Wie hilft der „digitale Zwilling“ Ihres Herzens dem Chirurgen vor der OP?

Wenn Sie vor einer komplexen Herzoperation stehen, etwa wegen eines Aortenaneurysmas oder einer defekten Herzklappe, sind Ihre Gedanken wahrscheinlich von Sorgen und Fragen geprägt. Sie vertrauen auf die Hände und die Erfahrung Ihres Chirurgen, aber die Vorstellung des Eingriffs selbst bleibt abstrakt und beängstigend. In Gesprächen hören Sie vielleicht, dass wir heutzutage fortschrittliche Bildgebung nutzen, um eine Art „Landkarte“ Ihres Herzens zu erstellen. Das ist richtig, aber es beschreibt nur einen Bruchteil dessen, was heute in der Spitzenmedizin in Deutschland möglich ist.

Die wahre Revolution liegt nicht im bloßen Betrachten, sondern im Handeln. Was wäre, wenn ich Ihnen sagen würde, dass ich Ihre Operation bereits mehrfach erfolgreich durchgeführt habe, bevor ich Sie überhaupt in den OP-Saal bringe? Genau das ermöglicht der digitale Zwilling: eine exakte, funktionstüchtige Kopie Ihres Herzens auf dem Computer. Er ist mehr als ein Bild; er ist mein Trainingsfeld, mein Sparringspartner. An ihm teste ich Instrumente, plane Schnitte auf den Millimeter genau und simuliere den Blutfluss nach dem Eingriff. Dieser Artikel nimmt Sie mit hinter die Kulissen der modernen Herzchirurgie und zeigt Ihnen, wie diese Technologie meine Hände lenkt und Ihre Operation fundamental sicherer macht. Es geht nicht um Science-Fiction, sondern um die neue Realität der chirurgischen Handwerkskunst.

In den folgenden Abschnitten erkläre ich Ihnen Schritt für Schritt, wie dieses virtuelle Modell entsteht und an welchen Stellen es den entscheidenden Unterschied für Ihre Sicherheit und den Erfolg der Operation macht.

Maßarbeit für die neue Klappe: Warum der 3D-Scan für den Klappenersatz überlebenswichtig ist

Stellen Sie sich vor, wir müssten eine neue Herzklappe für Sie auswählen. Früher basierte diese Wahl auf Standardgrößen – ähnlich wie beim Kauf eines Hemdes von der Stange. Es passt meistens, aber selten perfekt. Ein Millimeter Spiel an der falschen Stelle kann jedoch den Unterschied zwischen einer lebenslangen, dichten Klappe und einer, die leckt oder den Blutfluss behindert, ausmachen. Hier beginnt die Revolution des digitalen Zwillings. Anstatt uns auf Durchschnittswerte zu verlassen, erstellen wir aus Ihren CT- oder MRT-Daten ein exaktes 3D-Modell Ihrer Aortenwurzel – der Stelle, an der die neue Klappe verankert wird.

An diesem virtuellen Modell kann ich nun verschiedene Klappentypen und -größen digital „anprobieren“. Ich sehe exakt, wie sich eine bestimmte Prothese in Ihrer einzigartigen Anatomie verhalten wird. Ich kann den Sitz, die Spannung und den Blutfluss simulieren, der nach dem Einsetzen entsteht. Diese präoperative Simulation ist keine Spielerei, sie ist entscheidend für die Auswahl der perfekten, maßgeschneiderten Lösung für Sie. Wir vermeiden Komplikationen, bevor sie überhaupt entstehen können, und stellen sicher, dass die neue Klappe eine optimale, langfristige Funktion hat.

Wir wollen Lösungen für den individuellen Patienten finden und nicht nur generelle Aussagen über Risikokollektive treffen.

– Prof. Dr. Benjamin Meder, Universitätsklinikum Heidelberg, Institut für Cardiomyopathien

Diese Vorgehensweise macht aus einem standardisierten Eingriff eine hochpräzise individuelle Handwerkskunst. Wir operieren nicht mehr nur nach Lehrbuch, sondern auf der Basis eines Plans, der exklusiv für Ihr Herz entworfen wurde. Das gibt uns Chirurgen eine unschätzbare Sicherheit und Ihnen das bestmögliche Ergebnis.

Operieren üben ohne Risiko: Wie lernen junge Ärzte an Ihrem 3D-Modell?

