Pictures of the Future Herbst 2001
Global Network of Innovation – Herztonanalyse
Die Sprache des Herzens
Die Firma Zargis Medical Corporation, ein Spin-off von Siemens, hat ein Diagnosesystem entwickelt, das Herztöne akustisch erfasst, ihren Entstehungsort lokalisiert und mögliche Krankheiten erkennen kann. Der Spin-off-Partner SPEEDUS arbeitet derzeit an einer Internet-Datenbank zur Archivierung derartiger Töne.
Dr. Raymond Watrous hat gelernt, dem Herzen zuzuhören. Seine Tricorder-Technologie analysiert automatisch noch die leisesten Herztöne
Es ist wieder so weit: Der jährliche Gesundheits-Check steht an. Mit freiem Oberkörper liegt man auf der Liege im Behandlungszimmer. Dann kommt endlich der Arzt, und der Patient spürt den kalten Metallkopf des Stethoskops. Einige Momente hört der Doktor konzentriert auf die Geräusche im Brustkorb: Kontraktion, Entspannung; Kontraktion, Entspannung. Vier Herzkammern und vier Herzklappen, die in gemeinsamer Arbeit etwa 70-mal pro Minute Blut durch den Körper pumpen. Viel gibt es da zu hören, und im Allgemeinen ist es nicht leicht, die Herztöne zu entschlüsseln, da sie nur sehr schwach sind und sich am unteren Ende des fürs menschliche Ohr wahrnehmbaren Frequenzspektrums befinden. Obendrein lassen sie sich nur schwer voneinander unterscheiden, da weniger als 30 ms zwischen ihnen liegen – eine äußerst kurze Zeit.
Wie unterscheiden Ärzte also zwischen harmlosen und krankhaften Herztönen? Die Antwort lautet leider: Viele können es gar nicht. Aus zahlreichen Studien ging hervor, dass die diagnostizierten Herzgeräusche bei etwa 87 % der Patienten harmlos sind. Häufig ist es also so, dass ein Allgemeinmediziner ein Geräusch hört, welches sich bei einer Folgeuntersuchung durch einen Spezialisten als völlig harmlos herausstellt. Für den betroffenen Patienten ist das zwar eine gute Nachricht, aber effizient ist eine derart aufwendige medizinische Betreuung nicht. In der Regel belaufen sich die Kosten für einen Besuch bei einem Herzspezialisten, einschließlich Ultraschall-Untersuchung und Kosten für einen Techniker, in den USA auf 300 bis 1000 US-$. Wahrscheinlich werden jährlich Hunderttausende von Patienten unnötigerweise an Spezialisten überwiesen, auch wenn es noch keine Statistiken darüber gibt. Andererseits zeigen viele Formen von Herzkrankheiten vielleicht über Jahre hinweg überhaupt keine Symptome. Werden sie aber zu spät oder gar nicht behandelt, so wird unter Umständen ein operativer Eingriff erforderlich.
Vor diesem Hintergrund hat Siemens Corporate Research (SCR) in Princeton (New Jersey/USA) den Prototypen eines Systems entwickelt, mit dem sich Herztöne automatisch analysieren lassen: den so genannten Tricorder, der ausgeklügelte, bereits zum Patent angemeldete Algorithmen der Signalverarbeitung verwendet, um Klangmuster auszuwerten. "Tricorder analysiert Herztöne und leitet aus ihnen wichtige klinische Informationen ab", erklärt Dr. Raymond Watrous, bis vor kurzem "distinguished member" in der Abteilung Signalverarbeitung bei SCR und nun oberster technischer Leiter der Zargis Medical Corporation. Normale Herztöne, so Watrous, werden entweder durch das Öffnen und Schließen der Herzklappen bei Kontraktion und Entspannung des Herzens erzeugt oder durch den freien Blutfluss durch die Gefäße und Herzkammern. Versteifen sich nun beispielsweise die Herzklappen wegen einer Krankheit, können sie einen schnappenden Laut mit einzigartiger akustischer Signatur hervorbringen. Ebenso erzeugen Verengungen bei turbulentem Blutfluss ganz spezielle Töne. "Diese anormalen Laute werden nach Dauer und Amplitude analysiert", erklärt Watrous, "und mit all diesen Informationen kann unser System die wahrscheinlichste Quelle der Anomalien identifizieren, indem es feststellt, in welcher Phase der Herzbewegung sie produziert wurden."
Die Entwickler der Algorithmen klopften bei SCR und bei dem in Brooklyn, New York, ansässigen Kommunikationsunternehmen SPEEDUS.Com an und fragten, wie die Chancen für eine Start-up-Firma stünden. Grünes Licht gab es schnell, und im Januar 2001 gründeten SCR und SPEEDUS die Zargis Medical Corporation mit Sitz in Princeton.
Tricorders Phonokardiogramm zeigt die Ergebnisse einer Unter-suchung in vier Abschnitten.Erste Zeile oben: komplette Wellenform, die eine kollektive Herzaktivität zeigt; S1: systolische Phase (Kontraktion); S2: diastolische Phase (Entspannung);vierte Zeile: Erfassung eines HerzgeräuschesUnten links: Wie das Tricorder-System diese Daten bewertet
"Unser Ziel ist es", so Shahram Hejazi, Vorstandsmitglied von Zargis, "fortschrittliche Diagnoseprodukte und -dienstleistungen zu entwickeln. Damit sollen auch Allgemeinmediziner Herzanomalien leicht erkennen können." Auf Grundlage der Tricorder-Technologie plant das Unternehmen die Entwicklung eines Produkts, das Herztöne erfasst und an einen PC weiterleitet. Der wiederum analysiert die Töne und zeigt eine detaillierte, aber dennoch leicht verständliche grafische Darstellung der Befunde (siehe Diagramm).
Aufgrund dieser Ergebnisse ist der Allgemeinmediziner dann in der Lage, sachkundig zu entscheiden, ob ein Herzspezialist zu Rate gezogen werden muss oder nicht. In Zweifelsfällen könnten dem Kardiologen die Informationen – einschließlich der Tondatei – bereits vorab zugesandt werden. Diskutiert wird auch ein eigenes Archiv für jeden Patienten. Spezialisten wären damit in der Lage, früher aufgezeichnete Herztöne mit neuen zu vergleichen und so eine objektive Langzeitbeobachtung zu gewährleisten. Die Datenbank würde letztlich zu einem Informationsreservoir, mit dessen Hilfe Expertensysteme befragt und neue patientenrelevante Daten gewonnen werden könnten.
Das ist die Idee hinter Zargis. Marketingstudien prognostizieren, dass sie sich durchsetzen wird. "Was Allgemeinärzte wirklich wollen, ist ein kostengünstiges Gerät zur schnellen und einfachen Auswertung von Herztönen", so Silvano Dall'Asta, Vorstandsvorsitzender von Zargis. "Aber auch die Kardiologen werden eine Technologie begrüßen, die es ihnen erleichtert, sich den Patienten zu widmen, die tatsächlich auf ihre Hilfe angewiesen sind, und die ihnen zugleich Zugang zu einer spezialisierten Datenbank bietet." Damit scheint Tricorder genau die Bedürfnisse der Ärzte zu treffen. "Die Zahlen sehen gut aus", sagt Dall'Asta, der auch Finanzchef bei SCR ist. "Ausgehend von der Anzahl der ärztlichen Untersuchungen pro Jahr und einer vernünftigen Dienstleistungsvergütung sehen wir einen Markt von rund zwei Milliarden Dollar allein in den USA. Global gesehen könnte diese Zahl noch um ein Mehrfaches höher liegen."
Arthur F. Pease