Der kathetergestützte Aortenklappenersatz nimmt auch bei Patienten mit niedrigem OP-Risiko einen zunehmend größeren Stellenwert zur Behandlung der hochgradigen Aortenklappenstenose ein.45 Umso wichtiger ist es, die einzelnen Schritte der Intervention zu optimieren. In einigen Arbeiten wurde bereits die Vordilatation als obsolet bezeichnet, da sie lediglich die OP-Zeit verlängere und Komplikationen wie Schlaganfälle und AV-Blockierungen begünstige.22,52,53,57,59 Ziel dieser Studie war es, die Vor- und Nachteile der Vordilatation zu untersuchen. Hierzu wurden 625 Patienten, die im Zeitraum von 2016-2020 eine TAVI am UKW erhielten, retrospektiv analysiert (323 mit, 302 ohne Vordilatation). Es wurden demographische sowie prä-, peri- und post-interventionelle Daten analysiert. Statistisch signifikante Unterschiede wurden bei den Schlaganfällen beobachtet (p=0,01), die mit 2,2% lediglich bei Patienten mit Vordilatation auftraten, sodass bei einem hohen Schlaganfallrisiko hierauf verzichtet werden sollte. Zusätzlich war in der Gruppe mit Vordilatation die passagere Schrittmacherabhängigkeit signifikant häufiger (p=0,01). Alle anderen Komplikationen waren nicht signifikant. In beiden Gruppen zeigte sich zu >95% ein Device-Success, sodass der Verzicht auf eine Prädilatation nicht mit einem schlechteren Outcome assoziiert und somit sicher ist.53,57,58,59,61 Die Auswertung der TTE-Daten zeigte, dass eine Prädilatation durchgeführt wurde, wenn die Klappe signifikant höhergradig stenosiert war (Pmean 50,17 vs. 46,79mmHG). Ferner wurde bei leichtgradigen Aortenklappeninsuffizienzen signifikant häufiger auf eine Vordilatation verzichtet (p=0,04). Eine Vordilatation kann also bei komplexeren anatomischen Verhältnissen sinnvoll sein, um einen optimalen Klappensitz zu gewährleisten.52,53 Nach TAVI zeigte sich die LV-EF in der Gruppe mit Prädilatation signifikant höher (p=0,002). Höhergradige Aortenklappeninsuffizienzen scheinen nicht durch eine Vordilatation begünstigt zu sein, die AI°II wurde nur bei 4 Patienten ohne Vordilatation beobachtet. In den postinterventionellen EKG-Daten zeigten sich in der Gruppe ohne Vordilatation signifikant häufiger Linksschenkelblöcke sowie ein AVB °II, Typ II, was vermutlich durch die fehlende Vorbereitung der Klappe und den damit assoziierten ungünstigeren Prothesensitz zu erklären ist.53 Die Nachdilatation wurde nicht durch eine vorausgegangene Vordilatation beeinflusst. Bezüglich der implantierten Klappenarten wurde die S3 Ultra signifikant häufiger bei Patienten ohne Vordilatation eingesetzt. Die in vielen Arbeiten beschriebene kürzere OP-Dauer ließ sich in dieser Studie nicht bestätigen.52,53,56 Stattdessen war bei TAVIs ohne Vordilatation die Eingriffsdauer im Schnitt 4min länger (p=0,11). Es bestätigte sich, dass bei einer Prädilatation signifikant mehr Kontrastmittel verwendet wurde (p=0,001) und die Strahlenbelastung höher war. Dies ist insbesondere für Patienten mit einer Niereninsuffizienz von Bedeutung.42 Ob eine Vordilatation durchgeführt wird, sollte also individuell aufgrund der Begleiterkrankungen und Risikofaktoren entschieden werden. / Transcatheter aortic valve implantation is becoming more important for patients with severe aortic stenosis and low surgical risk .45 Therefore it is important to optimize the procedure. Some articles call a predilatation obsolete as the procedural time could be longer and complications such as stroke or AV-blocks would increase.22,52,53,57,59 The aim of this study was to find out whether a predilatation is beneficial. Therefore 625 patients who received a TAVI at the UKW in the time span from 2016-2020 were analysed retrospectively (323 with and 302 without predilatation). The analysis included demographic as well as pre-, peri- and post-procedural data. There was a statistically significant higher risk for a stroke (p=0,01) in the pre-dilatation-group. If a patient has a higher risk