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Computermodellierung verbessert Behandlung von Herzklappenerkrankungen

Schätzungen zufolge sind derzeit 2,5 % der Bevölkerung von Herzklappenerkrankungen betroffen, die erhebliche Gesundheitsrisiken darstellen und bisweilen tödlich verlaufen. Zur Verbesserung der Behandlung wurde im Rahmen von EurValve ein Entscheidungshilfesystem entwickelt, das Klinikpersonal Zugang zu einer Reihe wichtiger Patienteninformationen bietet.

Gesundheit

Herzklappenerkrankungen sind ein Oberbegriff für Fehlfunktionen der vier Herzklappen. Bei einer Aortenklappenstenose verengt sich die Aortenklappe (stenotisch), wodurch die zum Herzen gepumpte Menge an Blut sinkt. Bei einer Mitralklappeninsuffizienz schließt die Mitralklappe nicht vollständig, was bedeutet, dass Blut rückwärts fließen kann und somit die Fähigkeit des Herzens zum Pumpen von Blut verringert wird. Derzeit gibt es in Europa jährlich fast vier Millionen Todesfälle aufgrund einer Mitralklappeninsuffizienz. Das EU-unterstützte Projekt EurValve entwickelte ein klinisch konformes Entscheidungshilfesystem, um Klinikpersonal dabei zu helfen, die Erfolgswahrscheinlichkeit von Eingriffen zu analysieren und somit die Behandlung zu optimieren. Die richtige Behandlung zum richtigen Zeitpunkt Während sich Symptome von Herzklappenerkrankungen durch pharmakologische Interventionen verringern lassen, gibt es keine effektive Behandlung für die betreffenden strukturellen Probleme, sodass ein invasiver und riskanter chirurgischer oder katheterbasierter Eingriff notwendig ist. Der Zeitpunkt ist entscheidend; bei zu später Operation wird ein irreversibler Herzfehler riskiert, mit einer zu frühen Operation sind unnötige Risiken verbunden. Um die Auswirkungen auf ein Herz mit erkrankter Herzklappe zu quantifizieren und die potenziellen Vorteile von Reparatur oder Ersatz zu messen, wandte EurValve ein bestehendes Rechenmodell an, das für alle Probanden personalisiert wurde. Unter Verwendung von häuslichen Tracking-Geräten und der Philips Health Watch überwachte das Projekt das tägliche Aktivitätsniveau der Probanden während Erholung und sportlicher Betätigung. Das Team ermittelte zudem aufgrund von Analysen der Physiologie, einschließlich von Messungen zu Blutzirkulation und Blutdruck an einer Reihe von Körperstellen, zusätzliche „Biomarker“. Das komplette Entscheidungshilfesystem umfasst klinische Leitlinien, Risikobewertungen mit modelloptimierten Diagnose- und Prognoseinstrumenten, eine Modellierung mit reduzierter Ordnung für die Schnellanalyse, maschinelles Lernen mit einer physiologischen Modellierung, Bevölkerungsdaten (soweit erforderlich) und ein Modul für die fallbezogene „Beweisführung“, die vergleichbare Fälle findet. Dieses Paket kann als konsistente, wiederholbare, quantitative und überprüfbare Aufzeichnung der getroffenen klinischen Entscheidungen fungieren. Das Projekt demonstrierte durch die Bewertung von drei Präinterventions- und vier Postinterventionszuständen für 120 Individuen die Skalierbarkeit. Darüber hinaus wurden drei Fälle einer Aortenklappenerkrankung und zwei Fälle einer Mitralklappenerkrankung durch 45 klinische Fachkräfte überprüft, denen jeweils drei Fälle zufallsbasiert zugeteilt worden waren. Zu jedem Fall wurden zwei separate Datensätze erstellt; einer beinhaltete ausschließlich konventionelle Diagnoseparameter, wohingegen der andere Informationen des Entscheidungshilfesystems umfasste. Die Ergebnisse gaben Grund zur Zuversicht in Bezug auf das Potential des Entscheidungshilfesystem bei Grenzfällen. „Unseres Wissens nach hat EurValve den ersten machbaren klinischen Prototypen eines Entscheidungshilfesystems für Herzklappenerkrankungen auf der Grundlage einer Computersimulation bereitgestellt, der während eines Besuchs im Rahmen einer Einzelsitzung verwendet werden kann. Dies stellt einen wesentlichen Schritt in Richtung der Einführung fortschrittlicher Rechnertechnik in die klinische Praxis dar“, sagt Projektkoordinator Prof. Rodney Hose. Ähnliche Modelle wurden für die Mitralklappe entwickelt, allerdings noch nicht in das umfassende Entscheidungshilfesystem integriert. Einzug in die Klinik EurValve trägt direkt zur EU-Gesundheitspolitik bei, die darauf abzielt: die Gesundheit der EU-Bürger zu schützen und zu verbessern, die Modernisierung der Gesundheitsinfrastruktur zu unterstützen und die Effizienz der europäischen Gesundheitssysteme zu steigern. Prof. Hose meint dazu: „Das System wird im Wesentlichen drei Gruppen von Patienten nutzen: solche mit Grenzindikationen für die Behandlung, solche mit komplexen hämodynamischen Störungen und solche, die eine Klappenreparatur benötigen.“ Um die behördliche Zulassung zu erhalten und die Technologie in vollem Umfang in die klinische Praxis zu übertragen, sind noch umfassende klinische Studien mit einem der KMU-Projektpartner, Therenva, durchzuführen, mit dem das Team derzeit ein kommerzielles Endprodukt namens EndoSize® optimiert. Mehrere weitere Aspekte der Technologie werden ebenfalls kommerziell verwertet, insbesondere die Modellierung mit reduzierter Ordnung zur Verkürzung der Lösungszeiten, die Aktivitätenüberwachung als Diagnosehilfe und das maschinelle Lernen für die erweiterte Datennutzung.

Schlüsselbegriffe

EurValve, Herz, Herzklappe, Aortenstenose, Klappe, Mitralinsuffizienz, Gesundheit, Entscheidungshilfesystem

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