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Harvard University: Schnellere Diagnose verborgener Herzerkrankungen

 
 

Herzinfarkte sind weltweit die häufigste Todesursache. Zum Herzinfarkt kommt es, wenn sich Plaqueablagerungen an den Arterienwänden lösen und den Blutfluss zum Herzen blockieren.

DIE HERAUSFORDERUNG

Bis zu 80 % aller Herzinfarkte werden durch Plaque ausgelöst, die durch herkömmliche medizinische Bildgebungsverfahren nicht nachweisbar ist. Bei den 20 % der Fälle, in denen die Plaque erkannt werden könnte, sind jedoch endoskopische Verfahren notwendig, bei denen ein meterlanger Schlauch in den Patienten eingeführt werden muss, um Bilder der arteriellen Plaque zu erfassen. Diese Unsicherheit hinsichtlich der genauen Position möglicherweise tödlicher Plaque stellt eine große Herausforderung für Kardiologen dar. Bisher konnten Herzspezialisten oft nur raten, ob und wo bei Patienten mit Arterienblockaden der Einsatz von Arterienstents sinnvoll war. Das Wissen um die genaue Position von Plaque kann die medizinische Patientenversorgung deutlich verbessern und viele Menschenleben retten.

DIE LÖSUNG

Ein Team von Wissenschaftlern, darunter Ärzte der Harvard Medical School und des Brigham & Women’s Hospital in Boston, Massachusetts, hat ein nicht-invasives Verfahren zur Feststellung gefährlicher Plaque in den Arterien von Patienten entwickelt. Mithilfe der massiven Rechenleistung von Grafikprozessoren können sie mit einer sogenannten Hämodynamikstudie ein individuelles Modell des Blutflusses innerhalb des Patienten erstellen. Die Entstehung von Plaque steht in engem Zusammenhang mit der Form – oder der Geometrie – der Arterienstruktur des Patienten. Gefährliche Plaque tritt besonders an engen Biegungen der Arterien auf. Mit Bildgebungsgeräten wie einem Computertomografen sind die Wissenschaftler in der Lage, ein Modell des Kreislaufsystems des Patienten zu erstellen. Anschließend wird auf einem Computer der Blutfluss in den Arterien des Patienten simuliert, um Bereiche zu identifizieren, an denen die endotheliale Scherbelastung der Arterienwand herabgesetzt ist. Eine solchermaßen komplexe Simulation erfordert die Modellierung von Milliarden Flussteilchen, die durch das Arteriensystem strömen. Bereiche mit geringerer Scherbelastung weisen darauf hin, dass sich hier Plaque an der Innenwand der Arterie abgelagert hat und der Blutstrom die Arterienwand nicht mehr berührt. Das Endergebnis der Simulation ist eine atherosklerotische Risikokarte. Auf dieser Karte können Kardiologen die Position verborgener Plaque erkennen, an denen eventuell ein Stent platziert werden muss – und dieses Wissen wird ohne invasive Bildgebungsverfahren oder exploratorische Eingriffe gewonnen.

DIE AUSWIRKUNGEN

Grafikprozessoren sind eine besonders rentable Investition in den Bereichen Bildrekonstruktion und Blutflusssimulation. Sie liefern 20x mehr Rechenleistung und ermöglichen den Einsatz fortschrittlicher Simulationsverfahren in der klinischen Praxis. Ohne Grafikprozessoren wäre der hämodynamische Ansatz nicht durchführbar, da riesige, teure Computersysteme dafür erforderlich wären. Mit diesem innovativen Verfahren kann gefährliche Arterielle Plaque früher als mit jedem anderen Verfahren erkannt werden, und es wird davon ausgegangen, dass es zahlreiche Leben retten wird, wenn es für den regulären Einsatz in Kliniken und Forschungszentren zugelassen wird.

CT-Aufnahmen mit 320 Detektorreihen ermöglichen die koronare Bildgebung während eines Herzschlags, so dass die gesamte koronare kontrastmittelabhängige Opazifizierung zu einem bestimmten Zeitpunkt festgestellt werden kann. Die Gesamtdarstellung des Arteriennetzes in 3D ermöglicht den Wissenschaftlern, den arteriellen Blutfluss mithilfe numerischer Strömungssimulationen zu berechnen und daraus die endotheliale Scherbelastung zu abzuleiten.



 
 
 
 
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