Pictures of the Future    Herbst 2006

Herzkatheter im Tomographen

Gemeinsam entwickeln die medizinischen Johns Hopkins Institute in Baltimore sowie Siemens Corporate Research und Siemens Medical Solutions ein neues Verfahren zur Behandlung von Herz-Erkrankungen. Dabei soll vor allem die Magnetresonanztomographie die Ärzte beim Eingriff am Herzen unterstützen.

^{Das neue MRT-Interface von Siemens lässt sich problemlos in syngo integrieren. Schnelles Zusammenführen von 2D- liefert 3D-Bilder ausgewählter Bereiche, hier die Brust-Aorta (rot), und erlaubt damit die Behandlung mit Hilfe von Echtzeit-MRT. Kombiniert mit einem Katheter, der ein eigenes MR-Signal erzeugt (grün), lassen sich potenziell regenerative Stammzellen exakt in den Infarktbereich injizieren, hier im Tierversuch (links)}

Millionen Menschen leiden unter Herzrhythmusstörungen. Diese "Arrhythmien" können von geringfügigen Schwankungen bis zu lebensbedrohlichen Krämpfen reichen. Zusammen mit den Johns Hopkins Instituten in Baltimore, USA, arbeitet Siemens an einem Verfahren, das betroffenen Patienten mit Hilfe von Magnetresonanztomographen (MRT) effiziente und rasche Hilfe bringen kann. Besonders gefährlich ist die ventrikuläre Tachykardie, bei der sich der Herzschlag so stark beschleunigen kann, dass ein Herzstillstand droht. Allein in den USA leiden zwei bis drei Millionen Menschen darunter – fast 300 000 sterben jedes Jahr daran.

Obwohl diese Erkrankung medikamentös behandelt werden kann, ist eine Heilung nur mit einer langwierigen Operation möglich. Über einen Herzkatheter werden dabei Gewebestellen am Herzmuskel durch Hitzeeinwirkung zerstört. Dies schaltet die elektrische Erregungsleitung aus, die die Arrhythmien hervorruft. Bei Herzinfarktpatienten wird zudem auch das Gewebe um den Infarktbereich zerstört, um eine Barriere gegen ungewollte elektrische Reize zu schaffen. Diese sechs- bis achtstündige Katheterablation, bei der während des Verödens konventionelle Röntgentechnik eingesetzt wird, ist so kompliziert und riskant, dass sie nur wenige Kardiologen ausführen.

Ein MRT könnte den Eingriff künftig wesentlich schneller, kostengünstiger und vor allem deutlich sicherer machen. "Mit den heutigen röntgenbasierten Verfahren lässt sich gar nicht erkennen, welche Bereiche verödet wurden", sagt Dr. Henry Halperin, Professor für Medizin und Biomechanik am Johns Hopkins Hospital. "Das ist ungefähr so wie einen Staudamm zu bauen und dabei keine Möglichkeit zu haben, Lecks zu entdecken. Die Arrhythmie kann man mit einem Fluss vergleichen. Um ihn aufzuhalten, muss man ihn effektiv blockieren."

"Wir erwarten, dass sich die Dauer des Eingriffs dank MRT auf ein bis zwei Stunden verkürzen lässt, bei gleichzeitig sehr viel besserem Ergebnis", sagt Dr. Christine Lorenz von Siemens Corporate Research und Siemens Medical Solutions, die die Zusammenarbeit von Johns Hopkins und Siemens auf dem Gebiet der interventionellen MR koordiniert.

Ins Tiefste des Herzens blicken. MRT bietet ideale Voraussetzungen zum Sichtbarmachen und Blockieren von Arrhythmien. Der Tomograph liefert kontinuierlich hoch aufgelöste Bilder in Echtzeit – ohne Röntgenstrahlung. Doch bislang fehlt eine intuitive Benutzeroberfläche für die neuen, interventionellen 3D-Anwendungen. So ein Interface muss viel dynamischer und interaktiver sein, als die derzeit verfügbaren. Es muss auch so einfach zu handhaben sein, dass Nicht-Radiologen ohne spezielles Training damit zurecht kommen. "Mit einer benutzerfreundlichen Oberfläche wird sich die interventionelle MRT schnell durchsetzen", erklärt Dr. Albert C. Lardo, Leiter des Labors für bildgestützte Interventionen am Herzen.

Schließlich können die Ärzte mit MRT wesentlich mehr erkennen als mit Röntgen-Fluoroskopie-Systemen, die lediglich statische 2D-Bilder oder kurze Filmsequenzen liefern. MRT hingegen bietet eine 3D-Bildgebung mit allen Visualisierungsmöglichkeiten der Digitaltechnik. "Wir möchten das Herz in 3D von jedem beliebigen Winkel aus betrachten, es virtuell öffnen und Teile davon ausblenden. Auch brauchen wir umfassende anatomische und elektrophysiologische Informationen, um zu wissen, wo genau im Körper sich der Katheter gerade befindet. Denn erst dann können wir ihn in Echtzeit steuern", sagt Halperin.