for an embolization, predilatation should be surrendered. Additionally, in the pre-dilatation group the necessity for a temporary pacemaker was significantly higher (p=0,01) while other complications were equal. Both groups had a device success rate >95%, thus there should be no inferior outcome without predilatation.53,57,58,59,61 By analysing the TTE-data it could be noticed that a predilatation was done when the stenosis was calcified to a significantly higher level (Pmean 50,17 vs. 46,79 mmHG). A predilatation was not performed when there was a mild aortic-regurgitation (p=0,04). This is why it might be reasonable to perform a predilatation when having complex anatomical proportions.52,53 After TAVI the LV-EF was significantly higher in the predilatation-group (p=0,002). Higher aortic insufficiencies could not be seen. In the group without predilatation four patients had an AI °II. The postinterventional EKG showed significantly more left-bundle-branch-blocks and AVB °II in the group without predilatation. This might be evidence for an unfavourable placement of the valve.53 Post-dilatation was not affected by predilatation. Regarding the different types of valves, it could be found that the S3 Ultra was significantly more often used in the group without predilatation. Some studies reported a shorter procedural time without predilatation. This could not be confirmed.52,53,56 Instead the procedural time was 4 minutes longer without predilatation (p=0,11). With predilatation the use of contrast medium and the radiation exposure was significantly higher (p=0,001), especially for patients with kidney disease this is highly relevant.42 Overall the decision to perform a predilatation is individual, regarding the patient´s diseases and risk factors.

Die Aortenklappenstenose stellt eine der häufigsten Herzklappenerkrankungen der westlichen Welt mit steigender Inzidenz dar. Mithilfe der kathetergestützten Aortenklappenimplantation (TAVI) ist es heutzutage möglich, auch chirurgisch inoperable PatientInnen mit einer Klappenprothese zielgerichtet zu behandeln. Ziel dieser Arbeit war es, klinische und echokardiografische Prädiktoren der Gesamtmortalität sowie des Kurz- (30 Tage) und Langzeitüberlebens (12 Monate) nach TAVI zu ermitteln. Es wurden zahlreiche klinische und echokardiografische Parameter bei 618 PatientInnen, die zwischen Juli 2009 und Oktober 2018 eine TAVI erhielten, untersucht. Anschließend erfolgte ein Follow-up mittels Telefoninterview oder hausärztlicher Auskunft. Es folgten statistische Analysen zur Ermittlung signifikanter Unterschiede zwischen verstorbenen und lebenden PatientInnen. Abschließend wurden mögliche Prädiktoren der Mortalität mithilfe multivariabler Cox Regressionmodelle identifiziert. In den Analysen ergaben sich zahlreiche signifikante Unterschiede zwischen Lebenden und Verstorbenen. Klinische Prädiktoren, die ein höheres Risiko der Gesamt- sowie Langzeitmortalität anzeigen, sind der Zugangsweg (transapikal), pAVK, Vorhofflimmern, erhöhte CRP-Level sowie eine Amiodaroneinnahme. Letztere erwies sich als der einzige Prädiktor der Kurzzeitmortalität. Als echokardiografische Prädiktoren (nach Adjustierung bezüglich klinischer Parameter) der Gesamtmortalität präsentieren sich eine erniedrigte TAPSE (≤14mm), erniedrigte septale MAPSE (≤6mm) sowie erhöhtes septales E/e‘ (≥28). Dieses ist auch ein Prädiktor des Lang- und Kurzzeitüberlebens. Zusätzlich zeigt ein sPAP-Anstieg pro 5mmHg eine erhöhte Kurzzeitsterblichkeit an. Für die Mortalität nach einem TAVI-Eingriff sind neben kardiovaskulären Komorbiditäten auch echokardiografisch messbare kardiale Faktoren entscheidend, insbesondere eine systolische Dysfunktion (erniedrigte TAPSE und MAPSE), diastolische Dysfunktion (erhöhter Füllungsdruckindex E/e‘) sowie erhöhte pulmonalarterielle Drücke (sPAP). Wenn PatientInnen schon vor dem Eingriff diese pathologischen Werte zeigen, sind sie