Die Ausbildung eines Herzchirurgen ist lang und anspruchsvoll. Der Leitsatz lautet „Sehen, Mitmachen, Selbermachen“. Doch der Schritt vom „Mitmachen“ zum „Selbermachen“ am offenen Herzen ist gewaltig. Hier bietet der digitale Zwilling eine ethische und technologische Revolution: Er wird zum perfekten Sparringspartner für das gesamte Operationsteam. An Ihrem persönlichen 3D-Modell kann ich mit meinem Team, insbesondere mit jüngeren Kolleginnen und Kollegen, den gesamten Eingriff trocken durchspielen – eine Generalprobe ohne jedes Risiko für Sie.

In unseren Simulationszentren projizieren wir das 3D-Modell oder nutzen einen physischen 3D-Druck. Wir diskutieren die Zugangswege, simulieren die Bewegungen der Instrumente und gehen jeden kritischen Schritt durch. Was passiert, wenn wir den Katheter an dieser Stelle einführen? Wo genau müssen die Nähte gesetzt werden? Welche unvorhergesehenen anatomischen Besonderheiten könnten auftreten? Diese Fragen klären wir nicht erst während der Operation, sondern in konzentrierter Ruhe davor.

Für junge Ärzte ist das von unschätzbarem Wert. Sie entwickeln ein Gefühl für die dreidimensionale Anatomie und die Haptik des Eingriffs, ohne den Druck einer echten Operation. Das Ergebnis ist ein perfekt eingespieltes Team, das am Tag des Eingriffs mit höchster Souveränität und Routine agiert. Jeder weiß genau, was zu tun ist, weil wir es bereits geübt haben. Diese Vorbereitung ist ein zentraler Baustein der modernen Patientensicherheit.

Das eigene Herz in der Hand: Wie 3D-Drucke Ihnen helfen, Ihren Fehler zu verstehen

Als Chirurg ist es eine meiner wichtigsten Aufgaben, Ihnen nicht nur medizinisch zu helfen, sondern Ihnen auch die Angst zu nehmen. Ein Großteil dieser Angst entsteht aus dem Unbekannten. Was genau ist das Problem in meinem Herzen? Was werden die Ärzte tun? Ein Gespräch mit Skizzen kann helfen, aber es bleibt abstrakt. Der digitale Zwilling überwindet diese Barriere auf eindrucksvolle Weise: Ich kann Ihnen einen greifbaren 3D-Druck Ihres eigenen Herzens in die Hand geben.

Wenn Sie das Modell Ihres Herzens halten, verändert sich das Gespräch grundlegend. Ich kann Ihnen exakt zeigen, wo das Aneurysma die Aortenwand ausbeult, welche Herzklappe nicht mehr richtig schließt oder wo das Loch in der Herzwand sitzt. Sie sehen und fühlen die Anatomie, über die wir sprechen. Sie verstehen die mechanische Herausforderung, vor der wir stehen, und den Plan, den wir entwickelt haben, um sie zu lösen. Dieses Verständnis schafft Vertrauen und macht Sie vom passiven Patienten zum aktiven, informierten Partner im Behandlungsprozess.

Diese Technologie ist keine ferne Zukunftsvision mehr. Eine PwC-Studie zur Akzeptanz in Deutschland zeigt, dass über 80 % der Deutschen bereit wären, einen virtuellen Doppelgänger von sich erstellen zu lassen, wenn dies der medizinischen Versorgung dient. Ganze 76 % sind überzeugt, dass dies ein innovativer Ansatz für die Zukunft ist, und sehen den größten Vorteil in der Unterstützung bei Therapieentscheidungen und der individualisierten Behandlung. Sie als Patient sind also bereit für diesen Schritt – und wir als Ärzte nutzen ihn, um die Kommunikation auf ein neues Level zu heben.

GPS im Körper: Wie überlagern Ärzte Live-Röntgenbilder mit 3D-Modellen?

Die beste Planung ist nur so gut wie ihre Umsetzung im Operationssaal. Besonders bei minimal-invasiven Eingriffen, bei denen ich über Katheter durch die Blutgefäße navigiere, sehe ich auf dem Monitor nur ein zweidimensionales Röntgenbild. Das ist, als würde man mit einer alten Straßenkarte durch eine komplexe Metropole fahren. Der digitale Zwilling gibt mir hier ein Echtzeit-Navigationssystem – eine Art GPS für den Körper.

Die Technologie dahinter nennt sich Fusionsbildgebung oder Bildüberlagerung. Wir projizieren das zuvor erstellte, detailreiche 3D-Modell Ihres Herzens und Ihrer Gefäße passgenau über das Live-Röntgenbild. Plötzlich sehe ich nicht mehr nur den Schatten des Katheters, sondern seine exakte Position innerhalb Ihrer dreidimensionalen Anatomie. Ich kann die Spitze des Instruments auf den Millimeter genau zur Zielstruktur steuern, gefährliche Abzweigungen meiden und die Prothese exakt platzieren. Diese Augmented Reality im OP reduziert die Operationszeit, die benötigte Kontrastmittelmenge und vor allem das Risiko, Gefäßwände zu verletzen.

