Archiv der Kategorie: Projekte

Simulation der Strömungsdynamik bei Patienten mit angeborenen Herzfehlern

Ein weiteres Forschungsprojekt, das wir fördern und hier stolz präsentieren:

In den letzten Jahren hat die Messung von Blutströmungen mittels kardiovaskulärer Magentresonanz-tomographie (MRT) für die Untersuchung von Patienten mit angeborenen Herzfehlern zunehmend an Bedeutung gewonnen. Moderne Techniken (4DFlow) ermöglichen sogar die zeitlich und räumlich aufgelöste Untersuchung von Blutflüssen mittels MRT, also die Erfassung des Blutflusses in Herz und umgebenen großen Gefäßen im gesamten Herzzyklus mit einer einzigen Messung. So nutzen auch wir, die MRT-Gruppe der Klinik für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein, Campus Kiel, diese modernen Techniken zum Wohle unserer Patienten.

Patienten mit angeborenen Herzfehlern besitzen oft eine abnorme Anatomie des Herz-Kreislauf-Systems und einen entsprechend veränderten Blutfluss. Selbst innerhalb einzelner Patientengruppen kann es große Unterschiede geben: So kann der sog. „Tunnel“, der bei Patienten mit hypoplastischem Linksherzsyndrom, einem der schwersten angeborenen Herzfehler, eine Vielzahl an Formen annehmen, die wir in MRT-Studien systematisch untersucht haben. Diese Formen führen zu ganz eigenen Blutströmungsmustern, die bisher wenig beschrieben worden sind. Ein Beispiel für die Darstellung des Tunnels mittels MRT wird in der folgenden Abbildung vorgestellt. Entscheidend für unsere Patienten ist ein ungehinderter Blutfluss durch den Tunnel mit wenig Verlusten durch Verwirbelungen, die einerseits energetisch nachteilig sein können und andererseits zu lebensgefährlichen Thromben führen können.

Wir möchten diese und andere spezielle Anatomien des kardiovaskulären Systems bei angeborenen Herzfehlern im Rahmen dieses Projektes mittels computergestützter Strömungssimulation (CFD) anhand von MRT-Bilddaten untersuchen. Wir freuen uns, einen Spezialisten auf dem Gebiet für diese Studie gewinnen zu können. Zur erfolgreichen Bearbeitung des Projektes wird der Verein „Kinderherzen wollen leben“ diesen Mitarbeiter finanzieren

 

Titelbild: 155404_web_R_K_by_erysipel_pixelio.de  // http://www.pixelio.de

Automatische Bestimmung von Gefäßdurchmessern mittels maschinellem Lernen

Wir fördern auch aktuell wieder unter anderem ein weiteres Projekt aus dem Bereich der Forschung, das wir Ihnen hier mit Hilfe einer Beschreibung durch die Klinik näher erläutern und näherbringen möchten und freuen uns auf die hoffentlich positiven Erkenntnisse daraus:

In den vergangenen Jahren hat sich zunehmend gezeigt, dass Methoden maschinellen Lernens großes Potential für die klinische Beurteilung von magnetresonanztomographischen (MRT-) Daten bieten (Fotaki et al. 2022, Helman et al. 2021). Auch die MRT-Gruppe der Klinik für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein, Campus Kiel, ist bestrebt, diese Entwicklung mit freundlicher Unterstützung des Vereins „Kinderherzen wollen leben“ voranzutreiben und möchte neue Methoden entwickeln, die Kindern mit Herzerkrankungen zu Gute kommen sollen.

Der zeitliche Aufwand bei der Erstellung von MRT-Befunden für Kinder mit angeborenen Herzfehlern und anderen Herz- und Gefäßerkrankungen ist aufgrund der vielfältigen manuellen Arbeitsschritte hoch. Wir sehen hier großes Potential, diese Prozesse teilweise durch unterstützende Automatisierung zu verbessern. Im Rahmen der klinischen Auswertungen werden auf Grundlage von MRT-Schichtbildern (Abbildung A) oder 3D-Messungen (Abbildung B) Durchmesser an verschiedenen Positionen der großen Blutgefäße wie der Aorta oder der Pulmonalarterie bestimmt. Diese Bestimmung wird routinemäßig manuell durchgeführt. Wir möchten ein neuronales Netz entwickeln, um große Blutgefäße in MRT-Datensätzen automatisch zu segmentieren mit einem dreidimensionalen Modell (Abbildung C), und im zweiten Schritt aus diesem Modell die Parameter für Gefäßquerschnitte an vorgegebenen Positionen automatisiert und systematisch zu erhalten. Die spezifische Entwicklung von neuronalen Netzen soll in unserem Hause erfolgen.

Wir sind bereits ausgestattet mit mehreren sehr leistungsfähigen Computern für das Training von neuronalen Netzen. Durch Kooperationen mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist es uns gelungen, Informatiker für unsere Projekte zu begeistern, die hochqualifiziert für diese Aufgabe sind. Der Verein „Kinderherzen wollen leben“ wird dieses Projektes unterstützen durch Finanzierung eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.

