Wenn Blut hörbar wird

Wie klingt eigentlich Blut? Welches Geräusch macht, Blut, das durch ein verengtes Gefäß im Kopf strömt? Dieser Frage geht der Medizintechniker Janneck Stahl und sein Team vom Forschungscampus STIMULATE der Universität Magdeburg nach. Mit Computersimulationen macht der Wissenschaftler Strömungen sichtbar und inzwischen sogar hörbar. Erkenntnisse dazu könnten vielleicht künftig Patienten mit pulssynchronem Tinnitus helfen, mit der Krankheit besser zurechtzukommen.

Manchmal weiß man theoretisch, was passieren müsste, und ist trotzdem fasziniert, wenn man es dann mit eigenen Augen sieht. So ging es Janneck Stahl, als er einen ersten Blick auf die Ergebnisse einer besonders aufwendigen Computersimulation richtete. Mehrere Tage hatte der Rechner in seinem Labor im Wissenschaftshafen den Blutfluss in einem virtuellen Gefäß Kopf nachgebildet. Nun waren sie zu erkennen: schnelle Schwankungen und komplexe Fluktuationen des Blutes, die in einfacheren Rechenmodellen verborgen geblieben waren.

Für den Wissenschaftler vom Forschungscampus STIMULATE der Universität Magdeburg war das ein besonderer Moment. Dass unser Blut nicht gleichmäßig strömt, wusste er. Diesen ungleichmäßigen Blutfluss im eigenen Modell zu verfolgen, sei trotzdem spannend gewesen, so Janneck Stahl. „Diese Schwankungen könnten erklären, warum manche Menschen ständig mit einem Rauschen im Ohr leben müssen.“

Sie leiden unter sogenanntem pulssynchronem Tinnitus. Während sich die häufigeren Tinnitusformen meist durch ein anhaltendes Pfeifen oder Summen bemerkbar machen, ohne dass es dafür eine äußere Schallquelle gibt, nehmen Betroffene beim pulssynchronen Tinnitus ein Geräusch wahr, das im Rhythmus ihres Herzschlags auftritt. Eine mögliche Ursache dafür sind Verengungen oder andere Fehlbildungen venöser Blutgefäße im Kopf, die nahe an den Strukturen des Ohrs verlaufen. Dort können turbulente Strömungsmuster entstehen, die das Geräusch möglicherweise auslösen.

Am Forschungscampus STIMULATE entwickelt sein Team patientenspezifische Gefäßmodelle, das bedeutet was?  Bereits 2025 zeigten die Ingenieure, wie sich die Strömung - Flüssen gleich -  durch Engstellenverändert und wie ein virtuell eingesetzter Stent, eine kleine Gefäßstütze, sie wieder beruhigen kann. Die Arbeit wurde international ausgezeichnet. Jetzt will der Medizintechniker der Ursache des Geräusches weiter auf den Grund gehen.

Wie klingt eigentlich Blut?

„Wo passieren denn die Fluktuationen?“, fragt Janneck Stahl. Bisher konnten er und sein Team berechnen, wie schnell das Blut fließt und welche Druckunterschiede entstehen. Die hochfrequenten Blutfluss-fluktuationen, die möglicherweise für das hörbare Rauschen verantwortlich sind, ließen sich aber noch nicht detailliert genug darstellen.

Deshalb verfeinerte der Medizintechniker seine Simulatiosmodelle. Ein feines Berechnungsgitter zerlegt das Gefäßmodell in zahlreiche kleine Abschnitte. Für jeden Bereich berechnet der Computer in kurzen Zeitschritten den Blutfluss. Je genauer die Simulation, desto mehr Rechenleistung braucht sie. Janneck Stahl untersucht daher auch, welche Auflösung wirklich nötig ist.

Dabei baut er auf einer langjährigen Erfahrung auf: Die Arbeitsgruppe um seinen Doktorvater Philipp Berg simuliert seit rund 15 Jahren Blutströmungen, etwa in krankhaft erweiterten Hirngefäßen so genannten Aneurysmen. Ihre Methoden wurden bereits mit experimentellen Messungen und speziellen MRT-Aufnahmen verglichen. Ob sie auch die feinen Strömungsschwankungen zuverlässig erfassen, muss jedoch noch überprüft werden.