als einem „Hochrisikokollektiv“ zugehörig aufzufassen, was in der Aufklärung wie auch Vor- und in der Nachsorge solcher PatientInnen zukünftig Berücksichtigung finden sollte. / Aortic valve stenosis is one of the most common heart valve diseases in the western world with increasing incidence. Due to transcatheter aortic valve implantation (TAVI), it is now possible to treat surgically inoperable patients with a valve prosthesis. The aim of this study was to determine clinical and echocardiographic predictors of overall mortality as well as short- (30 days) and long-term survival (12 months) after TAVI. Numerous clinical and echocardiographic parameters were examined in 618 patients who underwent TAVI between July 2009 and October 2018. Follow-up was carried out by telephone interview or GP information. Statistical analyses were carried out to determine significant differences between deceased and living patients. Finally, possible predictors of mortality were identified using multivariable Cox regression models. The analyses revealed several significant differences between living and deceased patients. Clinical predictors indicating a higher risk of overall and long-term mortality were TAVI approach(transapical), peripheral vascular disease, atrial fibrillation, elevated CRP levels and amiodarone use. The latter proved to be the only predictor of short-term mortality. Reduced TAPSE (≤14mm), reduced septal MAPSE (≤6mm) and increased septal E/e' (≥28) were found to be echocardiographic predictors (after adjustment for clinical parameters) of overall mortality. Latter is also a predictor of long-term and short-term outcome. In addition, increased sPAP (per 5mmHg) indicates higher risk of short-term mortality. In addition to cardiovascular comorbidities, echocardiographically measurable parameters, in particular systolic dysfunction (reduced TAPSE and MAPSE), diastolic dysfunction (increased filling pressure index E/e') and increased pulmonary artery pressure (sPAP), are decisive for mortality post TAVI. If patients already show these pathological values before the procedure, they should be regarded as "high-risk group", which should be taken into account in the education of the patient as well as into their follow up visits.

Den minimalinvasiven, kathetergestützten Verfahren der Aortenklappenimplantation (TA-AVI und TF-AVI) kommt aufgrund der Zunahme der Hochrisikopatienten im demographischen Wandel in der Behandlung der hochgradigen Aortenstenose eine immer größere Bedeutung zu. Auch wenn der konventionelle Aortenklappenersatz immer noch als Goldstandard in der Therapie der Aortensklerose gilt, erweist sich die katheterinterventionelle Methode insbesondere für Patienten mit diversen Komorbiditäten oder der sogenannten Porzellanaorta als eine sehr gute und allseits anerkannte Alternative. Wir wollten in dieser Studie erstmalig die Embolielast untersuchen, die während einer kathetergestützten transapikalen (TA-AVI) oder transfemoralen (TF-AVI) Aortenklappenimplantation auftritt und diese mit dem konventionellen Aortenklappenersatz (AVR) vergleichen. Unser Patientenkollektiv bestand dabei aus Hochrisikopatienten, wobei die TA-AVI Gruppe das signifikant höhere Risiko aufwies. Unsere Ergebnisse zeigten einerseits eine Abhängigkeit der Embolielast von diversen Arbeitsschritten während der verschiedenen Formen der Aortenklappenimplantation (TA-AVI, TF-AVI und AVR). Zudem konnten wir ein geringeres Embolierisiko für die Gruppe der TA-AVI verglichen mit der TF-AVI und AVR aufzeigen. In den MRT-Untersuchungen zeigten sich postinterventionell ischämische cerebrale Läsionen, die jedoch nicht mit den Ergebnissen der neurokognitiven Testverfahren korrelierten.:1. Einleitung 1 1.1. Aortenklappenstenose 1 1.1.1. Definition 1 1.1.2. Ätiologie und Epidemiologie 2 1.2. Therapeutische Verfahren 3 1.2.1. Konventioneller Aortenklappenersatz 5 1.2.2. Entwicklung der kathetergestützten