Das ist eine Herausforderung für jedes Interface. Fortschritte gibt es bereits. "Nach sechsmonatigen Tests ist das Interface schon wesentlich besser als alle anderen verfügbaren Systeme. Es gibt keines, das sich auch nur annähernd mit dem messen kann, was wir bereits mit Siemens erreicht haben", sagt Dr. Dara L. Kraitchman, Radiologin an der Johns Hopkins University und Spezialistin für Herzfunktionen. Das Interface ist auch für Forscher wie sie wichtig, weil es das Aufspüren einzelner Herzstammzellen mit MRT ermöglicht. Kraitchman gilt hier als Pionierin: "Herzstammzellen können sich zu funktionstüchtigen Herzmuskelzellen weiterentwickeln. Bevor wir sie in den Körper injizieren, bringen wir sie mit Hilfe eines besonderen Wirkstoffs dazu, eine winzige Menge paramagnetisches Eisenoxid ins Zellinnere aufzunehmen.” Das Eisenoxid dient zur Markierung der Zellen im MRT-Bild.

Intuitive Bedienung. Das neue Interface namens IFE (Interactive Front End) harmoniert hervorragend mit syngo, der erfolgreichen Software-Plattform von Siemens für Bilderfassung und -verarbeitung mit Hilfe unterschiedlichster Geräte. "Trotz der unglaublichen Komplexität der MRT hat IFE ein einfaches Ziel", sagt Christine Lorenz. "Der Benutzer soll nicht seine Arbeit unterbrechen und über irgendetwas im Zusammenhang mit der Bedienung nachdenken müssen." Dr. Jeffrey Bundy, Senior Director MRT von Siemens Medical Solutions, ergänzt: "Der aktuelle Trend ist, die MRT nicht nur zum Diagnostizieren von Krankheiten, sondern auch zu deren Behandlung einzusetzen. Gemeinsam mit hochkarätigen Forschungszentren wie Johns Hopkins wollen wir neue und effizientere Anwendungen für unsere vielen Produkte und Lösungen finden."

Das neue Interface könnte der Schlüssel dazu sein. Halperin erhielt damit erstmals Echtzeit-3D-Bilder von der Spitze eines speziell entwickelten Katheters aus nichtmagnetischem Metall, während dieser zum Herzen des Patienten vorgeschoben wurde. Am Ziel angekommen, zeigte der Katheter dank seiner eingebauten MR-Spulen den exakten Ort der Arrhythmien an. Denn aufgrund unterschiedlicher Graustufen lassen sich lebende von toten Zellverbänden im Infarktbereich eindeutig unterscheiden – lebende Zellen nutzen nämlich den eisenhaltigen roten Blutfarbstoff Hämoglobin und erscheinen im MRT-Bild daher hell. "Der nächste Schritt wird sein, das Interface in Verbindung mit der Katheterablation einzusetzen", sagt Halperin.

Es gibt noch ehrgeizigere Pläne. "Wir besitzen vielleicht das weltweit am weitesten entwickelte Verfahren zum Aufspüren und Sichtbarmachen von Herzstammzellen", sagt Dr. Jonathan S. Lewin, Leiter der Radiologie am Johns Hopkins Hospital. Dort wird daran geforscht, derartige Stammzellen zur Regeneration von Herzgewebe nach einem Infarkt einzusetzen. Es laufen auch schon Tests. "Wir haben die Membranen von Herzstammzellen mit Eisenpartikeln markiert und diese dann wochenlang mit dem MRT auf ihrer Wanderung ins Zielgebiet verfolgt, wo sie den Heilungsprozess starteten. Bisher war es mit keinem anderen bildgebenden Verfahren möglich, die Injektion genau zu platzieren und die Wanderung zu beobachten", sagt Lewin. Erste Ergebnisse sind viel versprechend. "Unsere Tierversuche haben gezeigt, dass sich die Herzfunktion nach der Injektion von Herzstammzellen verbessert", erklärt Lardo. Halperin blickt in die Zukunft des neuen Verfahrens: "In fünf bis zehn Jahren könnte es möglich sein, Herzinfarktpatienten mit einer Stammzelltherapie zu behandeln."

Die Kooperation zwischen Johns Hopkins und Siemens soll künftig weiter ausgebaut werden: Einem bereits ausgelieferten MRT werden weitere vier folgen – zwei davon ausschließlich für Forschungszwecke. Geplant ist unter anderem ein erweitertes Forschungsprogramm für die Untersuchung MR-gesteuerter Injektionen von Inselzellen aus der Bauchspeicheldrüse, den mikroskopisch kleinen Insulinfabriken des Körpers. Diese Zellen sollen ebenfalls mit Eisenoxid markiert und in eine einzigartige poröse Umhüllung eingebettet werden, die die Zellen vor Antikörpern schützt, während sie Insulin heraus- und Nährstoffe hereinlässt. Derartige Zellen haben bereits nachweislich Insulin produziert, nachdem sie aus der Bauchspeicheldrüse eines Menschen entnommen und mit Hilfe eines MRT zielgenau in die Leber eines Versuchstiers injiziert worden waren. "Wir stehen vor der entscheidenden Schwelle zur Heilung der Stoffwechselkrankheit Diabetes mellitus Typ 1", erklärt Lewin. "Dank der Zusammenarbeit mit Siemens auf diesem und anderen Gebieten konnten wir den gesamten Forschungsprozess wesentlich schneller ablaufen lassen als je zuvor."
                                                                                                               Arthur F. Pease