Intelligenter Katheter soll zu Blutgerinnseln im Gehirn navigieren

Mannheim – Einen intelligenten Katheter, der rasch zu einem Gefäßverschluss im Gehirn navigiert und die Entfernung eines Blutgerinnsels ermöglicht, entwickeln Wissenschaftler der Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB, die an das Fraunhofer-Institut für Automatisierung und Produktionstechnik IPA angegliedert ist.

Ärzte therapieren einen durch Gefäßverschluss verursachten Schlaganfall bekanntlich immer häufiger durch eine Thrombektomie, einen Eingriff, bei dem über einen Gefäßzu­gang in der Leiste ein dünner Katheter über die Hauptschlagader bis in das verschlossene Hirngefäß vorgeschoben wird.

Im Bereich des Gefäßverschlusses öffnet sich ein Stent-Retriever – ein winziges korbähn­liches Geflecht – und verhakt sich mit dem Gerinnsel. Beim Zurückziehen des Katheters bleibt der Pfropfen an der Geflechtstruktur hängen und wird so entfernt. Es ist laut den Wissenschaftlern mitunter sehr schwierig, den Katheter zum Blutgerinnsel zu navigieren.

Mithilfe eines robotischen Assistenzsystems – einem computergesteuerten Katheter – wollen sie eine zuverlässigere und schnellere Variante der Therapie etablieren. Der Ka­theter wird dabei durch Methoden der Künstlichen Intelligenz autonom zum Ort des Ein­griffs navigiert.

„Die Operation selbst, also das Herauslösen des Blutpfropfens mithilfe des Stent-Retrie­vers, führt nach wie vor der Arzt durch. Aber die komplizierte Navigation dorthin, bei der schwierige Anatomien zu überwinden sind, soll künftig ein autonom gesteuerter Katheter erledigen“, sagte Johannes Horsch aus der Projektgruppe.

Ermöglicht werden soll die autonome Navigation durch Deep Reinforcement Learning (DRL). Sie ähnelt der Art, wie Menschen lernen. Die Besonderheit: Der Algorithmus gene­riert die Daten zum Trainieren eigenständig durch permanentes Üben am Computer-Si­mu­lationsmodell – einer virtuellen Nachbildung eines Gefäßbaums und Katheters.

„In bisherigen Tests am Simulationsmodell waren wir in 95 Prozent der Fälle erfolgreich, sprich der Katheter konnte in einem vereinfachten Szenario problemlos autonom zum Ge­fäßverschluss navigiert werden“, so Horsch. Bis zum Start der Medica wollen man eine Erfolgsquote von 99 Prozent erzielen.

Horsch betont, die autonome Intervention per Katheter eigne sich nicht nur bei einem Schlaganfall. Sie lasse sich zum Beispiel auch bei der endovaskulären Operation von Herzinfarkten oder Lebertumoren einsetzen, so der Ingenieur.

hil