Aortenklappenimplantationsverfahren 5 1.3. Transkranielle Dopplersonographie (TCD) 7 1.3.1. Grundlagen des Ultraschalls 7 1.3.2. Doppler-Effekt 8 1.3.2.1. Continuous-Wave-Doppler (CW-Doppler) 9 1.3.2.2. Pulsed-Wave-Doppler (PW-Doppler) 9 1.3.3. High Intensitiy Transient Signals (HITS) 9 1.4. Zielstellung der Arbeit 10 2. Material und Methoden 12 2.1. Studienort und -zeitraum 12 2.2. Patientenkollektiv und Einschlusskriterien 12 2.3. Therapeutische Verfahren 13 2.3.1. Konventioneller Aortenklappenersatz 13 2.3.2. Kathetergestützte Aortenklappenimplantation 13 2.3.2.1. Klappentypen und Implantationssysteme 15 2.3.2.2. Transfemorale Implantation der CoreValve® Prothese 17 2.3.2.3. Transapikale Implantation der Edwards SAPIEN® Prothese 18 2.4. Prä- und postinterventionelle Untersuchungen 21 2.4.1. MRT 21 2.4.2. Protein S100𝛽-Bestimmung 22 2.4.3. Neurokognitive Testverfahren 22 2.4.3.1. Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT) 23 2.4.3.2. Trail Making-Test A und B 24 2.4.3.3. Grooved Pegboard 25 2.4.3.4. Canadian Neurological Scale 26 2.5. Periinterventionelle transcranielle Dopplersonographie 26 2.5.1. Untersuchungsverfahren 26 2.5.2. Gerätebeschreibung 28 2.5.3. Unterteilung der HITS 30 2.6. Statistik 30 3. Ergebnisse 32 3.1. MRT 32 3.2. Protein S100𝛽 34 3.3. Neurokognitive Testverfahren 36 3.3.1. Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest 36 3.3.2. Trail Making-Test A und B 41 3.3.3. Grooved Pegboard 43 3.3.4. Canadian Neurological Scale 46 3.4. Periinterventionelle transkranielle Dopplersonographie 48 4. Diskussion 59 4.1. Hintergrund 59 4.2. Bewertung der postinterventionellen craniallen MRT-Befunde 60 4.3. Analyse postinterventioneller Protein S100𝛽 -Spiegel im Serum 61 4.4. Beurteilung der neurokognitiven Testverfahren 62 4.5. Bewertung der transkraniellen Dopplersonographie-Befunde der TA-AVI, TF-AVI und AVR 63 4.6. Schlussfolgerung und Ausblick 65 5. Zusammenfassung der Arbeit 69 6. Literaturverzeichnis 72 7. Anlagen 82 8. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 95 9. Curriculum Vitae 96 10. Danksagung 98

Obwohl immer mehr Patienten der TAVI zugänglich gemacht werden können, ist die Datenlage bezüglich des Langzeitüberlebens aktuell nicht ausreichend. Besonders rar sind Daten zur Langzeitauswertung bei den Patientengruppen mit mäßiggradig reduzierter Ejektionsfraktion (LVEF 40-49%) oder hochgradig reduzierter Ejektionsfraktion (LVEF < 40%). Daher hat sich diese Arbeit zum Ziel gesetzt, diese speziellen Patientengruppen auf das Langzeitüberleben hin zu untersuchen. Es wurden dazu die Daten von 142 Patienten ausgewertet, die von 2009 bis 2016 im Herzzentrum Dresden eine TAVI erhalten haben. Der Gruppe mit einer mäßiggradig reduzierten EF konnten 58 Patienten zugeordnet werden und der Gruppe mit hochgradig reduzierter EF 84 Patienten. Nach Erhebung der Basiswerte wurden beide Patientengruppen miteinander verglichen um Unterschiede zwischen präoperativen - und postoperativen Parametern sowie der Mortalität zu detektieren. Anschließend wurden die Patienten mit der stärker reduzierten EF gesondert in Bezug auf Hospitalmortalität und Gesamtmortalität hin untersucht. Weiterhin wurden die entsprechenden Prädiktoren isoliert und auf Relevanz untersucht. Das Langzeitüberleben wurde für jede Probandengruppe getrennt ermittelt und mittels Kaplan-Meier-Kurve graphisch dargestellt. In dieser Arbeit konnte bewiesen werden, dass die EF sich als Prädiktor für die Gesamtmortalität eignet, da diese statistisch signifikant höher ist, wenn der Basiswert der EF < 40 % beträgt (48,8 % für EF < 40 % vs. 24,1 % für EF ≥ 40 %; p = 0,003). Ebenfalls wies sie für den Prädiktor EF < 40 % eine statistisch signifikante Unabhängigkeit nach (p = 0,04989). Zudem konnte gezeigt werden, dass die Gesamtmortalität in der Gruppe der Patienten mit stärker reduzierter EF um 19 % statistisch signifikant höher ist als in der Gruppe der Patienten