Pictures of the Future      Herbst 2005

Software für eine bessere Therapie

Computertechnik hilft dem Arzt nicht nur bei der Verwaltung von Patientendaten und der Diagnose. Auch bei der Behandlung können sich die Mediziner auf die Unterstützung durch Software verlassen.

Die Qualität der medizinischen Versorgung hat in den Industrienationen ein sehr hohes Niveau erreicht. Doch nicht immer ist die empfohlene Therapie auch die richtige. So beziffert der Sachverständigenrat für das Gesundheitswesen in einem Gutachten von 2003 die Zahl der jährlichen Behandlungsfehler in Deutschland auf 40 000. Doch das sei nur die Spitze des Eisbergs, meinen die Experten. Nach einer Studie der Uniklinik Bonn von 1999 ereignen sich in Deutschland jedes Jahr bis zu 400 000 Behandlungsfehler, von denen viele unentdeckt bleiben – und in anderen Ländern sieht es nicht besser aus. Ebenfalls 1999 erschien der Bericht "To Err is Human" des Institute of Medicine, Washington D.C., wonach in den USA jährlich mehr Menschen durch Behandlungsfehler sterben als im Straßenverkehr. Die Schätzungen basieren auf zwei Studien und schwanken zwischen 50 000 und 100 000 Toten. Dieser Bericht des IOM war Anlass für den damaligen Präsidenten Bill Clinton, massiv in die Informationstechnologie im Gesundheitswesen zu investieren, vor allem in Software zur Verbesserung der Medikamentensicherheit, Diagnose und Therapie.

So könnte etwa die Verordnung eines unverträglichen Arzneimittels im Krankenhaus durch bessere Kommunikation vermieden werden. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die elektronische Patientenakte auf Grundlage der Siemens-Software Soarian (siehe Pictures of the Future, Frühjahr 2005,  "Lakeside Hospital" und  "Telemedizin"). Software verbessert zudem die Qualität von Diagnosen, etwa bei der Früherkennung von Krebs (siehe  "Digitale Assistenten helfen heilen"). In der Therapie lohnt sich der Einsatz von Computerintelligenz vor allem bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, der Todesursache Nummer 1 in den westlichen Industrienationen: So stirbt in den USA alle 33 Sekunden ein Mensch an einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Nach Angaben des Centers for Disease Control, Atlanta, belasteten solche Erkrankungen im Jahr 2003 das amerikanische Gesundheitswesen mit 351 Mrd. US-$. Viele dieser Leiden gehen auf eine krankhafte Verengung der herznahen Gefäße zurück. Kardiologen verwenden zur Therapie einen biegsamen Katheter, den sie mit Hilfe eines dünnen Führungsdrahts in die Blutbahn einführen und in Richtung Herz schieben. Dann dehnt der Arzt die verengte Stelle mit einem Ballon auf und stabilisiert das Gefäß mit einem Stent, einer Gefäßstütze. Damit der Kardiologe nicht "blind" arbeiten muss, bekommt der Patient ein Kontrastmittel gespritzt, das unter der Röntgenstrahlung eines Angiographie-Systems die Blutgefäße auf einem Monitor sichtbar macht.

Bei anspruchsvollen Eingriffen muss der Draht in kleine Verästelungen der Herzkranzgefäße geschoben oder millimetergenau an einer bestimmten Stelle platziert werden. "Das manuelle Steuern von Führungsdrähten kann bei Gefäßen mit stark verwinkelten Abzweigungen äußerst kompliziert sein", sagt Arne Westphal, Marketingmanager für Kardiologie bei Siemens Medical Solutions (Med). Für diese knifflige Aufgabe hat Siemens mit seinem US-Kooperationspartner Stereotaxis ein Angiographie-System mit magnetischer Navigation entwickelt. Bei diesem Axiom Artis dFC MN bauen zwei kühlschrankgroße, drehbare Magnete im Untersuchungsbereich Magnetfelder auf, die den Führungsdraht oder einen Katheter ans Ziel dirigieren, sofern diese magnetische Spitzen besitzen. Per Joystick steuert der Arzt die Magnete, so dass das angelegte Magnetfeld millimetergenau wandert und den Draht lenkt, der sich zudem über einen kleinen Motor vor- und zurückschieben lässt. Dank Magnetführung nimmt der Draht jede noch so enge Kurve.

Kardiologen am Allgemeinen Krankenhaus St. Georg in Hamburg erproben das System der magnetischen Navigation bereits seit zwei Jahren. Im Fokus ihrer klinischen Forschung ist die Therapie von Herzrhythmusstörungen mittels der so genannten Katheter-Ablation. Dabei werden mit einem speziellen Katheter, dessen metallene Spitze sich auf etwa 60 °C aufheizt, Zellen im Herzmuskel verödet. Das Navigationssystem mit dem Motor sorgt dabei für die millimetergenaue Positionierung. Auf eine zusätzliche Röntgendurchleuchtung während der Ablation kann weitgehend verzichtet werden. "So reduziert sich die Strahlenbelastung für Ärzte und Patienten deutlich – bei letzteren um 50 bis 80 % im Vergleich zu einer nicht-magnetisch geführten Untersuchung", erklärt die Kardiologin Dr. Sabine Ernst. Sie steuert die Intervention vom Kontrollraum aus und muss nicht mehr während der gesamten Behandlungsdauer neben dem Patienten im Untersuchungsraum stehen.

