auf den Blutfluss abzuwägen, muss man zahlreiche Gleichungen mit unterschiedlichen Faktoren lösen. Wenn es nach Dasi geht, könnte das in Zukunft ein Computerprogramm übernehmen: „Der CT-Scan ist nur ein Bild, wir bringen die Physik mit rein.“

Derzeit wird dieses Programm noch trainiert. „Auf Grundlage des CT-Scans machen wir eine 3D-Replika der Aorta und der Herzklappe“, sagt Dasi – inklusive all der speziellen anatomischen Eigenheiten eines Patienten, wie zum Beispiel der Verkalkung. Durch dieses Modell pumpen die Wissenschaftler eine blutähnliche Flüssigkeit. Mit Hilfe von Lasern messen sie dann ganz genau, wie das Blut in den verschiedenen Szenarien fließt, wie gut die Ersatzherzklappen zum Beispiel an verschiedenen Positionen arbeiten. „Das Ziel dieser Experimente ist es, die biomechanischen Prozesse besser zu verstehen und unser Computermodell zu validieren“, sagt Dasi.

In etwa einem Jahr soll das Programm fertig sein, sagt Dasi. Doch bevor es Ärzten bei ihrer Entscheidung helfen kann, muss es sich noch in klinischen Studien beweisen und eine Zulassung bekommen. In Zukunft könnte es auch nicht nur auf die Aortenklappen begrenzt sein, sondern auch zum Beispiel bei Mitralklappen angewendet werden.

In der täglichen Anwendung wären die 3D-Modelle dann nicht mehr notwendig. Ein CT-Scan reicht als Datenbasis, damit das Modell herausfinden kann, wie die Anatomie des Patienten mit den verschiedenen Optionen interagieren würde. Vielleicht könnten zukünftig sogar ein MRT oder ein Ultraschallbild als Datengrundlage ausreichen, hofft Dasi.

Für 3D-Drucker muss das aber nicht das Ende ihrer Arbeit in der Herzklappenersatz-Forschung sein. Man könnte die Technologie in Zukunft auch dafür nutzen, glaubt Dasi, um der ganz eigenen Anatomie eines Patienten komplett gerecht zu werden: mit individuellen Herzklappen aus dem 3D-Drucker.