Der digitale Schlaganfall-Zwilling beschreibt ein patientenspezifisches Simulationsmodell der zerebralen Hämodynamik, das aus Routinedaten wie CT- oder MR-Angiographie, extrakranieller Duplexsonographie, systemischem Blutdruck und Laborparametern wie dem Hämatokrit erzeugt wird. Ziel dieses Ansatzes ist es, die Perfusionssituation einzelner Patientinnen und Patienten genauer abzuschätzen, als dies mit statischen Bildgebungen oder pauschalen Leitlinienempfehlungen möglich ist. Das virtuelle Gefäßmodell wird dreidimensional rekonstruiert und anschließend mit numerischen Strömungssimulationen berechnet. Dabei werden die Gefäßstrukturen in viele kleine Volumenelemente unterteilt, in denen Gleichungen für Druck, Flussgeschwindigkeit und Viskosität gelöst werden. Neu ist weniger die Rekonstruktion an sich, sondern die Kombination aller verfügbaren klinischen Parameter, die so ein umfassenderes Bild über Flussvolumina, Druckgradienten und mechanische Belastungen der Gefäßwände liefert.

Die Validierung erfolgte durch den Vergleich der simulierten intrakraniellen Flussparameter mit Messwerten der transkraniellen Duplexsonographie. In drei Patientengruppen – ischämische Schlaganfälle ohne relevante Makroangiopathie, ischämische Schlaganfälle mit komplexen Stenosen und intrazerebrale Blutungen – zeigten sich durchweg signifikante Übereinstimmungen. Die Intraklassen-Korrelationskoeffizient (ICC) lagen bei mindestens 0,75 mit p < 0,001, während die mittleren Abweichungen der Flussgeschwindigkeiten bei Patienten ohne Stenosen unter 10 cm/s und bei komplexeren Stenosen unter 15 cm/s lagen. Für ein solches numerisches Modell sind diese Abweichungen, so Prof. Dr. Ilko Maier (Universitätsmedizin Göttingen), gering und klinisch nachvollziehbar. Gleichzeitig ist zu berücksichtigen, dass die Validierung gegen eine ebenfalls fehleranfällige und untersucherabhängige Methode wie den transkraniellen Ultraschall erfolgte. Eine Validierung gegen invasive Referenzwerte oder Goldstandards steht noch aus, was die Aussagekraft der bisherigen Ergebnisse begrenzt.

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Prospektive Studien fehlen bislang

In einer Kohorte von 55 Patientinnen und Patienten mit komplexen extrakraniellen und intrakraniellen Stenosen wurde untersucht, inwieweit die Simulation relevante Perfusionsminderungen aufzeigen kann. Tatsächlich zeigte sich bei knapp der Hälfte der Fälle eine Hypoperfusion mindestens eines intrakraniellen Gefäßes, wenn die simulierten Werte mit bekannten Normdaten verglichen wurden. Außerdem ergaben sich Hinweise darauf, dass eine Anpassung des systemischen Blutdrucks in der Simulation zu einer Verbesserung des Flussvolumens um durchschnittlich etwa 1,5 ml/s führen kann, wenn der systolische Blutdruck um etwa 30 mmHg erhöht wird. Diese Befunde zeigen, wie sensibel die intrazerebrale Perfusion auf Blutdruckveränderungen reagieren kann. Sie sind jedoch rein modellbasiert und dürfen nicht ohne weitere klinische Evidenz zu therapeutischen Entscheidungen führen. Prospektive Studien fehlen bislang.

Auch bei Patientinnen und Patienten mit intrazerebraler Blutung ergaben sich auffällige Muster. Die Simulation zeigte in typischen Fällen deutlich erhöhte Wandscherkräfte in der Arteria cerebri media der betroffenen Seite im Vergleich zur Gegenseite. Biologisch ist das plausibel, weil hohe Scherkräfte mit einer vermehrten Belastung der Gefäßwand und damit möglicherweise mit Rupturrisiken oder Mikroaneurysmen assoziiert sein können. Derzeit handelt es sich aber um explorative Beobachtungen ohne nachgewiesenen prognostischen Wert. Eine klinische Ableitung – etwa zur Risikoabschätzung oder Therapieplanung – wäre daher verfrüht.

Die Göttinger Forschungsgruppe betont selbst verschiedene methodische Grenzen. Die cerebrovaskuläre Resistance lässt sich bislang nur grob schätzen, ebenso die individuelle Gefäßcompliance. Die Mikrozirkulation wird im Modell nicht abgebildet, sodass Aussagen auf größeren Hirngefäßen beruhen. Die Autoregulation kann nur teilweise erfasst werden. Eine Echtzeitverarbeitung wäre zwar wünschenswert, befindet sich aber erst im Entwicklungsstadium, etwa durch KI-beschleunigte Verfahren.

Für die praktische Medizin ergibt sich ein klares Bild: Der digitale Schlaganfall-Zwilling ist ein vielversprechendes Instrument zur ergänzenden Diagnostik und zur Veranschaulichung hämodynamischer Zusammenhänge, insbesondere bei komplexen Stenosen oder unklarer Perfusionslage. Er ersetzt jedoch weder etablierte diagnostische Verfahren noch kann er derzeit therapeutische Entscheidungen wie die Blutdrucksteuerung oder die Indikationsstellung bei asymptomatischen Karotisstenosen beeinflussen. Die klinische Evidenz steht am Anfang, und es braucht größere, prospektive Studien, um die tatsächliche Relevanz für Behandlungsentscheidungen zu klären. Als anschauliches Werkzeug in spezialisierten neurovaskulären Zentren kann das Konzept bereits jetzt sinnvoll sein; für die breite Versorgung bleibt es ein Forschungsansatz mit hohem Potenzial, aber klaren Grenzen.