Es wird ein Verfahren zur Herstellung patientenspezifischer Annuloplastieringe vorgestellt. Der Mitralklappenannulus wird aus Computertomographiebildern modelliert. Eine optimale Ringgeometrie wird interaktiv erstellt. Die Ringe werden mittels Selective Laser Melting aus einer Titanlegierung hergestellt. Im Tierversuch wurde die Machbarkeit des Verfahrens überprüft. Mit patientenspezifisch geformten Annuloplastieringe für die Mitralklappenrekonstruktion könnten die chirurgische Therapie besser an die individuelle Anatomie und Pathologie angepasst werden. Die Mitralklappeninsuffizienz ist nach der Aortenklappenstenose die zweithäufigste Herzklappenerkrankung. Durch krankhafte Veränderungen an den Mitralklappensegeln und/oder Deformität des Mitralklappenannulus aufgrund von Degeneration oder Ischämien kommt es während der Systole nicht mehr zu einem vollständigen Verschluss der Mitralklappe und Blut wird vom Ventrikel zurück in das linke Atrium gepumpt. Die chirurgische Rekonstruktion der Klappe stellt heutzutage den klinischen Standard in der Therapie dieser Erkrankung dar [1, 2]. Hierbei wird die Klappe nicht durch eine Vollprothese ersetzt sondern in ihrer Funktion so weit wie möglich unter Verwendung des nativen Gewebes wiederhergestellt. Dabei kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. In fast allen Fällen wird ein sogenannter Annuloplastiering eingesetzt, welcher Deformitäten und Vergrößerungen des Mitralklappenannulus ausgleichen soll und insgesamt eine stabilisierende Wirkung auf die Mitralklappe hat. Seit Einführung der Technik unter Verwendung planarer, ovaler Ringe in den 1970er Jahren [3] wurde die Geometrie der eingesetzten Ringe stetig weiterentwickelt, über planare D-förmig Ringe hin zu sattelförmig gebogenen Ringen. Hinter dieser Entwicklung steht die Bestrebung, die Form der Ringe besser an die Mitralklappenanatomie anzupassen und dadurch weniger Spannung auf die Anatomie, insbesondere die Mitralklappensegel auszuüben [4] und gleichzeitig die Koaptation der Segel zu verbessern [5,6]. In der klinischen Praxis kommen Annuloplastieringe verschiedener Größe und Geometrie zum Einsatz. Dennoch deckt die zur Verfügung stehende Auswahl nicht die interindividuelle Variabilität der Anatomie und Pathologie ab. Das Konzept der Patientenspezifischen Annuloplastie wurde 2010 vorgeschlagen [7], jedoch nie in vivo überprüft. Ziel der vorgestellten Studie war es, ein Konzept zur Implantation von patientenspezifisch hergestellten Annuloplastieringen im Tierversuch auf seine Machbarkeit zu überprüfen. Es wurde ein Verfahren zur Modellierung optimal auf die Patientenanatomie angepasster Annuloplastieringe anhand von Computertomographiebildern entwickelt. Zur Positionierung von 20 - 40 Landmarken zur Definition des Mitralklappenannulus werden zunächst die beiden Kommissuren und ein dritter Punkt auf dem Annulus etwa in der Mitte des posterioren Segels durch den Nutzer in den Bilddaten markiert. Anschließend berechnet das Programm automatisch eine ungefähre Mitralklappenebene und erzeugte orthogonal dazu 20 Schnittebenen durch den Datensatz, welche sich im un-
Abb. 1: Links: Markierung des nativen Mitralklappenannulus in Computertomographien und Planung der Ringgeometrie. Rechts: Fertiger Titanring vor Implantation.
Zur Erprobung des Verfahrens und der chirurgischen Handhabbarkeit der definierten Ringe im Tierversuch wurden unter
3
Anästhesie EKG-getriggerte Computertomographien (Siemens Somatom Definition Flash, Auflösung 0.3x0.3x0.3 mm )
von 6 Schweinen angefertigt. Als Kontrastmittel wurden je 80ml Ultravist venös injiziert. Beta-Blocker und Lidocain
wurden verabreicht, um den Herzschlag auf 60-70 Schläge pro Minute zu senken und zu stabilisieren. Diese
Pulssenkung war erforderlich, um ein optimales Ergebnis der auf die menschliche Physiologie ausgelegten
Rekonstruktionsalgorithmen des CT-Scanners zu erzielen. Schweine haben in der Regel einen höheren Ruhepuls als Menschen. Die
Aufnahmen sowie der nachfolgende Akutversuch zur Implantation erfolgten in Übereinstimmung mit lokalen und nationalen
Gesetzen sowie internationalen Standards zur Versuchstierhaltung und Durchführung von Tierversuchen.
Die Definition spezifischer Ringe erfolgte wie oben beschrieben. Anhand der definierten Oberflächenmodelle wurden im
Selective Laser Melting [
Die Bildqualität der Computertomographien war in allen 6 Fällen ausreichend zur zweifelsfreien Definition des Mitralklappenannulus. Die korrekte Positionierung, Ausrichtung und Implantation der Ringe erwies sich unter Verwendung der vordefinierten Nahtlöcher aus chirurgischer Sicht als sehr gut machbar. Das Einnähen selbst nahm nicht mehr und nicht weniger Zeit in Anspruch als bei einem herkömmlichen Ring, allerdings konnte durch das Wegfallen der intraoperativen Ringgrößenauswahl (sizing) die Operationsdauer geringfügig reduziert werden.
Bei den ersten drei Tieren zeigte sich ein systematischer Fehler in der Planung der Ringgeometrien. Die Ringe erwiesen sich als zu groß. Dieser Fehler wurde für den zweiten Durchlauf mit drei weiteren Versuchstieren behoben, die in diesem Durchlauf hergestellten Ringe stimmten sehr gut mit den in situ vorgefundenen Annuli überein (siehe Abb. 2) und im Echo konnte keine funktionelle Mitralklappeninsuffizienz festgestellt werden. Abb. 2: Postoperative Kontrolle der Ringgröße und –geometrie. Bei den drei Versuchstieren der zweiten Serie zeigte sich eine gute Übereinstimmung der Ringe mit den nativen Annuli.
Die vorgestellte Studie ist eine reine Machbarkeitsuntersuchung. Keines der Versuchstiere wies vor dem Eingriff eine Mitralklappendysfunktion auf. Der Versuch zielte somit nicht darauf ab, eine Aussage über die Kompetenz der patientenspezifisch hergestellten Ringe zur Korrektur einer Deformität oder Dilatation des Mitralklappenannulus zu treffen. Ferner bleiben aufgrund der Tatsache, dass keine Langzeitbeobachtungen durchgeführt wurden, Fragen der Biokompatibilität und Durabilität des Implantats und der Nähte unbeantwortet.
Das Augenmerk der Studie lag auf der chirurgischen Handhabbarkeit der soliden Titanringe, die sich durch die vordefinierten Nahtlöcher in der Handhabung von den herkömmlichen Ringen unterscheiden sowie auf der Frage, ob der Mitralklappenannulus mittels der verfügbaren Bildgebungstechnik hinreichend genaue modellierbar ist. Unter beiden Gesichtspunkten zeigte sich das Konzept der patientenspezifischen Annuloplastie als durchführbar. 5