Katheter findet Ziel selbstständig. Eine Alternative zum Joystick ist die automatische Navigation. Dabei erfolgt im Vorfeld der Angiographie eine Computertomographie. Aus den so erzeugten Schichtbildern generiert die von Siemens und seinem Partner HipGraphics, Baltimore, entwickelte Software syngo Inspace 3D ein dreidimensionales Bild des Herzens. Der Arzt muss dann nur noch mit der Computermaus den Zielort markieren, und der Katheter wandert selbsttätig zur ausgewählten Stelle.

Daneben gibt es noch weitere mögliche Anwendungen. "Einige unserer Kunden sehen sogar das Potenzial, mit dem System künftig Patienten die belastenden Bypass-Operationen zu ersparen", erklärt Westphal. Normalerweise stoppt der Führungsdraht an einer fast vollständig verschlossenen Stelle eines Gefäßes. Diese verstopfte Stelle wird dann mit einem "Kurzschluss" vom Herzchirurgen überbrückt – dem Bypass. "Doch selbst ein scheinbar total verschlossenes Gefäß hat fast immer noch einen kleinen Durchlass", sagt Westphal. Während der Arzt nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen sucht, findet der Software-gesteuerte Draht durch systematisches Absuchen den Durchgang.

Es gibt aber auch Patienten, bei denen die Kardiologen Röntgenstrahlung während der Angiographie völlig vermeiden möchten. Dazu gehören vor allem Kinder mit einem angeborenen Herzfehler, die sich schon in jungen Jahren mehreren Katheterisierungen unterziehen müssen. Nach einer Untersuchung des britischen National Radiological Protection Board erkrankt eines von 1 000 Kindern in einem Zeitraum von fünf Jahren nach der Katheterisierung an einem Tumor. Deshalb experimentieren Forscher mit der strahlungsfreien Magnetresonanz-Tomographie (MR) als bildgebendem Verfahren bei der Herzkatheteruntersuchung. MR eignet sich vor allem zur Darstellung von Weichteilgewebe. Im Unterschied zum Projektionsverfahren der Angiographie erzeugt das MR-Verfahren eine Serie von Schnittbildern. Damit der Kardiologe den Katheter in Echtzeit verfolgen kann, müssen Schnittebene und -position kontinuierlich mitgeführt werden. Wie dies zu schaffen ist, erarbeiten Dr. Wolfgang Nitz und Dr. Peter Speier von der Applikationsentwicklung bei Siemens Med. So gibt es Prototypen MR-kompatibler Katheter, die eine Mikrospule an ihrer Spitze tragen. Auf diese Weise lässt sich im MR-Tomographen der Ort der Katheterspitze bestimmen. Eine von Speier und seinem Kollegen Sven Zühlsdorff entwickelte Software verwendet diese Information, um die Position des Schnittbildes nachzuführen, so dass die Katheterspitze immer gut zur Darstellung kommt. "Damit sind wir der Konkurrenz um zwei bis drei Jahre voraus", sagt Nitz.

3D-Bilder während eines Eingriffs. Neue Wege beschreitet Siemens auch in der 3D-Bildgebung während eines Eingriffs, etwa in der Neuroradiologie. Bislang musste ein Patient bei Verdacht auf eine Hirnblutung vom sterilen Angio-Raum zu einer CT-Kontrollaufnahme in einen anderen Raum transportiert und danach wieder zurückgebracht werden. In einer lebensbedrohlichen Situation vergeht so kostbare Zeit, bis die Blutung gestoppt wird. "Mit der neuen Generation von Angiographie-Systemen mit C-Arm, in diesem Fall mit dem Axiom Artis dBA DynaCT, erfolgt diese Kontrollaufnahme direkt während der Behandlung, und zwar ohne Umlagerung des Patienten", sagt Michael Martens, Produkt-Manager von DynaCT.

Bei DynaCT umkreist die Röntgenquelle der Angiographie-Anlage den Patienten und generiert Schnittbilder ähnlich wie mit einem Computertomographen. Für die Bildgebung wird eine Weiterentwicklung von syngo Inspace 3D verwendet, die auch kontrastarme Bereiche, etwa Organe und Flüssigkeiten gut darstellt, weshalb auf den Aufnahmen auch Hirnblutungen und Tumoren zu erkennen sind.

"Obwohl die Auflösung von kontrastarmem Gewebe nicht ganz so gut ist wie die eines herkömmlichen CT, reicht sie für Interventionen im Katheterlabor aus", sagt Dr. Hideyuki Takano vom Chiba Cancer Center in Chiba, Japan, der mit DynaCT bereits Hirntumoren und Leberkarzinome untersucht hat. Bei Angiographie-Systemen in der Neuroradiologie ist Siemens bereits heute Marktführer mit 60 % Marktanteil. Martens erwartet, dass sich die neue Technologie im nächsten Jahr als Standard durchsetzen wird.
                                                                                                                      Michael Lang