Virtueller Roboter umrandet ergriffene Herzmuskel

Medizinische Informatiker aus Leiden haben in einem Projekt der Technologiestiftung STW einen virtuellen Roboter entwickelt, der die Harzmuskel präzise anhand Bilder des Herzens abtastet. Der Konturendetektor nimmt Spezialisten Arbeit ab und lässt den Patienten unberührt. Die Forschungsgruppe präsentiert die Ergebnisse Mitte Mai auf einem Kongress in Honolulu.

Um sich eine Übersicht der Kondition des Herzens eines Patienten zu verschaffen, verwendeten Mediziner bis jetzt eine Serie MRI-Aufnahmen (Magnetic Resonance Imaging). Die Bilder zeigen an zwanzig Momenten während eines Herzschlags zehn Aufnahmen des Querschnitts des Herzens. Der Mediziner zeichnet anschließend auf sicherlich vierzig der 200 Bilder mit der Hand die Dicke der Herzmuskel ein. Auf diese Art und Weise werden ganz präzise, aber subjektiv, die Teile sichtbar, wo die Herzmuskel während des Herzschlags weniger verdickt ist. Diese Teile der Herzwand sind bereits abgestorben oder bekommen bei Anstrengungen weniger Sauerstoff. Braucht der Mediziner mehr Informationen, so zeichnet er alle 200 Aufnahmen ein.

Im neu entwickelten Konturendetektor zeichnet ein fiktiver Roboter Grenzlinien auf den MRI-Bildern. Die Linien zeigen an, wo die Herzwand liegt und wie dick die Herzmuskel dort ist. Der Roboter ist objektiv und selbstlernend. Wenn der Kontrast im Bild nicht ausreicht, um mit Sicherheit eine Grenzlinie ziehen zu können, ’erinnert’ sich der Roboter ein Beispiel aus einem früheren ’Training’. Zusammen mit den von den Programmierern auferlegten Regeln konstruiert das intelligente System darauf mit ’chirurgischer Präzision’ eine Kontur. Die zeitraubende manuelle Einzeichnung von Konturen wird damit überflüssig. Patienten merken nichts vom Roboter, weil die Bearbeitung auf den im PC gespeicherten MRI-Aufnahmen erfolgt.

Der Roboter bewegt sich wie ein Auto entlang der Herzwand und zeichnet unterwegs die Konturen auf den Aufnahmen ein. Die Forscher stellen die Größe, Geschwindigkeit und den Mindestwendekreis des virtuellen Fahrzeugs ein auf die individuellen Eigenschaften des Patientenherzens, wie Gewicht und Blutmenge, die dieses Herz pumpen kann. Um ’sicher’ navigieren zu können, verfügt der Roboter an der Vorderseite und seitlich über Sensoren, sodass ’Zusammenstöße’ mit der Wand vermieden werden.

Die Forschungsgruppe des Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) beschränkte sich im STW-Projekt auf die automatische Umrandung der linken Herzkammer, weil von dort aus das Blut durch den Körper gepumpt wird.