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Medizin

Roboterkatheter findet Weg zur Aortenklappe von alleine

Freitag, 26. April 2019

/shefkate, stockadobecom

Boston – Was derzeit noch an Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr getestet wird, könnte in Zukunft auch im Herzkatheterlabor möglich sein. US-Forscher haben einen autonomen Roboterkatheter entwickelt, der in ersten Tierexperimenten in Science Robotics (2019; doi: 10.1126/scirobotics.aaw1977) ohne Unterstützung der Kardiologen mittels „haptischer Vision“ den Weg zur Herzklappe fand. Die Reparatur der paravalvulären Leckage blieb dann aber doch den Ärzten überlassen.

Die Orientierung mit einem Herzkatheter ist nicht einfach. Auf Sicht können die Kardiologen nicht arbeiten, da das Blut nicht transparent ist. Die Ärzte sind deshalb auf eine ständige Röntgendurchleuchtung und die Verwendung von Kontrastmitteln angewiesen.
 
Der „autonome robotische Katheter“, den ein Team um Pierre Dupont von der Harvard Medical School in Boston entwickelt hat, kommt ohne diese Hilfsmittel aus. Nach dem Eintritt in die linke Herzkammer, der bei den Experimenten an Schweinen von der Herzspitze aus erfolgte, findet der Katheter eigenständig seinen Weg zur Aortenklappe.

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Die Navigation erfolgt mithilfe einer künstlichen Intelligenz (KI). Die Software des Roboters wurde vor dem Einsatz am lebenden Objekt mit 2.000 Aufnahmen vom Inneren des Herzens gefüttert. Das zweite Hilfsmittel ist eine „haptische“ Kamera. Sie besteht zum einen aus einer konventionellen Kamera, die unter LED-Licht Aufnahmen von der Herzinnenwand macht und mit den gespeicherten Aufnahmen abgleicht.

Zum anderen befindet sich an der Spitze des Katheters ein Druckmesser. Sie signalisiert der KI, ob die Katheterspitze sich im Blut, an der Herzwand oder bereits am Ziel, der Aorten­klappe befindet. Gleichzeitig soll verhindert werden, dass der Katheter Herzstrukturen verletzt (etwa wenn er sich in Richtung Mitralklappe verirrt hat). Die KI wertet die Informationen in Echtzeit aus und steuert dann selbsttätig die Bewegungen des Herzkatheters, der über Motoren außerhalb des Körpers angetrieben wird.

Die Fortbewegungsstrategie haben die Forscher nachtaktiven Tieren abgeschaut. Insekten tasten sich mit ihren Antennen vor und Nagetiere nutzen ihre Schnurrhaare, um sich im Dunkeln zu orientieren. Biologen nennen diese Strategie Thigmotaxis.

Konkret steuern die Katheter zunächst auf die Herzinnenwand zu, um sich dann ihr entlang in Richtung Aortenklappe zu bewegen. Danach umfahren die Katheter die Peripherie der Aortenklappe, um nach undichten Stellen zu suchen.

Das Team um Dupont hatte für die ersten Experimente fünf Schweine ausgewählt, denen eine künstliche Herzklappe so implantiert wurde, dass mehrere paravalvuläre Leckagen vorhanden waren.

Der Roboterkatheter wurde insgesamt 90-mal eingesetzt. In 89 Fällen fand er selbständig den Weg zur Aortenklappe. Er brauchte dafür im Mittel etwa 6 Sekunden, während die Kardiologen mit dem konventionellen Katheter in der Hälfte der Zeit die Aortenklappe erreichten.

Das Umfahren der Aortenklappe gelang dem Roboterkatheter dann nur in 43 von 66 Versuchen und er benötigte auch hier mehr als doppelt so viel Zeit wie der Kardiologe.

Den Verschluss der Leckage, die mit einem Okkluder erfolgte, blieb dann in jedem Fall dem interventionellen Kardiologen überlassen, der dann auch in jedem Fall erfolgreich war.

Bis ein autonomer Roboterkatheter in die klinische Medizin eingeführt wird, dürfte noch einige Zeit vergehen. Gegen die klinische Umsetzung spricht, dass die meisten Herzkatheter heute über eine periphere Arterie zum Herzen vorgeschoben werden, was komplizierter (aber weniger invasiv) ist als ein Zugang über die Herzspitze. Dann stellt sich die Frage nach dem klinischen Nutzen, wenn der Roboterkatheter den schwierigsten Teil der Operation, nämlich die Reparatur einer paravalvulären Leckage, nicht übernehmen kann. Es ist allerdings denkbar, dass einzelne Elemente in zukünftige Herzkatheter übernommen werden, etwa um Kardiologen die Lernphase des „Herzkatheterns“ zu erleichtern. © rme/aerzteblatt.de

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