Aortenklappenprothese: präzise Operationsvorbereitung dank Silikonherz

Interview mit Prof. Stephan Ensminger, Oberarzt an der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie, Herz- und Diabeteszentrum NRW

Eine 80-jährige Patientin benötigt eine neue Aortenklappenprothese. Da die alte stark verkalkt ist, öffnen die Segel nicht mehr richtig. Aufgrund verschiedener Faktoren gilt die Patientin als inoperabel. Um ihr dennoch eine Operation zu ermöglichen, haben Spezialisten des Herz- und Diabeteszentrums NRW den Eingriff anhand eines originalgetreuen 3D-Modells des Herzes vorbereitet.

23.02.2015

Foto: Stephan Ensminger

Prof. Stephan Ensminger; © Armin Kühn/HDZ

Prof. Dr. Stephan Ensminger, Oberarzt der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie, führte neben diesen Untersuchungen auch die Operation durch. MEDICA.de sprach mit ihm über die Hintergründe der intensiven Operationsvorbereitung und die Anwendung für den klinischen Alltag.

Herr Prof. Ensminger, wie sind Sie auf die Idee gekommen, die Operationsmethode sowie das Implantat zuvor an einem Modell zu testen?

Stephan Ensminger:
Die primäre Motivation für unsere Idee war es für die betreffende Patientin das Risiko zu minimieren und die Chance auf Erfolg zu maximieren, da es sich um eine ältere, voroperierte, sehr kranke Patientin handelte und diese spezifische Operation so noch nicht vorher durchgeführt wurde. Die Grundidee dabei war, einen individuellen Algorithmus für eine Patientin zu entwickeln und im Vorfeld alle Risiken aufgrund der schwierigen Voraussetzungen zu detektieren.

Die Innovation der aktuellen Studie besteht darin, für eine Patientin mit einer defekten Herzklappenprothese Teile des Patientenherzens aus Silikon originalgetreu nachzubauen, um damit entscheidende Schritte der Operation im Vorfeld zu simulieren. Hierzu wurde die linke Herzkammer, der Ausflusstrakt und die Hauptschlagader mit den Koronarabgängen modelliert und die bei der Patientin bereits vorhandene biologische Prothese in das Silikon-Modell eingesetzt, sodass ein genaues Abbild des Herzens der Patientin entstand. Anschließend wurde in diesem Modell eine weitere Aortenklappenprothese angebracht. Ihre Funktion haben wir dann anhand verschiedener Tests überprüft, bevor die Patientin operiert wurde.

Warum waren vorab Untersuchungen notwendig?

Ensminger:
Es handelte sich um eine Patientin, bei der bereits ein Aortenklappenersatz durchgeführt wurde. Diese Klappe degenerierte innerhalb von drei Jahren, sie musste also ersetzt werden. Aufgrund des hohen Alters, ihrer Vorerkrankungen und der Voroperation bedeutete ein erneuter Eingriff am offenen Herzen für die Patientin ein sehr hohes Risiko. Sie galt faktisch als inoperabel. Des Weiteren mussten wir im Vorfeld entscheiden, welche Art von Katheterklappe am besten für die Implantation in die degenerierte Aortenklappenprothese geeignet war und haben diesbezüglich mehrere Katheterklappen im 3D-Modell getestet.
Foto: Aortenklappenprothese

Die neue Herzklappe wird mit Hilfe eines Katheters ins Herz eingesetzt. Im Herzen angekommen, muss die Ersatzklappe exakt in der Ebene platziert werden, in der sich die verkalkte Klappe des Patienten befindet; © Armin Kühn/HDZ

Wie wurde das Silikonherz hergestellt?

Ensminger:
Das Herz und die großen Gefäße wurden mittels Computertomografie untersucht. Mithilfe dieser Daten haben wir ein originalgetreues 3D-Modell aus Silikon gedruckt. Außerdem wurde die beschädigte Klappenprothese in das Modell implantiert. Damit lag uns ein genaues Abbild des Patientenherzes vor.

Welche funktionellen Untersuchungen wurden im Anschluss durchgeführt?

Ensminger:
In Zusammenarbeit mit dem Helmholtz Institut der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) in Aachen haben wir das Silikonmodell vor Ort in eine Perfusionsvorrichtung eingespannt. Damit wurden die funktionellen Untersuchungen durchgeführt, das heißt, wir haben alle technischen Aspekte untersucht, die für eine erfolgreiche Operation notwendig waren. Wir wollten vorher messen, ob der Gradient in Ordnung ist und ob wir es technisch realisieren können, dass die Klappe richtig sitzt. Andererseits wollten wir herausfinden, auf welcher Höhe die neue Klappe platziert werden musste, um eben einen guten Gradienten zu erzielen. Die Klappe sollte natürlich auch dicht sein.

