Neue Methode von BioTechMed-Graz Digitale Zwillinge sorgen für bessere Therapiemöglichkeiten

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Medizinische Universität Graz

Wissenschaftler der Forschungskooperation BioTechMed-Graz haben einen neuen Weg gefunden, digitale Zwillinge des menschlichen Herzens zu erstellen. Die Methode soll die bessere Therapie von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neue Möglichkeiten in der klinischen Diagnostik ermöglichen.

Noch immer zählen Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu den häufigsten Todesursachen in Europa. Therapieerfolge sind von Patient zu Patient unterschiedlich und hängen vom individuellen Krankheitsbild ab. „Beispielsweise ist bei rund 30 Prozent der Herz-Patientinnen und -Patienten, denen ein Herzschrittmacher zur mechanischen Resynchronisation des Herzschlags eingepflanzt wurde, die Schrittmachertherapie nicht erfolgreich“, verdeutlicht Gernot Plank, Forscher am Institut für Biophysik der Medizinischen Universität Graz.

Gemeinsam mit den Mathematikern Gundolf Haase und Kristian Bredies sowie dem Informatiker Thomas Pock hat Plank ein Modell entwickelt, das derartige Eingriffe schon im Vorfeld ausschließen soll. Ärzte sollen damit mittels Simulation die optimale Therapie ermitteln und den Behandlungserfolg deutlich verbessern können. Als Grundlage dienen diagnostische Daten aus MR-, EKG- und weiteren Herzuntersuchungen. Bildgebende Algorithmen erstellen aus den Informationen dann ein digitales Abbild des Patientenorgans, um verschiedene therapeutische Ansätze durchzuspielen.

KI-Methoden im Fokus

Die Methode ist bereits so weit ausgereift und automatisiert, dass sich anatomisch korrekte digitale Zwillinge von Patientenherzen routinemäßig im klinischen Umfeld herstellen lassen. Eine weitere Verbesserung hat die vollautomatische Anpassung aller funktionellen Aspekte des Herzschlags zum Ziel. „Das erfordert weitere Anstrengungen in der Grundlagenforschung, insbesondere in jenen Bereichen des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz (KI), die einen hohen Grad an Personalisierung erlauben“, so Thomas Pock.

Ein vielsprechender KI-basierter Ansatz konzentriert sich auf die Wellenausbreitung im Herzen, die durch die Ausrichtung der Muskelfasern gesteuert wird. Gemeinsam mit dem Cardiocentro Ticino will das BioTechMed-Graz hier ansetzen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts sollen die „Steuerelemente“ mittels Machine Learning so in das Modell integriert werden, dass der simulierte Herzschlag seinem echten Pendant möglichst nahekommt.

Erste klinische Validierungsstudien sind bereits in Vorbereitung. Die Forscher gehen davon aus, dass erste Prototypen bereits im kommenden Jahr getestet werden können.

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