Die Herzklappe, die aus dem Drucker kommt

Hightech ist das Rückgrat der modernen Medizin: Ob Telemonitoring, 3D-Druck oder Robotik – digitale Innovationen revolutionieren die Versorgung. Ein Paradebeispiel für diese Entwicklung ist die Herzchirurgie, in der KI und robotergestützte Eingriffe bereits heute die Chirurgie von morgen prägen.

Das MIRACLE-Projekt der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz ist kein Wunder, sondern das Ergebnis beeindruckender Teamarbeit. Forschende setzen Künstliche Intelligenz (KI) ein, um die Mitralklappeninsuffizienz präzise zu bewerten und zu klassifizieren. Dabei nutzen sie eine fortschrittliche „Deep Learning Machine“-Technik, die auf einem neuronalen Netzwerk basiert. Dieses Netzwerk analysiert verschiedene Ansichten des Herzens in unterschiedlichen Auflösungen und unterstützt so die Diagnose. Der englische Fachbegriff für dieses neuronale Netzwerk lautet Convolutional Neural Network, kurz: CNN.

„Wir erkennen Dinge, die dem bloßen Auge verborgen bleiben. Damit legen wir die Grundlage für fundierte Entscheidungen, die jedoch – insbesondere im medizinischen Bereich – immer von einem Experten getroffen werden müssen“, erläutert Prof. Dr. Alois Ferscha, Dekan der Technisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der JKU und Leiter des Research Studio for Pervasive Computing Applications. Gemeinsam mit Prof. Dr. Andreas Zierer, dem Leiter der Universitätsklinik für Herz-, Gefäß- und Thoraxchirurgie, führt er das Projekt MIRACLE an. Das Team vergleicht die innovative Methode mit klinischen Befunden. Ein Prototyp unterstützt die Diagnosen und wird derzeit in Studien erprobt.

Personalisierte technische Medizin

„An der JKU Linz schaffen die medizinische und die technisch-naturwissenschaftliche Fakultät ideale Bedingungen für die Personalisierte Technische Medizin“, sagt Vizerektorin Dr. Elgin Drda. Kooperationen mit der Industrie und internationalen Partnern unterstützen dies. Die Personalisierte Technische Medizin, kurz PTM, nutzt Patientendaten, um präzise Modelle zu entwickeln. Traditionelle Herzklappen – mechanisch oder biologisch – sind oft standardisiert und erfordern lebenslange Gerinnungshemmer oder wiederholte Operationen wegen Abnutzung. Der 3D-Druck ermöglicht patientenspezifische Klappen aus biokompatiblen Materialien wie bioresorbierbaren Polymeren. Diese Klappen werden nicht nur resorbiert, sie regen das eigene Gewebe zur Regeneration an und machen Antikoagulantien überflüssig.

Roboterassistierte Systeme wie Da Vinci ermöglichen präzise, minimalinvasive Eingriffe und sind Standard bei Koronar-Bypässen oder Klappenreparationen. Der Roboter bietet 3D-Sicht und zitterfreie Instrumente, was den Blutverlust verringert und die Präzision erhöht. „Mit der Roboterchirurgie können wir das Operationsfeld virtuell mit der präoperativen Diagnostik überlagern und so – ähnlich wie ein Fahrsicherheitssystem im Auto – zusätzliche Sicherheit schaffen“, erklärt Zierer.

Der Roboter agiert nicht autonom, sondern ein Sicherheitssystem mit enormer Rechenleistung unterstützt ihn im Hintergrund. „Dieses System kann bei untypischen Vorgängen einen Widerstand erzeugen, den der Operateur überwinden kann oder auch nicht“, fügt Zierer hinzu.

Booster durch Künstliche Intelligenz

„In der Kinderherzchirurgie ist die 3D-Herzklappe entscheidend, da sie bei seltenen, angeborenen Fehlbildungen erfolgreich eingesetzt wird“, erklärt Zierer. Herkömmliche Klappen wachsen nicht mit, was mehrere Operationen erfordert. 3D-Klappen hingegen passen sich dem Wachstum des Kindes an und verringern so die physische und emotionale Belastung. Künstliche Intelligenz verstärkt diese Fortschritte: Algorithmen analysieren Scans, sagen Deformationen voraus und optimieren Designs. Dadurch lassen sich Komplikationen wie Leckagen oder Thrombosen minimieren. In der Chirurgie nutzen Ärzte 3D-Modelle zur Planung: Sie testen Prototypen virtuell oder physisch, was die Operationszeiten verkürzt und den Erfolg steigert. Prototypen überstehen Millionen von Zyklen in Simulatoren, angepasst an patientenspezifische Bedingungen.

Pflege profitiert durch Technik

Die Telemetrie in der Kardiologie ermöglicht es, den Herzrhythmus und andere lebenswichtige Parameter kontinuierlich und drahtlos in Echtzeit zu überwachen. So lassen sich Arrhythmien, Verschlechterungen der Herzinsuffizienz oder andere Komplikationen frühzeitig erkennen und potenziell lebensrettend behandeln. Sie steigert die Mobilität und Sicherheit der Patienten, da diese sich frei auf der Station oder zu Hause bewegen können, ohne ans Bett gefesselt zu sein. „Die Patienten werden älter und kränker und benötigen mehr Überwachung, nicht nur akut, sondern vor allem auch in der Verlaufsdiagnostik“, erklärt Simone Pammer, Pflegedirektorin des Kepler Universitätsklinikums. „Natürlich müssen wir unser Pflegepersonal bei technischen Innovationen schulen und so früh wie möglich einbeziehen. Damit nehmen wir Ängste“, fügt Pammer hinzu.

Lernkurve reduzieren

Derzeit behandeln nur wenige Experten Klappenerkrankungen chirurgisch. Herzchirurg Zierer hofft, dass sich dank technischer Unterstützung die zwanzigjährige Lernkurve deutlich verkürzen lässt. Operationen an der Mitralklappe dauern etwa drei Stunden und erfolgen fast ausschließlich endoskopisch. Neben der Optimierung der Eingriffe verbessert moderne Technik auch die Diagnostik in Tempo und Präzision.

Neue Behandlungsoptionen

Die Zukunft der Herzchirurgie beruht auf der Verbindung von 3D-Druck, KI und Tissue Engineering. 3D-Herzklappen markieren einen Meilenstein, der von maßgeschneiderten Implantaten zu vollständigen Organen führt. Sie läuten eine Ära ein, in der die Medizin nicht nur heilt, sondern perfekt anpasst. Die Industrie zeigt Interesse an der Entwicklung neuer Behandlungsoptionen für die Mitralklappe über Katheter. „Je mehr Behandlungsmethoden es gibt, desto wichtiger wird die technische Aufbereitung der Diagnose und die KI-gestützte Empfehlung der besten Therapie für den einzelnen Patienten“, erklärt Zierer. Neben der Biokompatibilität und der Überwindung regulatorischer Hürden sind die Kosten entscheidend. „Solche Innovationen machen unsere Gesellschaft gesünder und wirken sich langfristig positiv auf die Volkswirtschaft aus. Deshalb lohnt es sich, hier zu investieren“, sagt DDr. Harald Stefanits, stv. ärztlicher Leiter des Kepler Universitätsklinikums (KUK). Zudem bietet sich der Kauf von Forschungsgeräten an, die in der Klinik genutzt werden können.

Quelle : JKU medTALK spezial – Personalisierte Hightech-Medizin „Die Innovation – 3D-Herzklappe“, 10. Dezember 2025, Linz.