mit mäßiggradig reduzierter EF (28,9 vs. 9,9 %; p = 0,003). Auch Prädiktoren für die Hospitalmortalität bei stärker reduzierter EF konnten mit den Parametern postoperative PVL (p = 0,044), postoperative Vmax (p = 0,034), postoperativer dpmax (p = 0,023) und postoperativer dpmean (p = 0,044) ermittelt werden. Die Gesamtmortalität betrachtend konnte für diese Patientengruppe kein statistisch signifikanter Prädiktor gefunden werden. Der Unterschied zwischen den Überlebenswahrscheinlichkeiten beider Gruppen lag nach einem Jahr bei 6,9 % (77,8 ± 6,2 vs. 70,9 ± 5,4 %), nach zwei Jahren bei 17,6 % (75,5 ± 6,4 vs. 57,9 ± 5,9 %) und zum längsten vergleichbaren Zeitraum nach 4,5 Jahren bei 23,5 % (60,0 ± 10,4 % vs. 36,5 ± 7,0 %), jeweils zum Nachteil der Probanden mit EF < 40 %.:1 EINLEITUNG 1.1 MOTIVATION DER ARBEIT 1.2 KRANKHEITSBILDER DES HERZENS DIE TAVI INDIZIEREN 1.2.1 AORTENKLAPPENSTENOSE 1.3 KATHETERGESTÜTZTER AORTENKLAPPENERSATZ 1.3.1 ENTWICKLUNG DER INDIKATIONSSTELLUNG ZUR TAVI MIT HILFE FÜHRENDER STUDIEN 1.3.2 INDIKATIONSSTELLUNG ZUR TAVI 1.4 MORTALITÄT – EINSCHÄTZUNG UND VERRINGERUNG 1.4.1 VORUNTERSUCHUNGEN 1.4.2 KOMPLIKATIONEN NACH TAVI 1.5 ZIEL DER STUDIE 2 MATERIAL UND METHODEN 2.1 EINGESCHLOSSENE PATIENTEN 2.2 RETROSPEKTIVE DATENERHEBUNG MITTELS MCC UND SEPAVAS 2.2.1 ERHOBENE PARAMETER 2.3 POSTALISCHE PATIENTENANSPRACHE 2.4 DATENAUFBEREITUNG UND VERFEINERUNG 2.5 ETHIKVOTUM 3 ERGEBNISAUSWERTUNG 3.1 STATISTIK 3.1.1 DESKRIPTIVE STATISTIK 3.1.2 SCHLIEßENDE STATISTIK 3.2 ALLGEMEINE ANALYSE 3.2.1 PATIENTEN BASISPARAMETER 3.2.2 OP-DATEN 3.2.3 POSTOPERATIVE HÄMODYNAMIK 3.2.4 POSTOPERATIVE KOMPLIKATIONEN NACH TAVI 3.2.5 POSTOPERATIVES OUTCOME 3.3 MORTALITÄTSANALYSE 3.3.1 UNIVARIATE MORTALITÄTSANALYSE BEZOGEN AUF GESAMTMORTALITÄT 3.3.2 UNIVARIATE MORTALITÄTSANALYSE BEZOGEN AUF HOSPITALMORTALITÄT 3.4 SUBGRUPPENANALYSE 3.4.1 VERGLEICH DER GRUPPEN EF ≥ 40 % UND < 40 % 3.4.2 SUBGRUPPENANALYSE DER EF < 40 % FÜR DIE HOSPITALMORTALITÄT 3.4.3 SUBGRUPPENANALYSE DER EF < 40 % FÜR DIE GESAMTMORTALITÄT 3.5 WEITERE STATISTISCHE ANALYSE 3.5.1 MULTIVARIANZANALYSE 3.5.2 COX REGRESSION 2 3.5.3 ÜBERLEBENSANALYSE NACH KAPLAN-MEIER 4 DISKUSSION 4.1 BEDEUTUNG DER ERGEBNISSE UND VERGLEICH MIT ANDEREN STUDIEN 4.1.1 GEEIGNETE PRÄDIKTOREN FÜR DIE MORTALITÄT 4.1.2 DIE EJEKTIONSFRAKTION ALS PRÄDIKTOR FÜR DIE MORTALITÄT 4.1.3 LANGZEITÜBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT 4.2 LIMITIERUNGEN DER ARBEIT 5 FAZIT 6 ZUSAMMENFASSUNG 7 SUMMARY 8 LITERATURVERZEICHNIS 9 TABELLENVERZEICHNIS 10 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 11 DANKSAGUNG 12 ANLAGE 1 13 ANLAGE 2

Die transfemorale Aortenklappenimplantation stellt für ältere Patienten mit einer symptomatischen, hochgradigen Aortenklappenstenose und einem erhöhten perioperativen Letalitätsrisiko eine Alternative zum konventionell-chirurgischen Aortenklappenersatz dar. In der vorliegenden Arbeit wurden die beiden aktuell in Europa zugelassenen transfemoralen Systeme in Bezug auf deren prozedurale Sicherheit, den klinischen Nutzen, die 1-Jahres-Letalitätsrate und die langfristige Klappenfunktionalität unter Anwendung der Kriterien zur standardisierten Komplikationsanalyse des Valve Academic Research Consortiums (VARC) verglichen. Jeweils 100 konsekutive Patienten, bei denen eine transfemorale Aortenklappenimplantation mit den Edwards SAPIEN™/SAPIEN XT™ Transcatheter Heart Valves bzw. dem Medtronic CoreValve ReValving™ System durchgeführt wurde, wurden in die Analyse eingeschlossen. Dies stellt das größte bisher publizierte Patientenkollektiv für den Vergleich der beiden Aortenklappenimplantationssysteme in einem Zentrum über den femoralen Zugangsweg dar. Es wurden mit beiden Systemen ähnlich gute postinterventionelle hämodynamische und klinische Ergebnisse erreicht. Ein signifikanter Unterschied bezüglich der prozeduralen Sicherheit und der 1-Jahres-Letalitätsrate zwischen den beiden Systemen konnte trotz signifikanter Unterschiede in Bezug auf bestimmte periinterventionelle Risiken nicht nachgewiesen werden. Die langfristige Klappenfunktion beider Systeme war exzellent.

