Lebensrettende Bilder aus dem Herzen

Was geschieht im Innern unseres Körpers? Diese Frage hat Prof. Christoph Gräni schon von Kind auf beschäftigt. Das prägende Ereignis für ihn und die Familie war dann der frühe Verlust seines Bruders. Er verstarb mit 38 Jahren an einem plötzlichen Herztod, also einem unerwarteten Herz-Kreislauf-Stillstand. «Ich wollte als Mediziner verstehen, weshalb dies bei jungen Menschen passiert», sagt der Gewinner des Forschungspreises der Schweizerischen Herzstiftung, «eine meiner ersten Forschungsarbeiten war bereits zu diesem Thema.» Christoph Gräni hat sich wohl nicht ganz zufällig aufs Herz und dessen Bildgebung spezialisiert.

Ohne in den Körper einzudringen
Die kardiale Bildgebung ist heute in der Diagnose von Herzkrankheiten nicht wegzudenken. Mit ihr bildet man das Herz ab, so wie man mit dem Röntgen die Knochen oder die Lunge sichtbar macht. Lange war dies beim Herzen allerdings nicht möglich. Das Stethoskop und das EKG waren die einzigen Instrumente, die Informationen über das Organ lieferten. Dies änderte sich in den 1960er-Jahren, als man den Ultraschall, eine Entwicklung der Militärtechnologie, auch in der Medizin einsetzte. Anfänglich wurde die Echokardiografie, wie man den Herzultraschall auch nennt, von vielen Ärztinnen und Ärzten noch belächelt. In den letzten Jahrzehnten gehört sie jedoch zum wichtigsten Instrument bei der Abklärung von Herzkrankheiten. Damit kann man Herzwände, Herzkammern sowie die Arbeit der Muskeln und Klappen sichtbar machen und beurteilen. Später hinzugekommen sind weitere Verfahren, das Herz-CT, Herz-MRI und die Nuklearkardiologie. Sie alle gehören zur nichtinvasiven Bildgebung. Das sind Verfahren, bei denen man nicht in den Körper eindringen muss und bei denen Patient*innen nichts spüren. Je nachdem, was Kardiolog*innen über das Herz erfahren möchten, kommt die eine oder andere Bildgebung oder eine Kombination davon zum Einsatz.

Seltene Krankheiten besser aufspüren
Christoph Gräni kennt alle Verfahren genau. Er wendet sie nicht nur im klinischen Alltag am Inselspital an, sondern forscht auch an deren Weiterentwicklung. Dabei setzen er und sein Team auf die künstliche Intelligenz (KI). Die KI erleichtert die Diagnose, weil sie die Auswertung der Bilder vereinfacht, beschleunigt und auch genauer macht. «Wenn man Bilder von Hand ausmisst, kann pro Fall bis zu einer Stunde vergehen», sagt Gräni, «während die KI das gleiche in fünf Minuten erledigt.» Die KI hilft zudem, seltene Herzkrankheiten zu erkennen, die sonst möglicherweise übersehen würden. Dazu hat Gräni unter anderem ein Instrument entwickelt, das eventuell gefährliche Fehlentwicklungen der Herzkranzgefässe automatisch entdeckt.

Bessere Risikobeurteilung dank KI
«Wir wollen mit der Bildgebung jedoch nicht nur die Diagnose, sondern auch die Prognose verbessern», sagt Gräni. Das heisst, die Bilder des Herzens sollen dazu dienen, Aussagen über den zukünftigen Verlauf einer Krankheit zu machen. Auch dazu setzen er und sein Team die KI ein. Auf der Basis vieler Patient*innen-Daten können Programme Muster aufdecken, die das menschliche Auge nicht erkennt oder beachtet. Mit der KI werden zudem auch weitere Daten, also Blutanalysen oder Bilder aus anderen Verfahren miteinander verbunden. «Damit machen wir präzisere und individuellere Aussagen über die Krankheit einer Patientin oder eines Patienten», erklärt Christoph Gräni. Dies hilft ihm zum Beispiel vorauszusagen, welche Betroffenen mit einer bestimmten Art der Herzinsuffizienz ein hohes Risiko für einen plötzlichen Herztod haben. In einer grossen Studie hat er die gängige Annahme widerlegt, die Pumpfunktion der linken Herzkammer würde sich zu dieser Voraussage gut eignen. Viel genauere Resultate lieferten das Ausmass der Vernarbungen im Herzmuskel, die man im modernen MRI erkennt. Dank der neuen Risikobeurteilung verbessert man künftig die Therapie: So erhalten einerseits Patient*innen mit einem niedrigen Risiko nicht unnötigerweise eine Behandlung, in diesem Fall einen implantierbaren Defibrillator (ICD). Andererseits können diejenigen, die ein hohes Risko haben und die man früher möglicherweise übersehen hat, mit diesem Defibrillator geschützt werden.

Digitaler Zwilling ersetzt Untersuchung
Christoph Gräni gibt uns einen weiteren faszinierenden Einblick in die Zukunft seiner Zunft: den digitalen Zwilling. Wir kommen nochmals auf die angeborene Fehlentwicklung der Herzkranzgefässe von weiter oben zurück, die er mit dem KI-Instrument noch sicherer diagnostizieren kann. Solche Fehlentwicklungen sind die zweithäufigste Ursache für den plötzlichen Herztod bei jungen Sportler*innen. Wenn man die falsch entwickelten Arterien anlässlich einer Untersuchung findet, ist noch nicht klar, ob diese für die Patient*innen tatsächlich gefährlich werden. Dazu braucht es eine weitere, sehr unangenehme und nicht risikolose Untersuchung. Christoph Gräni möchte anhand des digitalen Zwillings einen solchen Test künftig ausserhalb der Patient*innen durchführen. Dazu verwendet er ein digitales Herzmodell des oder der Betroffenen. An diesem Modell beziehungsweise Zwilling wird nun die Stressuntersuchung durchgeführt und analysiert. Ein zweiter, physischer Zwilling dieses Herzens stammt aus dem 3-D-Printer und hilft, die Funktion des digitalen Zwillings zu überprüfen. Inskünftig braucht es von Patient*innen also nur noch die Daten des Herzens, um eine Untersuchung zu simulieren und anschliessend abzuschätzen, wie gross die Gefahr ist.

Für Christoph Gränis Bruder kommen diese Erkenntnisse zu spät. Anderen Betroffenen werden sie das Leben retten. Mit solchen Instrumenten wird man künftig noch mehr Menschen mit einem erhöhten Risiko erfassen und behandeln, bevor sie ein gefährliches Ereignis haben oder plötzlich sterben. Damit bleibt vielen Betroffenen und Angehörigen ein ähnliches Schicksal erspart, wie Christoph Gräni und seine Familie erlebt haben.