Natürlich ist bei der Erstellung und Nutzung dieser detaillierten Modelle der Datenschutz von größter Bedeutung. Die Sorgen der Patienten nehmen wir sehr ernst. In Deutschland sind die Anforderungen durch die DSGVO extrem hoch, und alle Daten werden anonymisiert und auf hochsicheren Servern verarbeitet. Tatsächlich ist dies eine Grundvoraussetzung für den breiten Einsatz: Eine Studie zeigt, dass fast 89 % der Deutschen fordern, dass alle Datenschutzfragen geklärt sein müssen, bevor digitale Zwillinge flächendeckend eingesetzt werden. Diesem Anspruch werden wir in deutschen Kliniken gerecht.

Wenn Adern falsch abzweigen: Wie 3D hilft, angeborene Fehler sicher zu operieren

Die bisher beschriebenen Szenarien bezogen sich auf Herzen, die im Grunde „normal“ gebaut sind, aber eine erworbene Erkrankung aufweisen. Die größte Herausforderung für einen Chirurgen sind jedoch angeborene Herzfehler. Hier gibt es keine Standard-Anatomie. Jedes Herz ist ein Unikat, oft mit unvorhersehbaren Verläufen der Herzkranzgefäße oder fehlenden Verbindungen. Eine Operation nach Lehrbuch ist hier unmöglich und gefährlich. Für diese komplexesten Fälle ist der digitale Zwilling nicht nur hilfreich, er ist oftmals überlebenswichtig.

Dank des 3D-Modells kann ich die einzigartige und oft bizarre Architektur des Herzens eines Kindes oder Erwachsenen mit angeborenem Fehler vollständig erfassen. Ich kann den Verlauf jeder einzelnen Ader nachvollziehen, die Größe der Herzkammern exakt vermessen und den Blutfluss in diesem speziellen System simulieren. An der TU München wird beispielsweise intensiv an einem digitalen Zwilling für Patienten mit Fallot-Tetralogie geforscht, einem komplexen angeborenen Herzfehler. Das Modell kann dort sogar die Bewegung des Herzmuskels mit einer Auflösung von 20 Bildern pro Herzschlag rekonstruieren, um die Funktion vor und nach der OP vorherzusagen.

Diese Detailtiefe erlaubt es mir, einen maßgeschneiderten Operationsplan zu entwickeln, der genau auf diese einmalige Anatomie zugeschnitten ist. Ich weiß im Voraus, wo ich unerwartete Gefäße finden werde und wie ich sie schützen kann. Das reduziert die Operationszeit drastisch und minimiert das Risiko von Komplikationen in einem ohnehin schon fragilen Umfeld. Für die Eltern eines herzkranken Kindes bedeutet das die Gewissheit, dass der Eingriff nicht auf Basis von Vermutungen, sondern auf einer exakten Analyse beruht.

Brustkorb öffnen oder kleiner Schnitt: Wann ist die große Narbe unvermeidbar?

Eine der häufigsten Fragen, die mir Patienten stellen, ist: „Muss mein Brustkorb wirklich komplett geöffnet werden?“ Die Vorstellung einer großen Narbe ist für viele beängstigend. Heute können wir viele Eingriffe, wie den Aortenklappenersatz, minimal-invasiv durchführen (TAVI-Verfahren). Dabei wird die neue Klappe über einen Katheter, meist durch die Leistenarterie, zum Herzen vorgeschoben. Doch dieses Verfahren ist nicht für jeden geeignet. Der digitale Zwilling ist hier ein entscheidendes Werkzeug für die Wahl der richtigen Methode.

Anhand des 3D-Modells analysiere ich den gesamten Weg von der Leiste bis zum Herzen. Sind die Gefäße groß genug für den Katheter? Gibt es starke Krümmungen oder massive Kalkablagerungen, die ein Risiko für Verletzungen darstellen? Wie ist die Aortenklappe selbst beschaffen? Nur wenn der Weg frei und sicher ist, ist ein minimal-invasiver Eingriff die bessere Wahl. In manchen Fällen zeigt die Simulation, dass der Weg zu riskant wäre und die klassische offene Operation, bei der wir direkte Sicht auf das Herz haben, die sicherere Alternative ist. Die große Narbe ist dann kein Versäumnis, sondern eine bewusste Entscheidung für Ihre Sicherheit.