Development of image-guided interventional systems is growing up rapidly in the recent years. These new systems become an essential part of the modern minimally invasive surgical procedures, especially for the cardiac surgery. Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is a recently developed surgical technique to treat severe aortic valve stenosis in elderly and high-risk patients. The placement of stented aortic valve prosthesis is crucial and typically performed under live 2D fluoroscopy guidance. To assist the placement of the prosthesis during the surgical procedure, a new fluoroscopy-based TAVI assistance system has been developed. The developed assistance system integrates a 3D geometrical aortic mesh model and anatomical valve landmarks with live 2D fluoroscopic images. The 3D aortic mesh model and landmarks are reconstructed from interventional angiographic and fluoroscopic C-arm CT system, and a target area of valve implantation is automatically estimated using these aortic mesh models. Based on template-based tracking approach, the overlay of visualized 3D aortic mesh model, landmarks and target area of implantation onto fluoroscopic images is updated by approximating the aortic root motion from a pigtail catheter motion without contrast agent. A rigid intensity-based registration method is also used to track continuously the aortic root motion in the presence of contrast agent. Moreover, the aortic valve prosthesis is tracked in fluoroscopic images to guide the surgeon to perform the appropriate placement of prosthesis into the estimated target area of implantation. An interactive graphical user interface for the surgeon is developed to initialize the system algorithms, control the visualization view of the guidance results, and correct manually overlay errors if needed. Retrospective experiments were carried out on several patient datasets from the clinical routine of the TAVI in a hybrid operating room. The maximum displacement errors were small for both the dynamic overlay of aortic mesh models and tracking the prosthesis, and within the clinically accepted ranges. High success rates of the developed assistance system were obtained for all tested patient datasets. The results show that the developed surgical assistance system provides a helpful tool for the surgeon by automatically defining the desired placement position of the prosthesis during the surgical procedure of the TAVI. / Die Entwicklung bildgeführter interventioneller Systeme wächst rasant in den letzten Jahren. Diese neuen Systeme werden zunehmend ein wesentlicher Bestandteil der technischen Ausstattung bei modernen minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Diese Entwicklung gilt besonders für die Herzchirurgie. Transkatheter Aortenklappen-Implantation (TAKI) ist eine neue entwickelte Operationstechnik zur Behandlung der schweren Aortenklappen-Stenose bei alten und Hochrisiko-Patienten. Die Platzierung der Aortenklappenprothese ist entscheidend und wird in der Regel unter live-2D-fluoroskopischen Bildgebung durchgeführt. Zur Unterstützung der Platzierung der Prothese während des chirurgischen Eingriffs wurde in dieser Arbeit ein neues Fluoroskopie-basiertes TAKI Assistenzsystem entwickelt. Das entwickelte Assistenzsystem überlagert eine 3D-Geometrie des Aorten-Netzmodells und anatomischen Landmarken auf live-2D-fluoroskopische Bilder. Das 3D-Aorten-Netzmodell und die Landmarken werden auf Basis der interventionellen Angiographie und Fluoroskopie mittels eines C-Arm-CT-Systems rekonstruiert. Unter Verwendung dieser Aorten-Netzmodelle wird das Zielgebiet der Klappen-Implantation automatisch geschätzt. Mit Hilfe eines auf Template Matching basierenden Tracking-Ansatzes wird die Überlagerung