Mit 1400 Herzklappenoperationen ist das Herz- und Diabeteszentrum NRW in Bad Oeynhausen (HDZ NRW) führend in Deutschland. Minimalinvasive herzchirurgische Eingriffe sind fest etabliert. Zudem leistet das Spezialklinikum wichtige Beiträge zur translationalen Forschung – "von bench to bedside" –, um die Sicherheit der Patienten stetig zu verbessern. So wurden beim kathetergestützten Aortenklappenersatz, der vor allem bei Hochrisikopatienten eine Rolle spielt, bahnbrechende Fortschritte erzielt.
Vor wenigen Jahren benötigte eine 80-jährige Patientin des HDZ NRW eine neue Aortenklappe, da ihr bisheriger Aortenklappenersatz nicht mehr funktionsfähig war. Nicht nur eine Operation am offenen Herzen, sondern auch der minimalinvasive TAVI-Eingriff zum Einbringen der neuen Herzklappe in die defekte Herzklappe (Valve-in-Valve) war aufgrund ihres Zustandes mit Risiken verbunden. Da hatte Herzspezialist Professor Stephan Ensminger die Idee, durch eine detaillierte, individualisierte Planung und Simulation des Eingriffs die Sicherheit signifikant zu verbessern: Der Oberarzt an der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie des HDZ NRW hat dazu – in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen – Teile des Patientenherzens aus Silikon originalgetreu nachgebildet. "Das Herz und die großen Gefäße wurden mittels Computertomografie untersucht.

Mit diesen Daten haben wir ein originalgetreues 3D-Modell gedruckt. Anhand dieses Modells konnten wir alle technischen Aspekte genau untersuchen und die entscheidenden Schritte der Operation im Vorfeld simulieren", erklärt der Herzspezialist. Nach der Auswahl eines geeigneten neuen Klappenmodells wurden beispielsweise die Segelbewegungen der neuen Klappe mit einer Highspeedkamera untersucht, um festzustellen, wie die neuen Segel agieren, und auszuschließen, dass sie durch die defekten Herzklappensegel behindert werden.
Dann wurde das Modell geröntgt, um die optimale Position für den Klappenstent zu finden. "Eine technisch schwierige Prozedur, die erstmals durchgeführt wurde", so Professor Ensminger. "Wird eine neuartige Katheterintervention geplant, ist die Entwicklung eines guten Algorithmus wichtig, um Erfolgsaussichten zu optimieren, Risiken zu vermindern und den gesamten Eingriff reproduzierbar zu machen und damit die Patientensicherheit zu erhöhen." Mittlerweile sind mehr als zehn Patienten mit solchen komplexen Fragestellungen präoperativ mit dem oben beschriebenen Algorithmus am HDZ NRW behandelt worden – und allen konnte erfolgreich geholfen werden.

