Im Herz-Ultraschall-Labor der Medizinischen Klinik I werden mit hoher Expertise jährlich circa 6.000 Untersuchungen an stationären und ambulanten Patienten durchgeführt. Neben dieser Routinearbeit werden zahlreiche Studien zur Erforschung neuer Untersuchungs- und Analyseverfahren zur optimierten nicht-invasiven Diagnostik zum Teil mit internationalen Kooperationspartnern realisiert. Lesen Sie im Folgenden mehr über zwei Projekte.
1. Myokardiale Deformation (Strain-Analyse):
Beim Herz-Ultraschall fällt auf, dass das Herz gleichmäßig von akustischen Markern, sogenannten Speckles, durchzogen ist. Durch eine Software können diese einzelnen Speckles zu verschiedenen Zeitpunkten detektiert und verfolgt werden (Abbildung 1). Dies erlaubt eine Aussage über die Deformation des Herzgewebes, des sogenannten Myokards.
Abbildung 1
Diese Deformation kann im Herzen in verschiedenen Richtungen untersucht werden, zum Beispiel als radialer Strain als Parameter für die Verdickung der Herzwand oder als longitudinaler Strain als Parameter für die Verkürzung des Herzens (von der Herz-Spitze zur Herz-Basis) jeweils während einer Herz-Aktion. Das Besondere an dieser Analyse ist nun, dass die Stärke dieser Deformationen farblich kodiert angegeben werden kann. Ein Beispiel lesen Sie im Folgenden. (Abbildung 2).
Abbildung 2
Dunkelrot steht für eine maximale Wandverdickung, die rosa Farbtöne für eine reduzierte Verdickung der Herzwand. In diesem Beispiel sieht man (Herzultraschall-Bild links), dass das Herz sich überall maximal (also gesund) verdickt, nur in einem Bereich (grüner Pfeil) wird diese maximale Deformation nicht erreicht. Hier liegt also eine relevante Erkrankung des Herzens vor. Vergleicht man diese Ultraschall-Untersuchung mit einem Bild einer Magnet- Resonanz-Tomographie, dem MRT (gleicher Patient, Bild rechts), sieht man im selben Herz-Segment (durch eine Achsen-Verdrehung der unterschiedlichen Bild-Methoden, blauer Pfeil) eine Narbe (schwarzes Gewebe = gut durchblutet, weißes Gewebe = nicht durchblutet, also totes Gewebe). Die einfache und harmlose Herz-Ultraschalluntersuchung kann also mithilfe der Strain-Analyse in einem Bruchteil an Zeit, Geld und Aufwand den gleichen Nachweis einer Herzschädigung erbringen wie das MRT, das allerdings zusätzlich die Ursache für diese Schädigung aufdecken kann.
2. Simulation von Klappen-Insuffizienzen:
Im Herzen gibt es vier Herzklappen. Die Funktion dieser Klappen gleicht einer Tür: Die Klappe geht auf, damit das Blut hindurchfließen kann und verschließt sich wieder, damit das Blut nicht zurückströmt. Ist die Funktion einer Klappe gestört, kommt es zu einer Undichtigkeit, einer sogenannten Insuffizienz. Zusammen mit Kooperationspartnern aus der Medizintechnik der RTWH Aachen erforscht die Medizinische Klinik I seit vier Jahren die Möglichkeiten, diese Insuffizienzen durch Computerprogramme zu simulieren. Dabei können verschiedene Gründe für die Klappen-Fehlfunktion angenommen und unterschiedliche Größen und Formen (zum Beispiel a bis c) dieser Lecks angesetzt werden (Abbildung 3): Wie im Menschen ändern sich mit diesen Formen dann die Ströme und die Verwirbelungen des zurückfließenden Blutes.
Abbildung 3
Mittels aufwendiger Analysen ist die jeweilige Insuffizienz programmier- und simulierbar (Abbildung 4): Man erkennt, wie sich die Insuffizienzen in jedem Beispiel verändern und wie gut vorhersagbar diese Undichtigkeit durch die Analysen sind: Vergleich realer Ultraschall (US) zum simulierten Ultraschall (SUS) und zu den Computer generierten Modellen (PIV und CFD).
Abbildung 4: PIV: Particle Image Velocimetry; CFD: Computational Fluid Dynamics; US: realer Ultraschall; SUS: Simulierter Ultraschall
Das Ziel dieser Simulationen ist, dass eine eventuelle Therapie dieser Insuffizienzen damit im Vorhinein geplant und simuliert werden kann. Seit einigen Jahren ist es beispielsweise möglich, die Undichtigkeiten der sogenannten Mitralklappe durch Clips über einen Herzkatheter zu reparieren. Vereinfacht gesagt, werden die Teile der Klappe „zusammengetackert“. Aktuell werden während der Prozedur verschiedene Positionen dieser Clips an der Klappe ausprobiert, um so das beste Ergebnis, also eine maximale Verkleinerung der Undichtigkeit, zu erreichen.
Durch diese Simulation der Insuffizienzen kann in Zukunft auf einen Clip und die dadurch hervorgerufene Reduktion der Undichtigkeit simuliert werden, um dem Operateur bereits im Vorfeld die optimale Position der Clips anzugeben. Das Clip-Verfahren kann durch diese Herz-Ultraschallanalyse somit schneller und besser und damit schonender und kostengünstiger erfolgen. 