 

Titelbild: 523115_web_R_K_by_Halina Zaremba_pixelio.de // http://www.pixelio.de

 

Gemeinschaftsprojekt zur Versorgungsoptimierung und vergleichende Wirksamkeitsstudien

In den letzten Jahrzehnten hat es große Fortschritte in der Behandlung von Kindern mit einem Angeborenen Herzfehler gegeben. Heutzutage liegt es daher im besonderen Interesse der behandelnden Ärzt*innen die Lebensqualität der chronisch kranken Patient*innen weiter zu verbessern. Leider fehlen im Bereich der angeborenen Herzfehler häufig belastbare Daten zur Wirksamkeit von Medikamenten sowie von katheterinterventionellen Verfahren. Nur wenige Therapieverfahren basieren auf einer guten Studienlage. Über den langfristigen Verlauf der heterogenen Grunderkrankungen und über die gesundheitliche Versorgung der Patienten müssen wir daher dringend besser Bescheid wissen. Wie entwickeln sich Patienten die im Rahmen einer Herzoperation einen Shunt bekommen haben im Vergleich zu Patienten die im Katheter einen Stent bekommen haben? Welchen Einfluss hat die Gabe von Blutverdünnern, müssen wir überhaupt Blutverdünner verschreiben? Auf diese Fragen wollen wir mit unserer Versorgungsstudie Antwort finden. Dabei kommt uns die digitale Entwicklung entgegen. Big Data Analysen auf Grundlage entsprechend programmierter Algorithmen helfen uns dabei, entlang unserer Fragestellungen innerhalb kurzer Zeit große Datenmengen auszuwerten.

Mit Unterstützung durch das Statistische Bundesamt und die Barmer GEK werden wir im Rahmen unseres Projektes die anonymisierten Daten von 2,8 Millionen Behandlungsfällen pro Jahr und neun Millionen Krankenversicherten berücksichtigen. Für unsere Langzeitauswertung stellt uns die Krankenkasse anonymisierte Patientendaten zur Verfügung, die einen Zeitraum von zehn Jahren abdecken. Aus den Ergebnissen können unmittelbare Handlungskonsequenzen für die alltägliche ambulante und stationäre Versorgung von Patienten mit AHF abgeleitet werden. Diese tragen direkt dazu bei, die heimatnahe Versorgung dieser Patientengruppe langfristig zu verbessern.

Dieses Projekt und die daraus resultierenden Ergebnisse liegt „Kinderherzen wollen leben e. V.“ besonders am Herzen und wird daher von uns kofinanziert.

Bilder u. a.: 695705_original_R_K_B_by_Tim Reckmann_pixelio.de

http://www.pixelio.de

Das Zebrafisch-Projekt am Start

Zebrafisch - BildBereits seit Jahresbeginn wurden organisatorische Vorbereitungen getroffen, um das Zebrafisch-Forschungsprojekt zu starten: die beiden Räume für die Fischhaltung und das eigentliche Forschungslabor von Grund auf renovieren (herzlichen Dank für die kompetente Unterstützung durch Frau Schaeffer-Gans vom Facility Management des UKSH, die besten Aquarien ausfindig machen, die hochkomplexe Wasseraufbereitung installieren,  Anträge für die Tierhaltung und die vorgesehenen Versuche zu schreiben…., die Liste ist damit noch lange nicht komplett!!

Anfang Oktober wurde dann die hochmoderne Einheit der Fa. Tecniplast mit 150 Aquarien für die Zebrafischhaltung und – Aufzucht installiert und im November kamen dann die lang Ersehnten als „Minis“, nämlich als Embryonen aus einem befreundeten Forschungslabor und mussten in den ersten Wochen „wie Frühgeborene“ in einem Inkubator aufgezogen werden. Anfang Dezember konnten sie dann in die ersten 5 Aquarien einziehen, mal gerade 5mm lang und soeben mit dem bloßen Auge erkennbar wieseln sie durchs Wasser. Sie fühlen sich anscheinend wohl.

Beispiel-Anlage

Beispiel-Anlage

Und auch die Forscher kamen: Die Biologin Dr. Virginia Caballero wechselte von der Harvard-Universität in Boston an die Förde, Dr. Marc-Philipp Hitz kam mit einer Vielzahl von kardiogenetischen Forschungsdaten aus dem berühmten Sanger-Institut in Cambridge über den Englischen Kanal auf den Kontinent zurück und  auch Frau Dr. Anne Karin Arndt kehrte nach 3 Jahren Zebrafisch-Forschung aus Boston nach Kiel   heim.
Jetzt sollen also die Experimente beginnen, um Veränderungen bestimmter möglicherweise für die Entstehung von Herzfehlern verantwortlich Gene, im Zebrafisch-Modell auf ihre funktionelle Relevanz zu untersuchen. Einige verdächtige Gene wurden in eigenen Voruntersuchungen ausfindig gemacht. Ganz besonders sind hier die Experimente, die in engster Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. Reiner Siebert, dem Direktor des Instituts für Humangenetik, in unserem vom Deutschen Zentrum für Herz und Kreislaufforschung (DZHK) geförderten Projekt Molekulare Mechanismen des hypoplastischen Linksherzsyndroms. durch die junge Biomedizinerin Kirsten Hoff vorgenommen wurden. Die Spannung ist also groß, welche Veränderungen am Herz des Fisches demnächst gefunden werden, gilt doch der Zebrafisch als guter  Modelorganismus für angeborene Herzfehler.

Wie das genau methodisch passiert, erfahren Sie in einigen Wochen genau an dieser Stelle………..