des visualisierten 3D-Aorten-Netzmodells, der berechneten Landmarken und der Zielbereich der Implantation auf fluoroskopischen Bildern korrekt überlagert. Eine kompensation der Aortenwurzelbewegung erfolgt durch Bewegungsverfolgung eines Pigtail-Katheters in Bildsequenzen ohne Kontrastmittel. Eine starrere Intensitätsbasierte Registrierungsmethode wurde verwendet, um kontinuierlich die Aortenwurzelbewegung in Bildsequenzen mit Kontrastmittelgabe zu detektieren. Die Aortenklappenprothese wird in die fluoroskopischen Bilder eingeblendet und dient dem Chirurg als Leitfaden für die richtige Platzierung der realen Prothese. Eine interaktive Benutzerschnittstelle für den Chirurg wurde zur Initialisierung der Systemsalgorithmen, zur Steuerung der Visualisierung und für manuelle Korrektur eventueller Überlagerungsfehler entwickelt. Retrospektive Experimente wurden an mehreren Patienten-Datensätze aus der klinischen Routine der TAKI in einem Hybrid-OP durchgeführt. Hohe Erfolgsraten des entwickelten Assistenzsystems wurden für alle getesteten Patienten-Datensätze erzielt. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte chirurgische Assistenzsystem ein hilfreiches Werkzeug für den Chirurg bei der Platzierung Position der Prothese während des chirurgischen Eingriffs der TAKI bietet.

Development of image-guided interventional systems is growing up rapidly in the recent years. These new systems become an essential part of the modern minimally invasive surgical procedures, especially for the cardiac surgery. Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is a recently developed surgical technique to treat severe aortic valve stenosis in elderly and high-risk patients. The placement of stented aortic valve prosthesis is crucial and typically performed under live 2D fluoroscopy guidance. To assist the placement of the prosthesis during the surgical procedure, a new fluoroscopy-based TAVI assistance system has been developed. The developed assistance system integrates a 3D geometrical aortic mesh model and anatomical valve landmarks with live 2D fluoroscopic images. The 3D aortic mesh model and landmarks are reconstructed from interventional angiographic and fluoroscopic C-arm CT system, and a target area of valve implantation is automatically estimated using these aortic mesh models. Based on template-based tracking approach, the overlay of visualized 3D aortic mesh model, landmarks and target area of implantation onto fluoroscopic images is updated by approximating the aortic root motion from a pigtail catheter motion without contrast agent. A rigid intensity-based registration method is also used to track continuously the aortic root motion in the presence of contrast agent. Moreover, the aortic valve prosthesis is tracked in fluoroscopic images to guide the surgeon to perform the appropriate placement of prosthesis into the estimated target area of implantation. An interactive graphical user interface for the surgeon is developed to initialize the system algorithms, control the visualization view of the guidance results, and correct manually overlay errors if needed. Retrospective experiments were carried out on several patient datasets from the clinical routine of the TAVI in a hybrid operating room. The maximum displacement errors were small for both the dynamic overlay of aortic mesh models and tracking the prosthesis, and within the clinically accepted ranges. High success rates of the developed assistance system were obtained for all tested patient datasets. The results show that the developed surgical assistance system provides a helpful tool for the surgeon by automatically defining the desired placement position of the prosthesis during the surgical procedure of the TAVI. / Die Entwicklung bildgeführter interventioneller Systeme wächst rasant in den letzten Jahren. Diese neuen Systeme werden zunehmend ein wesentlicher Bestandteil der