Virtuelle Simulation der Valve-in-Valve-Prozedur vor einem Eingriff

Wird TAVI derzeit vor allem bei Hochrisikopatienten vorgenommen, soll es künftig auch bei Patienten mit mittleren Risiken zum Einsatz kommen. Die zunehmende Verbreitung dieser Eingriffe insbesondere zum Ersatz degenerierter biologischer Ersatzklappen macht es nötig, mögliche Risiken durch eventuelle Komplikationen deutlich zu minimieren. Um diese Risiken bereits im Vorfeld eines Eingriffs zu identifizieren und die optimalen Parameter für die Auswahl der neuen Klappen- Prothese und für die Platzierung der Klappe im Vorwege zu ermitteln, wurden am HDZ NRW verschiedene Studien durchgeführt, die wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung von TAVI und Valve-in-Valve-Eingriffen geliefert haben.
Trotz optimierter Verfahren und verbesserten Stent-Designs kam es häufiger zu Störungen der Reizleitung, die den späteren Einsatz eines Herzschrittmachers erforderlich machten. Eine Studie hatte das Ziel, herauszufinden, ob und in welcher Weise verschiedene Muster von Kalziumablagerungen an der Aortenklappe diese Störungen hervorrufen. Dazu wurden bei über 300 Patienten, bei denen ein TAVI-Eingriff vorgenommen worden war, die Kalziumabla- gerungen in der Landezone des Stents untersucht und risikoreiche Ablagerungsmuster identifiziert. Patienten mit einer erhöhten Kalziummenge am Linkskoronaren Segel hatten ein deutlich erhöhtes Risiko für einen nachfolgenden Schrittmachereinsatz. Ein weiterer Risikofaktor war ein vorbestehen- der Rechtsschenkelblock in der Reizleitung des Herzens. Diese beiden voneinander unabhängigen Faktoren ermöglichen es nun, Patienten mit einem erhöhten Risiko für einen Schrittmachereinsatz schon präoperativ zu identifizieren. Eine Ex-vivo-Untersuchung anhand von 3D-Modellen zweier repräsentativer Patienten – mit einem hohen sowie mit einem niedrigen Schrittmacherrisiko – konnte zusätzlich zeigen, dass die Kalziumablagerungen dazu beigetragen haben, dass sowohl der Ballon als auch der Stent bei der Katheterklappenimplantation aus einer zentralen in eine dezentrale Position gedrängt und dadurch die Reizleitungs-Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wurde.
In einer weiteren Studie wurden Datensätze von TAVI-Patienten ausgewertet, von denen vor und nach der Operation zweidimensionale CT-Bilder vorlagen, anhand derer 3D-Nachbildungen angefertigt werden konnten. Das Ziel der Untersuchung war es, den wechselseitigen Einfluss der Klappenverkalkung und der Geometrie des TAVI-Stents, der mit einem Ballon in die Aorta geschoben und entfaltet wird, herauszufinden. Denn die Kalziumablagerungen an den Gefäßwänden und der Aortenklappe können durchaus zu Komplikationen nach einer TAVI-Prozedur führen und zum Beispiel eine Leckage der Herzklappen oder neu einsetzende Reizleitungsstörungen hervorrufen. Es war jedoch bisher nicht bekannt, was mit den Ablagerungen danach geschieht und ob und in welcher Weise sie auf die Stent-Geometrie einwirken. Ein Ergebnis war, dass die Stents mit durchschnittlich 84 Prozent einen hohen Ausdehnungsrad erreichten und eine gute Zirkulation ermöglichten – ganz unabhängig von der Beschaffenheit und den Kalziumablagerungen im Landebereich des Stents. Denn vorhandene Ablagerungen wurden durch die Prozedur aufwärts und seitwärts geschoben. Risiken für eine nachfolgende Herzschwäche waren primär zurückzuführen auf eine stärkere ovale Verformung des Stents, was wahrscheinlich auch auf die Langzeithaltbarkeit solcher Herzklappen einen Einfluss hat.
Die verschiedenen Studien weisen den Weg zu einer virtuellen Simulation im Vorfeld einer Valve-in-Valve-Prozedur – auch ohne reale Ausdrucke in 3D. Diese Simulation kann nicht nur die technische Durchführbarkeit und die Sicherheit abschätzen und auf alle Patienten angewandt werden, bei denen komplexe und schwierige Eingriffe notwendig sind – sie ist auch deutlich einfacher und kostengünstiger. Professor Ensminger bezeichnet das als Zukunftsvision einer "vorausschauenden Herzchirurgie". Mit einer entsprechend programmierten Bildsoftware und zum Beispiel Nanosensoren am Herzklappenkatheter, die Rückmeldung über die korrekte Platzierung der Klappe geben, könnte die weitere Entwicklung der virtuellen Planung schließlich zu einer Art "TAVI 2.0" führen. Damit würde der Eingriff deutlich reproduzierbarer und könnte – vergleichbar einem Autopiloten – auch von "weniger geübten" Operateuren sicher durchgeführt werden. Die Erfolgsaussichten sieht Professor Ensminger durchaus optimistisch: "Die Zukunft wird zeigen, wie groß der Einfluss dieser technischen Innovationen auf die tägliche Routine im klinischen Einsatz ist, aber ich bin überzeugt, dass diese Eingriffe dadurch noch sicherer werden."

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