Interessanterweise zeigt der BARMER Krankenhausreport 2024, dass die durchschnittlichen Fallkosten für TAVI und offene Herzchirurgie seit 2021 nahezu identisch sind. Die Entscheidung wird also nicht vom Geld, sondern allein von Ihrer individuellen Anatomie und Sicherheit geleitet. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede zusammen:

Sekundenschnelle Diagnose: Wie KI den Engpass beim Radiologen beseitigt

Die Erstellung eines digitalen Zwillings klingt nach einem extrem aufwendigen Prozess, und das war er auch. Der größte Flaschenhals war bisher die sogenannte Segmentierung: das manuelle Markieren der Herzkammern, Klappen und Gefäße in hunderten von MRT- oder CT-Bildschichten. Ein Radiologe oder Ingenieur benötigte dafür viele Stunden hochkonzentrierter Arbeit. Das machte die Technologie teuer und nur für wenige, ausgewählte Fälle verfügbar. Dieser Engpass wird nun durch Künstliche Intelligenz (KI) beseitigt.

Moderne KI-Algorithmen, die mit tausenden von Herz-Scans trainiert wurden, können diese Segmentierung heute in wenigen Minuten und mit einer Genauigkeit durchführen, die der eines menschlichen Experten entspricht oder sie sogar übertrifft. Ludwig Wagmüller vom Projekt SmartHeart an der Hochschule München fasst es treffend zusammen: „Die KI übernimmt vor allem die extrem zeitaufwändige Segmentierung der Bilddaten. Dadurch wird die Erstellung des digitalen Zwillings erst schnell und breit verfügbar.“

An der Hochschule München wurde im Rahmen des „SmartHeart“-Projekts ein Verfahren entwickelt, das die Rechenzeit für die Simulation eines Herzschlags von mehreren Stunden auf einem Supercomputer auf wenige Minuten auf einem normalen Computer reduziert. Dies geschieht durch eine Kombination aus KI und sogenanntem „Reduced Order Modeling“. Diese Effizienzsteigerung ist der Schlüssel, der den digitalen Zwilling aus dem Forschungslabor in die klinische Routine bringt. Dank KI ist es heute möglich, für eine wachsende Zahl von Patienten vor einem Eingriff ein solches Modell zu erstellen und so die Sicherheit für alle zu erhöhen, nicht nur für eine kleine Elite.

Übung macht den Meister: Warum sollten Sie Kliniken meiden, die eine OP nur 10x im Jahr machen?

Die beste Technologie nützt nichts ohne die Erfahrung, sie zu interpretieren und die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen. Der digitale Zwilling ist ein mächtiges Werkzeug, aber er ersetzt nicht die chirurgische Erfahrung. Im Gegenteil: Er potenziert sie. Kliniken, die komplexe Eingriffe hunderte Male im Jahr durchführen, entwickeln eine immense Routine und Expertise – nicht nur in der Operation selbst, sondern auch in der Nutzung dieser Planungswerkzeuge.

Ein Zentrum mit hohen Fallzahlen verfügt über ein interdisziplinäres „Heart Team“, in dem Kardiologen, Herzchirurgen und Radiologen gemeinsam auf das 3D-Modell blicken und die beste Strategie diskutieren. Sie haben die Muster aus hunderten von Fällen im Kopf und können die Simulationen besser deuten. Die Deutsche Gesellschaft für Kardiologie (DGK) empfiehlt daher explizit, solche Eingriffe in Zentren mit hohen Fallzahlen durchführen zu lassen. Eine Klinik, die eine bestimmte OP nur zehnmal im Jahr macht, kann diese geballte Erfahrung kaum vorweisen.

Seien Sie als Patient mündig und fordern Sie diese Expertise ein. Es ist Ihr gutes Recht, vor einer so wichtigen Entscheidung kritische Fragen zu stellen. Fragen Sie Ihren Chirurgen direkt: „Wie viele dieser Eingriffe führen Sie jährlich durch?“ Eine hohe Zahl ist ein klares Qualitätsmerkmal. Fragen Sie auch: „Können Sie mir das Modell meines Herzens zeigen und den Eingriff daran erklären?“ Führende Zentren werden stolz darauf sein, Ihnen diese moderne Form der Aufklärung zu bieten. Ihre Bereitschaft, diese Fragen offen zu beantworten, ist ein wichtiges Zeichen für eine transparente und patientenorientierte Klinik.

Sprechen Sie mit Ihrem Behandlungsteam über die Möglichkeiten der 3D-Planung. Fragen Sie nach der Erfahrung und den verfügbaren Technologien. Es ist Ihr Herz – und eine exzellente Vorbereitung ist das Fundament für Ihren Operationserfolg.