Nicht-invasiver Herz-Screening-Test: Cardisiographie

Koronare Herzerkrankungen können völlig überraschend auftreten. Um das Risiko zu verringern und ein schnelleres Eingreifen zu ermöglichen wurde die Cardisiographie entwickelt. Die Cardisiographie bietet als ein nicht-invasiver Herz-Screening-Test die Möglichkeit frühzeitig eine Erkankung zu erkennen.

Im Interview mit MEDICA.de erklärt Meik Baumeister wie die Cardisiographie entstanden ist und welche Vorteile sie für die Früherkennung bringt.

Wie kamen Sie auf die Idee, die Cardisiographie zu entwickeln?

Meik Baumeister: Ich selbst hatte mit 30 Jahren einen Herzinfarkt, ohne vorherige Risikofaktoren. Ich hatte damals unwahrscheinliches Glück. Danach habe ich mich gefragt, wie es passieren kann, dass ich ohne vorher irgendwelche Symptome zu haben, plötzlich eine koronare Herzkrankheit bekam? Man fühlt erst etwas, wenn es oft schon zu spät ist, da der Herzinfarkt bereits vor der Tür steht. Es folgten regelmäßig Besuche beim Kardiologen, der einmal im Jahr ein EKG und ein Stress-EKG durchführte.

Meine eigene Recherche zeigte allerdings, dass diese Methode fast keine Aussagekraft hat, wenn es darum geht, Arteriosklerose in den Herzkranzgefäßen festzustellen. Ein EKG oder ein Stress-EKG liegen nur bei circa 25 bis maximal 40 Prozent Zuverlässigkeit. So habe ich gelernt, dass es keine zuverlässige Methode gibt, um diese Krankheit festzustellen, bevor es zu spät ist.

Dann habe ich Prof. Dr. Gero Tenderich getroffen, der sich als Herzchirurg sehr intensiv mit der Vektorkardiographie beschäftigt hat. Er war schon lange Zeit davon überzeugt, dass es mit Hilfe der Vektorkardiographie möglich sein muss, Ischämien im Ruhezustand und nicht-invasiv zu erkennen.
Dabei handelt es sich um eine Methode zur Analyse der Erregungsausbreitung im mehrdimensionalen Raum. Diese Methode gibt es seit 70 Jahren, aber sie blieb aufgrund der für einen Menschen nicht lösbaren Komplexität immer eine Theorie. Die Komplexität der Vektorkardiographie nahmen wir nun mithilfe von künstlicher Intelligenz in Angriff und das war die Geburtsstunde der Cardisio GmbH im Sommer 2015.

Bei der Cardisiographie handelt es sich um einen nicht-invasiven Herz-Screening-Test, die Ergebnisse werden mit KI ausgewertet. Was können die KI-Algorithmen erfassen?

Baumeister: Im Prinzip funktioniert die Cardisiographie wie ein EKG. Wir nehmen die elektrischen Signale des Herzens für 4 Minuten auf. Nach diesen 4 Minuten wird die Messung automatisch in unser Rechenzentrum nach Frankfurt gesendet. Dort werden pro Herzschlag 290 Parameter berechnet. Dabei handelt es sich um verschiedene Berechnungen aus dem EKG Signal, wie zum Beispiel Längen, Abstände, Höhen, Breiten, Winkel usw. Die Ergebnisse werden dann durch eine Kombination verschiedener KI-Methoden auf signifikante Veränderungen geprüft und daraus ermittelt sich dann der Cardisio-Index. Der Cardisio-Index kann das bestehende Risiko farbig mit rot, gelb oder grün einordnen. Dazu sagt eine Prozentzahl noch aus, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Risiko zutreffend ist.

Die Cardisiographie erkennt Herzkrankheiten, auch wenn Patienten keine Symptome aufweisen – wie ist das möglich?

Baumeister: Das elektrische Feld ist der sensibelste Bereich, der im Körper gemessen werden kann. Durch unsere hochsensible Messtechnologie, mit der wir das EKG abnehmen, können wir die kleinsten Veränderungen in der Erregungsausbreitung feststellen. Sobald in irgendeiner Art und Weise eine Minderperfusion vorliegt, also weniger Blut an bestimmte Bereiche des Herzens transportiert wird, reagieren die Myokardzellen entsprechend verzögert. Dadurch entsteht eine Asymmetrie in der Erregungsausbreitung. Diese Asymmetrie analysieren und bewerten wir.