technischen Ausstattung bei modernen minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Diese Entwicklung gilt besonders für die Herzchirurgie. Transkatheter Aortenklappen-Implantation (TAKI) ist eine neue entwickelte Operationstechnik zur Behandlung der schweren Aortenklappen-Stenose bei alten und Hochrisiko-Patienten. Die Platzierung der Aortenklappenprothese ist entscheidend und wird in der Regel unter live-2D-fluoroskopischen Bildgebung durchgeführt. Zur Unterstützung der Platzierung der Prothese während des chirurgischen Eingriffs wurde in dieser Arbeit ein neues Fluoroskopie-basiertes TAKI Assistenzsystem entwickelt. Das entwickelte Assistenzsystem überlagert eine 3D-Geometrie des Aorten-Netzmodells und anatomischen Landmarken auf live-2D-fluoroskopische Bilder. Das 3D-Aorten-Netzmodell und die Landmarken werden auf Basis der interventionellen Angiographie und Fluoroskopie mittels eines C-Arm-CT-Systems rekonstruiert. Unter Verwendung dieser Aorten-Netzmodelle wird das Zielgebiet der Klappen-Implantation automatisch geschätzt. Mit Hilfe eines auf Template Matching basierenden Tracking-Ansatzes wird die Überlagerung des visualisierten 3D-Aorten-Netzmodells, der berechneten Landmarken und der Zielbereich der Implantation auf fluoroskopischen Bildern korrekt überlagert. Eine kompensation der Aortenwurzelbewegung erfolgt durch Bewegungsverfolgung eines Pigtail-Katheters in Bildsequenzen ohne Kontrastmittel. Eine starrere Intensitätsbasierte Registrierungsmethode wurde verwendet, um kontinuierlich die Aortenwurzelbewegung in Bildsequenzen mit Kontrastmittelgabe zu detektieren. Die Aortenklappenprothese wird in die fluoroskopischen Bilder eingeblendet und dient dem Chirurg als Leitfaden für die richtige Platzierung der realen Prothese. Eine interaktive Benutzerschnittstelle für den Chirurg wurde zur Initialisierung der Systemsalgorithmen, zur Steuerung der Visualisierung und für manuelle Korrektur eventueller Überlagerungsfehler entwickelt. Retrospektive Experimente wurden an mehreren Patienten-Datensätze aus der klinischen Routine der TAKI in einem Hybrid-OP durchgeführt. Hohe Erfolgsraten des entwickelten Assistenzsystems wurden für alle getesteten Patienten-Datensätze erzielt. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte chirurgische Assistenzsystem ein hilfreiches Werkzeug für den Chirurg bei der Platzierung Position der Prothese während des chirurgischen Eingriffs der TAKI bietet.

Die transfemorale Aortenklappenimplantation stellt für ältere Patienten mit einer symptomatischen, hochgradigen Aortenklappenstenose und einem erhöhten perioperativen Letalitätsrisiko eine Alternative zum konventionell-chirurgischen Aortenklappenersatz dar. In der vorliegenden Arbeit wurden die beiden aktuell in Europa zugelassenen transfemoralen Systeme in Bezug auf deren prozedurale Sicherheit, den klinischen Nutzen, die 1-Jahres-Letalitätsrate und die langfristige Klappenfunktionalität unter Anwendung der Kriterien zur standardisierten Komplikationsanalyse des Valve Academic Research Consortiums (VARC) verglichen. Jeweils 100 konsekutive Patienten, bei denen eine transfemorale Aortenklappenimplantation mit den Edwards SAPIEN™/SAPIEN XT™ Transcatheter Heart Valves bzw. dem Medtronic CoreValve ReValving™ System durchgeführt wurde, wurden in die Analyse eingeschlossen. Dies stellt das größte bisher publizierte Patientenkollektiv für den Vergleich der beiden Aortenklappenimplantationssysteme in einem Zentrum über den femoralen Zugangsweg dar. Es wurden mit beiden Systemen ähnlich gute postinterventionelle hämodynamische und klinische Ergebnisse erreicht. Ein signifikanter Unterschied bezüglich der prozeduralen Sicherheit und der 1-Jahres-Letalitätsrate zwischen den beiden Systemen konnte trotz signifikanter Unterschiede in Bezug auf bestimmte periinterventionelle Risiken nicht nachgewiesen werden. Die langfristige Klappenfunktion beider Systeme war exzellent.