Digitale Zwillingsherzen verbessern die Ergebnisse bei Arrhythmie-Ablationsverfahren

Durch die Arbeit mit „digitalen Zwillingen“ der Herzen von Patienten verbesserten Ärzte die Ergebnisse der Herzablation bei Patienten mit lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen.

In den ersten klinischen Studien zur Technologie digitaler Herzzwillinge erstellten Forscher der Johns Hopkins University digitale Nachbildungen der Herzen von Patienten und testeten dann die Verfahren an diesen Zwillingen, bevor sie sie am echten Herz durchführten. Die Arbeit mit digitalen Zwillingen führte im Vergleich zu herkömmlichen Methoden zu schnelleren und deutlich genaueren Verfahren, die das Wiederauftreten von Herzrhythmusstörungen bei Patienten reduzierten.

Die heute in der veröffentlichten Studie New England Journal of Medicine, demonstrierte die Sicherheit, Durchführbarkeit und vielversprechenden Ergebnisse des Ansatzes.

„Für Patienten können digitale Zwillinge lebensverändernd und lebensrettend sein“, sagte Erstautor Jonathan Chrispin, ein Kardiologe, der sich auf die Behandlung von Herzrhythmusstörungen spezialisiert hat. „Wir zeigen, dass wir ihre Eingriffe sicherer, kürzer und effektiver machen können, indem wir nur auf die kritischen Teile des Herzens abzielen.“

Medizinische digitale Zwillinge sind Computermodelle von Organen, die das Verhalten eines Organs nachahmen und über Vorhersagefähigkeiten verfügen. Die Herzmodelle wurden am Johns Hopkins entwickelt.

Der digitale Zwilling kann Ärzten dabei helfen, Probleme zu diagnostizieren und zu behandeln sowie die Wahrscheinlichkeit von Komplikationen eines Patienten basierend auf seiner Genetik und Herzstruktur vorherzusagen.

Jeder der 10 Teilnehmer der von der Food and Drug Administration genehmigten TWIN-VT-Studie hatte einen Herzinfarkt erlitten und litt unter ventrikulärer Tachykardie, also Herzrhythmusstörungen, die lebensbedrohlich sein können. Die Arrhythmien werden in der Regel mit einem Verfahren namens Ablation behandelt, bei dem das Gewebe zerstört wird, das die Arrhythmien auslöst. Allerdings kann es für Ärzte schwierig sein, die richtige(n) Stelle(n) für die Ablation zu lokalisieren. Die Verfahren sind zudem sehr langwierig und die Erfolgsquote gering. Arrhythmien kehren nach der Ablation oft wieder zurück und die Operation muss möglicherweise mehrere Male wiederholt werden, bevor sie wirkt, was zu weiteren Narbenbildungen und Schäden am Herzen führt.

Für jeden Studienteilnehmer erstellte das Team einen personalisierten digitalen Zwilling seines Herzens, basierend auf der 3D-Bildgebung einer klinischen kontrastmittelverstärkten MRT. Anhand der digitalen Zwillinge untersuchte das Team, wie jedes Herz Elektrizität verarbeitet, und sagte dann voraus, welcher Bereich oder welche Bereiche die Herzrhythmusstörungen hervorriefen, wie jeder Patient optimal behandelt werden sollte und ob die Herzrhythmusstörungen nach der Ablation wieder auftreten würden.

„Im digitalen Zwilling des Patienten können wir verschiedene Behandlungsszenarien ausprobieren, bevor wir den tatsächlichen Patienten behandeln, und dem behandelnden Arzt das beste und optimalste Szenario bieten, wodurch Schäden am Herzen minimiert und das Potenzial für eine erfolgreiche Behandlung erhöht werden“, sagte die leitende Autorin Natalia Trayanova, Professorin für Biomedizintechnik bei Murray B. Sacks, deren Team die in dieser klinischen Studie verwendete Technologie des digitalen Zwillings entwickelt hat. „Der digitale Zwilling ermöglicht es uns, alle potenziellen Ursachen von Herzrhythmusstörungen anzugehen, die bei der klinischen Befragung möglicherweise nicht erkannt werden. Wir schöpfen alle Möglichkeiten aus.“

Diese durch den digitalen Zwilling vorhergesagten Ziele wurden dann in ein System importiert, das den Ablationskatheter im Behandlungsraum navigiert. Chrispin und sein Team führten die optimierte Ablation anhand der Vorhersagen des digitalen Zwillings des Patienten durch.

Nach den Ablationen konnten die Ärzte bei keinem der Probanden Herzrhythmusstörungen stimulieren, was darauf hindeutet, dass der Eingriff erfolgreich war. Bei zwei Patienten kam es während der Heilung zu einer kurzen Episode. Mehr als ein Jahr später waren alle 10 Arrhythmien frei. Die langfristige Erfolgsquote bei der herkömmlichen Ablationsbehandlung beträgt nur 60 %. Hier waren es 100 %.

Darüber hinaus mussten acht Patienten vollständig auf Medikamente gegen Herzrhythmusstörungen verzichten und die restlichen zwei hatten ihre Dosis reduziert.

Wir zeigen, dass die Technologie nicht nur machbar ist, sondern auch hervorragende Ergebnisse liefert. Dies stellt einen krönenden Erfolg dieser Technologie dar, der es uns ermöglicht, einen größeren klinischen Versuch voranzutreiben.“

Natalia Trayanova, leitende Autorin

Das Team geht davon aus, in einem größeren Versuch weitere digitale Zwillinge des Herzens zu testen.

Sie arbeiten auch daran, die Technologie auf einem Desktop zugänglich zu machen, wodurch Ärzte innerhalb von Minuten Informationen erhalten. Sie planen auch, die Technologie auf andere Herzerkrankungen auszuweiten.

Zu den Autoren gehören: Co-Erstautor Adityo Prakosa, Eugene Kholmovski, Aravindan Kolandaivelu, Konstantinos N. Aronis MD, PhD, Ronald D. Berger und Hugh Calkins, alle von Johns Hopkins, und Amanda Barcelon von Johnson and Johnson MedTech.

Quellen: