Team 2

Blick ins Herz - ohne Katheter Technisches Prinzip

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Technisches Prinzip
In dem Projekt wurde eine Methode entwickelt, die eine dreidimensionale Untersuchung des Herzens und insbesondere der Herzkranzgefäße mit einem neuartigen Computertomographie System (CT) erlaubt. Somit kann auf den Einsatz eines invasiven Herzkatheters verzichtet werden. Ein CT besteht aus einem schnell rotierenden Ring (Gantry) auf dem gegenüberliegend Röntgenröhre und Röntgendetektor angebracht sind. Die Röntgenröhre emittiert Röntgenstrahlung, von der je nach Röntgendichte der zu durchleuchtenden Körperregion eine bestimmte Menge an Strahlung am Detektor ankommt. Diese Schwächung der Röntgenstrahlen ist Grundlage für die Berechnung von Schnittbildern des Körpers. Mit der neusten CT Technik, der sogenannten Multischicht Spiral CT (SOMATOM Sensation 16, Cardiac), wird der Patient kontinuierlich durch die Gantry bewegt und es werden vom System bis zu 16 Schnittbilder pro Umdrehung aufgenommen. Bei einer Umlaufgeschwindigkeit von bis zu 0,4 Sekunden kann mit einem sogenannten Spiralscan die untersuchte Körperregion mit bis zu 0,5 mm Auflösung abgebildet werden. Durch Entwicklung neuartiger Bildaufnahme und Bildberechnungstechniken gelingt es, Bilder mit sehr hoher Auflösung und so kurzer Belichtungszeit zu erzeugen, dass die Bewegung des schlagenden Herzens virtuell eingefroren werden kann.

Der Herzzyklus setzt sich aus einer Auswurfphase (Systole) und einer Füllungsphase (Diastole) zusammen. Um bewegungsfreie Bilder des Herzens und der Herzkranzgefäße zu erhalten, wird das CT mit einem EKG-Gerät synchronisiert und es werden Bilddaten nur in der diastolischen Phase des Herzzyklus berechnet, da sich das Herz hier in Ruhe befindet. Die Dauer dieser „Ruhephase” ist mit ca. 150 Millisekunden sehr kurz. Um dennoch scharfe Bilder vom Herzen zu erhalten, muss die Zeitauflösung (vergleichbar mit den Verschlusszeiten eines Fotoapparates) des CT so gut wie möglich sein. Dies wird erreicht durch eine sehr schnelle Umlaufzeit der Gantry von 0,4 s, durch die in Verbindung mit speziellen Bildaufnahme- und Bildberechnungstechniken eine Zeitauflösung von bis zu 100 Millisekunden erzielt wird.

Während der Untersuchung muss der Patient die Luft anhalten, um Unschärfen durch eine Bewegung des Brustkorbs zu vermeiden. Dabei ist entscheidend für Bildqualität und Patientenkomfort, dass die gesamte Untersuchungszeit sehr kurz ist.

Durch die Aufnahme von bis zu 16 sehr dünnen Schnittbildern pro Rotation gelingt eine dreidimensionale Darstellung des Herzens mit 0,5 mm Auflösung mit einem Scan in einer 15 Sekunden Atempause. So können auch kleinste Veränderungen im Herzen und in den Gefäßen dargestellt werden.

Klinische und wirtschaftliche Aspekte
Der Herzinfarkt infolge einer koronaren Herzkrankheit (KHK) ist eine der Haupttodesursachen in fast allen Industrienationen. Im Jahr 2000 starben mehr als 1.000.000 Menschen in Europa und den USA und allein 77.000 Menschen in Deutschland an den Folgen eines Herzinfarktes. Häufigste Ursache für den Herzinfarkt sind Ablagerungen in den Herzkranzgefäßen, die aufreißen können und dann zu Verschlüssen und Unterbrechung des Blutflusses führen. Die invasive Koronarangiographie (Herzkatheter) ist derzeit die Methode der Wahl zum Nachweis von Engstellen in den Herzkranzgefäßen und deren Behandlung durch Aufdehnung der Gefäße zur Wiederherstellung des Blutflusses. Allerdings werden mehr als 50% der Herzkatheter-Untersuchungen zu rein diagnostischen Zwecken durchgeführt und bleiben oft ohne therapeutische Konsequenz. Die Herzkatheter-Untersuchung ermöglicht ausschließlich die Beurteilung des Gefäßinnenraums mit möglichen Engstellen, nicht aber der Gefäßwand mit den darin möglicherweise vorhandenen Ablagerungen. Durch die Invasivität ist eine Herzkatheteruntersuchung mit einer Komplikationsrate von bis zu 1% (Herzinfarkt, Schlaganfall, Tod) verbunden.

Bei der Herzuntersuchung mittels CT können Engstellen und Ablagerungen in den Herzkranzgefäßen in einem frühen Stadium ohne invasiven Einsatz eines Herzkatheters dargestellt werden. Damit kann die neue Methode ohne die Gefahr von Komplikationen zur Früherkennung und Diagnose einer Erkrankung der Herzkranzgefäße und zur Erkennung möglicherweise gefährlicher Ablagerungen genutzt werden. Auch während einer pharmakologischen Therapie oder nach einer invasiven Behandlungen des Herzens z.B. nach einer Aufdehnung einer Engstelle in den Herzkranzgefäßen mit einem Ballonkatheter oder nach einer Bypass-Operation kann der Behandlungserfolg kontrolliert werden.

Die Untersuchungskosten liegen deutlich unter denen des Katheters: Zum einen ist die Herz-CT-Untersuchung weniger personalintensiv, zum anderen kann ein CT auch für andere diagnostische Zwecke eingesetzt werden. Außerdem wird ein Großteil der Katheter-Untersuchungen stationär durchgeführt, und die Patienten werden nach dem Eingriff in der Regel mindestens zwölf Stunden überwacht. Das Herz-CT kann ambulant durchgeführt werden, eine Überwachung des Patienten nach der Untersuchung ist nicht erforderlich.

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Das Projekt „Blick ins Herz - ohne Katheter“ wurde von der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring vorgeschlagen.