Herz-OP MINIMAKI: Digitaler Assistent für die Herzklappenrekonstruktion

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Das auf KI basierte System MINIMAKI ermöglicht interdisziplinären Teams aus Chirurgie, Kardiologie und Anästhesie eine schnelle und optimale Planung von Herzklappenrekonstruktionen mittels Mixed Reality.

Veränderungen an den Herzklappen sind in vielen Fällen der Grund für herzchirurgische Operationen. Meistens handelt es sich um altersbedingte, degenerative Veränderungen der Klassen, aber auch Entzündungen können eine Herz-OP notwendig machen. Von den vier Herzklappen erkranken übrigens am häufigsten die linksseitigen Herzklappen (Aorten- und Mitralklappe). Die Herzklappenrekonstruktion ist jedoch eine hochkomplexe Operation. Das Assistenzsystem MINIMAKI des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medizin (MEVIS) basiert auf Künstlicher Intelligenz und ermöglicht interdisziplinären Teams aus Chirurgie, Kardiologie und Anästhesie eine schnelle und optimale Planung von Herzklappeneingriffen mittels Mixed Reality.

MINIMAKI: Simulation am digitalen Zwilling

Eine Herzklappenreparatur ist ein hochkomplexer Eingriff, der viel Erfahrung erfordert. „Eingriffe werden unter Zeitdruck durchgeführt, weshalb eine genaue Therapieplanung sehr wichtig ist“, erklärt die Fraunhofer-Forscherin Dr.-Ing. Anja Hennemuth, Professorin am Institut für kardiovaskuläre Computer-assistierte Medizin (ICM) des Deutschen Herzzentrums der Charité.

Das am Fraunhofer MEVIS in Kooperation mit dem Deutschen Herzzentrum der Charité und dem Unternehmen Data Experts entwickelte System MINIMAKI unterstützt Heart-Teams bei der OP-Planung am Computer und ermöglicht, den Eingriff an einem digitalen Zwilling interaktiv zu simulieren. So lassen sich verschiedene Strategien für den Eingriff ausprobieren oder das am besten geeignete Implantat für die Klappenrekonstruktion finden. MINIMAKI kann neben der Ringimplantation einen Sehnenfadenersatz sowie sogenannte Transcatheter-Edge-to-Edge-Repairs (TEER) simulieren.

Digitales Modell des Patientenherzens mit MINIMAKI

Das System lässt sich an verschiedene Modalitäten wie Herz-Ultraschall, CT- oder MRT-Scanner anbinden. Maschinelle Lernalgorithmen analysieren den 4D-Bilddatensatz und übertragen die Daten in das dynamisch Modell, das zusätzlich zur räumlichen Darstellung des individuellen Patientenherzens auch die Kontraktion des Herzmuskels, die Bewegung der Klappensegel und die Strömung des Blutes dreidimensional darstellt.

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Infrage kommende „Ersatzteile“ können die Ärzte mittels Mixed Reality über das Patientenmodell legen. Das System zeigt ihnen alle Parameter an, die sie für ihre Planung benötigen. „Die Herzchirurgen bekommen nicht nur ein Gefühl dafür, wie die Reparaturstelle aussieht“, so Prof. Dr. med. Jörg Kempfert, Leitender Oberarzt Herzchirurgie am Deutschen Herzzentrum der Charité.

Vor der Operation ermöglicht MINMAKI sowohl die Diskussion innerhalb des Heart-Teams als auch die Einbindung von Herzspezialisten über das Internet. Diese Diskussion kann sowohl mittels Desktop-Anwendung an einem Monitor als auch an einem virtuellen 3D-Modell erfolgen, mit dem alle Teammitglieder interagieren können. Da das Tragen von VR-Brillen die Diskussion behindern würde, verwendet MINIMAKI eine Mixed-Reality-Umgebung. Das Hologramm in der Mitte des Raumes ermöglicht den Teammitgliedern, die Anatomie des Herzens in drei Dimensionen und von allen Winkeln aus zu betrachten und das virtuelle Herz nach Belieben zu drehen.