Daraufhin haben wir diverse Klappen von unterschiedlichen Herstellern auf der defekten Prothese platziert und das Ganze perfundiert, um die passende Prothese zu finden. Das war wichtig, da es sich um eine kleine Patientin handelt und die Klappe deswegen sehr klein sein musste. Wir mussten insbesondere die richtige Höhe bestimmen, in der die neue Klappe in der alten Klappe verankert werden sollte. Außerdem ist die Öffnungsfläche, die entsteht, wenn zwei Klappen übereinander liegen, eher klein und der Druckunterschied zwischen linker Herzkammer und Hauptschlagader wäre infolgedessen groß. Die Patientin hätte unter diesen Umständen keine Verbesserung der klinischen Symptomatik.

Mit einer Highspeedkamera wurden die Segelbewegungen der potenziellen neuen Klappe beurteilt und untersucht. Wir haben uns darauf fokussiert, wie die beiden Segel miteinander interagieren. Das war besonders wichtig, da es zu Problemen für die Haltbarkeit und die Öffnungsoberfläche kommen kann, wenn die alten Klappensegel nicht komplett an die Wand gedrückt werden können oder das alte Segel an das neue schlägt. Im Anschluss wurde das Modell geröntgt, um die genaue Position der neuen in der alten Herzklappe für die OP zu bestimmen. Dank unserer Tests im Vorfeld der Operation haben wir die optimale Position der Katheter-Herzklappe in der defekten Aortenklappenprothese für unsere Patientin bestimmen können, die neuen Klappensegel funktionieren jetzt einwandfrei.
Foto: Ensminger und Gummert mit Silikonherz

Prof. Stephan Ensminger und Prof. Jan Gummert (Direktor der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie) mit dem 3D-Modell; © Armin Kühn/HDZ

Was haben Sie dabei herausgefunden?

Ensminger:
Das primäre Ziel der Tests war es einmal, die optimale Herzklappe zu ermitteln sowie die optimale Position, an der sie verankert wird. Dabei kam heraus, dass die erste Position, die ich aus meiner interventionellen Erfahrung heraus gefühlsmäßig gewählt hätte, die schlechtere Variante war. Insofern waren das sehr wichtige Erkenntnisse und wir haben uns für die zweite Position entschieden. Der Gradient über der Aortenklappenprothese im 3D-Modell betrug zwischen fünf bis zehn mmHg, das war ein sehr gutes Ergebnis.

Wie verlief die Operation?

Ensminger:
Das Röntgenmuster der geplanten Klappenposition wurde während der OP auf einen Monitor projiziert. Diese Erkenntnis habe ich dann auf das Herz der Patientin übertragen und die Klappe entsprechend positioniert, was nach meinem Gefühl eine relativ hohe Position in der alten Klappe war. Das hätte ich ohne die Ergebnisse aus dem 3D Modell so nicht umgesetzt, aber das Resultat war perfekt. Der Gradient über der neuen Aortenklappenprothese war eigentlich zu gut, er war noch niedriger als im 3D-Modell ermittelt. Daraufhin haben wir im Labor am gleichen 3D-Modell noch einmal Nachuntersuchungen vorgenommen. Die degenerierte Klappenprothese war aus Nitinol, einem selbstexpandierenden Material. Der einzige Unterschied war, dass wir während der OP die implantierte Klappe nachgedehnt haben, nachdem wir sie platziert hatten. Im Labor kam dann heraus, dass wir mit dieser Maßnahme faktisch auch die ‚alte Klappe‘ erweitert haben, weil der Nitinolstent dieser Klappenprothese nachgegeben hatte. Aus diesem Grund ist auch die Öffnungsfläche der Klappenprothese größer geworden und die Ergebnisse waren noch überzeugender.

Inwieweit eignet sich diese präzise Operationsvorbereitung für den klinischen Alltag?

Ensminger:
Zeit- und Kostenaufwand sind nicht so hoch, wie man zunächst denkt. Es ist aber keinesfalls notwendig, das Verfahren bei jeder kathetergestützten Aortenklappenimplantation anzuwenden. In unserem Fall handelte es sich um eine Hochrisikopatientin und eine technisch schwierige Prozedur, die erstmalig durchgeführt wurde. Zusätzlich war laut Aussage des Herstellers die degenerierte Aortenklappenprothese für solch eine Prozedur nicht geeignet. Deshalb ermöglichte der hier entwickelte Algorithmus, diese neue Intervention detailliert im Vorfeld der Operation zu planen und damit das Operationsrisiko zu vermindern und die Patientensicherheit zu erhöhen. Dies ist selbstverständlich auch für andere neue Interventionen möglich.

Und Sie haben das Verfahren danach bereits mehrfach eingesetzt.

Ensminger:
Wenn eine neuartige Katheterintervention geplant wird, ist die Entwicklung eines guten Algorithmus, bei dem die Risiken und der prozedurale Erfolg vorher nicht abgeschätzt werden können, essenziell und der operative Erfolg sollte reproduzierbar sein. Wir haben bereits eine zweite Patientin im Alter von 93 Jahren operiert. Auch sie konnte eine Woche nach der Operation entlassen werden. Beiden behandelten Patientinnen geht es sehr gut. Für uns war und ist es wichtig, dass bei solchen neuen Prozeduren die Patientensicherheit im Mittelpunkt der Operationsvorbereitungen steht und zum bestmöglichen Ergebnis für den Patienten führt.
Foto: Melanie Günther; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Melanie Günther
MEDICA.de