Was hat es mit der Sensitivität und Spezifität auf sich?

Baumeister: Als erstes haben wir uns darauf fokussiert, eine relativ hohe Sensitivität zu erreichen. Das heißt, wenn der Test sagt, dass der Patient gesund ist, dann stimmt das mit einer 97 Prozent hohen Wahrscheinlichkeit auch. Spezifität ist der Gegenpol, denn je höher die Sensitivität ist, desto niedriger ist automatisch die Spezifität. Die Spezifität ist die Genauigkeit, oder die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Test korrekt aussagt, dass jemand krank ist. Hier sind wir momentan bei 85 Prozent. Das bedeutet, dass von 100 Menschen, die bei der Cardisiographie als krank getestet werden, 15 nicht wirklich krank, sondern "falsch positiv" sind. Wenn man die "falsch positiv Rate" und die "falsch negativ Rate", die Sensitivität und die Spezifität zusammenfasst, dann kann man eine Gesamtgenauigkeit ermitteln. Diese liegt für die Cardisiographie bei 91 Prozent, was bereits heute ein extrem hoher Wert ist. Da wir unser KI-Modelle durch neue Daten und neue Informationen fortwährend weiterentwickeln, wird sich die Genauigkeit der Cardisiographie zukünftig kontinuierlich weiter verbessern.

Die erfassten Daten laufen im Cardisio HealthNet zusammen. Was passiert dort mit ihnen?

Baumeister: Nachdem die Daten im Rechenzentrum ankommen sind, werden sie direkt in einen Algorithmus - unsere künstliche Intelligenz – gespeist. Dort sind 25 neuronale Netze miteinander verknüpft, die dann die 290 Parameter pro Herzschlag berechnen. Danach erfolgen verschiedene Statistiken, um Signifikanzen und Korrelationen zu entdecken. Aus dem Ergebnis ermittelt das neuronale Netz die Werte für den Cardisio-Index.

Die neuronalen Netze wurden mit Daten von Patienten, die mit der Cardisiographie und einem Herzkatheter untersucht wurden, trainiert. Im Nachhinein wurden die Ergebnisse verglichen, um zu überprüfen, ob das Ergebnis von Cardisio mit dem des Katheters übereinstimmt. Alle Daten, bei denen die Ergebnisse übereinstimmten, wurden für das Training der neuronalen Netze genutzt.

Welche Eigenschaften sind es, die die Cardisiographie von herkömmlichen medizinischen Geräten zur Erkennung von Herzkrankheiten unterscheidet?

Baumeister: Zum einen ist es die Genauigkeit. Es gibt momentan nichts Vergleichbares, abgesehen von einem Herzkatheter, der allerdings invasiv und aufwendig ist. Des Weiteren ist die Geschwindigkeit des Testes mit maximal 4 Minuten sehr schnell. Darüber hinaus ist die Cardisiographie recht unkompliziert anwendbar und sehr kostengünstig.

Sie sind ein Start-up aus Frankfurt und bereits international vertreten - welche Ziele wollen Sie in Zukunft erreichen?

Baumeister: Unser größtes Ziel ist es, die Cardisiographie in die kardiologischen Guidelines zu bekommen. Außerdem soll es nach Möglichkeit flächendeckend eingesetzt werden, um so vielen Menschen wie möglich dabei zu helfen, ein eventuell bestehendes Risiko für eine Koronarerkrankung frühzeitig zu erkennen und somit einen zukünftigen Herzinfarkt zu verhindern. Denn je früher es erkannt wird, desto eher kann man vorbeugende, sehr effektive therapeutische Maßnahmen treffen. Es gibt recht einfache Mittel, um den weiteren Verlauf der Krankheit zu stoppen. Insofern ist es unser Anliegen, die Cardisiographie möglichst allen Menschen zur Beobachtung von Herzkrankheiten zugänglich zu machen.