Mit dem Laser Vorhofflimmern behandeln

Das Institute for Human Centered Engineering in Bern bietet Bachelor-Studiengang-Ausbildungen in den Vertiefungsrichtungen Robotik, Optik, Sensorik und Medizintechnik an. Ein Schwerpunkt der Optik liegt in der optischen Kohärenz-Tomographie, kurz OCT, einem Verfahren, ähnlich wie Ultraschall, aber mit Licht. Prof. Patrik Arnold und Jeremy Schori suchen nach einem Weg, um mittels OCT die Behandlung von Vorhofflimmern zu verbessern.

Prof. Arnold, Herr Schori, Sie befassen Sich in diesem Projekt mit der Ablation – also der Verödung – des Gewebeherdes, welches das Vorhofflimmern verursacht. Wie läuft dieser Eingriff ab?
Prof. Patrik Arnold (PA): Es handelt sich um einen mini-malinvasiven Eingriff. Der Arzt gelangt durch einen kleinen Schnitt mit einem Katheter via die Blutgefässe in den Vorhof des Herzens. Die Ablationssonde am Ende des Katheters wird erhitzt und damit wird das Gewebe, das für das Vorhofflimmern mitverantwortlich ist, verödet. Pro Punkt, der verödet werden soll, braucht es etwa 30 Sekunden. Für das ganze Areal dauert das also eine ganze Weile.

Welche Probleme gilt es hier zu lösen?
PA: Während des Eingriffs schlägt das Herz weiter, der Arzt muss mit dem Ablationskatheter kontinuierlich gegen die Innenseite des Vorhofs drücken und weiss nie ganz genau, ob die Ablationen genug tief gesetzt sind, um die fehlleitenden Impulse zu isolieren. Es fehlt ein zuverlässiges Echtzeit-Feedback System.

Jeremy Schori (JS): Das kann dazu führen, dass nicht das ganze Areal verödet wurde, und das sieht der Arzt während der Operation nicht direkt. Es kommt vor, dass nach dem Eingriff das Vorhofflimmern weg ist, die Rhythmusstörungen jedoch nach einiger Zeit wieder auftreten und der Eingriff wiederholt werden muss. Um das zu verhindern wäre es gut, wenn man während des Eingriffs sehen könnte, wie gut, wie tief jede einzelne Ablation gelungen ist.

Wie kam es zu diesem Projekt?
PA: Dr. Andreas Häberlin vom Inselspital ist mit dieser Problemstellung an uns gelangt. Er macht Ablations-Eingriffe bei Vorhofflimmern regelmässig. Am HuCE-optoLab in Biel haben wir bereits eine Behandlung für die Augenmedizin entwickelt, die sogenannte selektive Retinatherapie. Dabei schiesst man mit Laser auf die Netzhaut, um mit optischer Kohärenz-Tomografie, kurz OCT, ein Echtzeit-Feedback zu erhalten. Das Konzept für dieses Projekt ist ähnlich.

Können Sie das genauer ausführen?
JS: Beim OCT handelt es sich um ein Bildgebungsverfahren, das auf Laserinterferometrie basiert. Man misst dabei die Reflexion der Gewebe auf verschiedenen Schichten. Diese Reflexionen werden dann als Tomogramm dargestellt. Je nachdem, wie man den Laser ablenkt, kann man dadurch eine Schnittansicht oder ganze Volumenscans erhalten. Wir haben uniaxiale Scans gemacht, das heisst wir haben die Reflexion an einem Punkt betrachtet und so ein Intensitätsprofil über die Zeit erhalten.

PA: Es ist wie Ultraschall, man schiesst Lichtwellen aus, misst die Zeitdifferenz des reflektierten Lichts und erhält so eine tomographische Ansicht, also Schnittbilder. Damit man die Effekte während der Operation in Echtzeit beobachten kann, wird der OCT-Laser in einer Glasfaser geführt. Diese Glasfaser soll im Katheter mit ins Herz geführt und neben der Ablationssonde platziert werden. Letztlich möchten wir in Echtzeit beobachten können, wie die Ablation fortschreitet. So könnte man direkt messen, wie gut sie gelungen ist.

Was sind die bisherigen Erkenntnisse aus dem Projekt?
PA: Wir sind weit gekommen, haben aber auch die physikalischen Grenzen aufgezeigt bekommen. Das Licht, mit dem wir arbeiten, hat eine Wellenlänge von 1300 Nanometern. Es hat eine bestimmte Eindringtiefe, die auch von den Eigenschaften des Gewebes abhängt. Im Vorhof ist das circa einen Millimeter. Wir müssten aber zwischen drei bis vier Millimeter tief sehen können für diese Anwendung, damit wir die ganze Schicht beobachten können. Hinzu kommt, dass sich das Gewebe aufgrund der Ablation verändert, es wird weiss, streut dadurch mehr und wir sehen deshalb noch weniger weit hinein. Wir können dem Ablationsprozess also zuschauen, aber wir sehen nicht tief genug.

Was sind die nächsten Schritte, wie könnte das Problem gelöst werden?
PA: Eine Läsion wächst kugelförmig in alle Richtungen. Man könnte deshalb die Ausbreitung von der Seite beobachten und daraus Rückschlüsse über die Tiefe machen. Eine weitere Möglichkeit sehen wir darin, die Ablation anstelle mit Hochfrequenzstrom gleich mit Laserlicht durchzuführen. Zudem möchten wir die Ablations- und Diagnose-Laser in einer einzigen Faser einpacken. Das würde die Handhabung erleichtern.

Wie stellen Sie sich einen künftigen Einsatz konkret vor? Wie wird sich der Eingriff ändern?
PA: Der Eingriff würde rascher gehen, weil es pro Läsion weniger Zeit bräuchte. Zusätzliche Eingriffe würden zudem wegfallen, was natürlich ein Vorteil für Arzt und Patient wäre.

JS: Der Eingriff würde durch die Rückmeldung an den Arzt bessere Resultate ermöglichen, weil er den Verlauf der Ablation direkt überprüfen könnte. Diese Möglichkeit hat er heute so noch nicht, er muss sich auf indirekte Informationen und Erfahrungswerte verlassen.