Präzisionskardiologie basierend auf Digitalen Zwillingen

Herz-Kreislauf-Erkrankungen werden häug mit implan:erbaren medizinischen Geräten wie Herzschri>macher oder Debrillatoren therapiert. Für op:male Therapierfolge muss deren Wirksamkeit aber ste:g verbessert werden, indem diese präziser an das Krankheitsbild eines jeweiligen Pa:enten angepasst werden. Die große Herausforderung bei der Umsetzung von solchen personalisierten Präzisionstherapien besteht darin diese Geräte op:mal maßgeschneidert zu implan:eren und einzustellen. Eine vielversprechende Möglichkeit dafür bieten virtuelle Herztechnologien, die Anatomie und elektrisches Verhalten eines Pa:entenherzens physikalisch detailliert simulieren können. Derar:ge aus Pa:entendaten konstruierte Computermodelle, die elektrische Vorgänge im Herzen eines Pa:enten exakt nachbilden können, werden als digitale Zwillinge bezeichnet. Um diese eek:v für die Op:mierung von Therapien einsetzen zu können müssen aber bestehende Probleme in der Kalibrierung mit Pa:entendaten gelöst werden, und die Zuverlässigkeit von Vorhersagen muss nachgewiesen werden. Das Forschungsziel besteht darin, die Grundlagen für eine Virtuelle-Herz-Technologie zu schaen, die in der Lage ist aus klinischen nicht-invasiven Bild- und Messdaten automa:siert mechanis:sche digitale Zwillingsmodelle zu erstellen, die das elektrische Verhalten der Ventrikel (Hauptkammern) genau abbilden. Diese Herzzwillinge werden mit einem personalisierten Modell des ventrikulären Reizleitungssystems ausgesta>et, das es ermöglicht das Elektrokardiogramm (EKG) des normalen Herzschlags zu simulieren und auch das EKG bei Schri>machertherapien vorherzusagen. Dazu werden automa:sierte Arbeitsabläufe zur Erzeugung von anatomischen Zwillingsmodellen aus Bilddaten, ein echtzeit-fähiges biophysikalisch detailliertes EKG- Modell, Methoden zur Quan:zierung des Einusses von Beobachtungsunsicherheiten und Techniken zur Iden:zierung von Modellparametern entwickelt. Diese Technologien werden zur Erstellung und Kalibrierung von digitalen Zwillingen eingesetzt, die drei verschiedene Pa:entengruppen repräsen:eren gesunde Probanden, Pa:enten, die unter infarktbedingten ventrikulären Tachykardien leiden und mi>els Abla:on therapiert werden, und Pa:enten mit Reizleitungsstörungen, die mi>els Re-synchronisa:onstherapie behandelt werden. Die dadurch gebildeten virtuellen Kohorten werden validiert, und deren Vorhersagekra` evaluiert. Die Methoden zur Quan:zierung werden eine Abschätzung ermöglichen, mit welcher Wahrscheinlichkeit den Modellvorhersagen vertraut werden kann. Die Haup:nnova:on des Projekts besteht in der Entwicklung eines systema:schen und automa:sierten Ansatzes zur Erzeugung von elektrischen Herzmodellen aus klinischen Daten. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Technologie hinsichtlich Personalisierung der elektrischen Herzfunk:on und der Vorhersage therapeu:scher Eekte soll demonstriert werden. In Kombina:on mit einer Abschätzung der Vorhersageunsicherheiten soll die Glaubwürdigkeit von digitalen Herzzwillingen nachgewiesen werden, um damit die Grundlage für den Einsatz von simula:ons-basierten digitalen Zwillingen als wich:ges Werkzeug der Präzisionskardiologie zu legen. Diese Technologien werden auch eine Schlüsselrolle in der zukün`igen Entwicklung medizinischer Geräte in der Industrie spielen, da die Notwendigkeit von Tierexperimenten und klinischen Studien reduziert wird, und somit Therapien wesentlich schneller und kostengüns:ger entwickelt werden können.