Dafür wagte das Team einen weiteren Schritt: Es wandelte Schwankungen in den simulierten Strömungen mit Hilfe von einer sogenannten Fouriertransformation an markanten Abschnitten im Gefäß in ein Spektrogramm um, welche in virtuelle Geräusche vertont werden können virtuelle Geräusche um. Nun wollen sie diese akustischen Wahrnehmungen mit klinischen Messungen und möglichst auch mit dem vergleichen, was Betroffene wahrnehmen. „Es ist alles zwar bisher nur eine Simulation“, gibt Janneck Stahl zu bedenken. Entscheidend ist aber, ob das Modell tatsächlich Vorgänge im Körper widerspiegelt.“

Therapien zunächst am Computer testen

Während seiner Promotion brachte ein klinischer Partner aus dem US-amerikanischen Chicago Janneck Stahl auf das Thema. Daraus entstand ein Forschungsprojekt mit einer längerfristigen Perspektive: Die Simulationen könnten künftig nicht nur erklären, wo das Geräusch entsteht, sondern auch bei der Entscheidung einer Therapie helfen.

Bei bestimmten Gefäßverengungen kommt beispielsweise ein Stent infrage. Diese kleine Stütze aus Nickel-Titan hält das Gefäß offen und verändert damit den Blutfluss. Weil die Anatomie individuell verschieden ist, könnten künftig vor den operativen Eingriffen die Wirkungen unterschiedlicher Implantate vorab am Computer verglichen werden.

Simulationen könnten darüber hinaus Informationen herkömmlicher medizinischer Bilder ergänzen und nicht nur die Form des Gefäßes darstellen, sondern auch die davon abhängige Strömung darin. „Wir modellieren derzeit letztendlich nur die Strömung“, erklärt der Wissenschaftler. Für den konkreten Einsatz für Therapieentscheidungen ist deshalb noch viel Forschung nötig.

Forschung nah an der Klinik

Den Medizintechniker begeistert die Verbindung von Technik und Medizin. „Ich bin ja kein Arzt“, sagt er. Trotzdem könne er nah an klinischen Fragestellungen arbeiten. Dazu trägt die enge Kooperation mit der Universitätsklinik für Neuroradiologie in Magdeburg bei.

Dort gibt es inzwischen eine Spezialsprechstunde für pulssynchronen Tinnitus, die unter den Betroffenen bereits auf großes Interesse stößt. Hier wird medizinisch sorgfältig abgeklärt, ob wirklich eine Gefäßverengung die Beschwerden verursacht und welche Behandlung infrage kommt.

Magdeburg ist zudem eines von zwei deutschen Zentren der internationalen klinischen Studie REVOLVE des Medizintechnikherstellers Acandis. Untersucht wird ein neuer venöser Stent. Nach Angaben von Janneck Stahl wurde im Rahmen der Studie in Magdeburg bereits eine erste Patientin damit behandelt.

Seine Forschung im Wissenschaftshafen begleitet diese Entwicklung: Das Team erhält anonymisierte Bilddaten von Patientinnen und Patienten, deren Behandlung bereits abgeschlossen ist, rekonstruiert deren Gefäßaufbau und untersucht den Blutfluss. „Unsere Modelle sind nicht Teil einer Therapieentscheidung“, betont der Medizintechniker. „Wir arbeiten also ausschließlich Daten, die uns nach der Behandlung zur Verfügung gestellt werden.“  Langfristig sollen die Analysemethoden aber so ausgereift sein, dass sie die Diagnostik und Therapieplanung unterstützen können.

Möglich wird die Arbeit durch die klinischen Partner, die Erfahrung der Arbeitsgruppe und die Recheninfrastruktur des Forschungscampus STIMULATE. Dafür ist Janneck Stahl dankbar. Aber, dass hinter den Simulationen und Modellen konkrete Schicksale stehen, motiviert ihn besonders.

Mehr als bunte Bilder

Er sitze viel am Computer und schaue sich am Ende „bunte Bildchen“ an, erzählt der Wissenschaftler mit einem Augenzwinkern. Dahinter stecken Jahre der Methodenentwicklung und der Wunsch, Betroffenen eines Tages zu einem besseren Leben zu verhelfen. Seine Rolle als Wissenschaftler sieht er aber mit großer Bescheidenheit: „Ich sehe uns als ein Mini-Zahnrad in der weltweiten Forschung zu diesem Thema.“

Bis dahin wird Janneck Stahl weiter rechnen, Strömungen analysieren und die virtuell erzeugten Geräusche mit der Wirklichkeit abgleichen. Vielleicht erlebt er wieder einen solchen Moment, wenn nach tagelanger Rechenzeit etwas sichtbar und nun auch hörbar wird, das zuvor verborgen blieb.