Patientspecifik planlægning af minimalt invasive hjerneinterventioner baseret på vaskulær-hæmodynamisk kortlægning

Antallet af behandlinger af blodkar ved hjælp af et kateter indsat i et blodkar, også kendt som endovaskulær behandling, har været stigende gennem de seneste årtier. Der er flere fordele forbundet med denne teknik, såsom at den er mindre invasiv og har en lavere risiko for komplikationer. Denne teknik forventes at blive den foretrukne behandling for intrakranielle aneurismer og arteriovenøse misdannelser (AVM'er).

På trods af fordelene ved endovaskulære procedurer er der stadig tekniske udfordringer, som kan påvirke deres effektivitet og sikkerhed. I klinisk praksis rettes en guidewire (ca. 1,5 til 2,0 m) under fluoroskopisk billeddannelse til det specifikke hjerneområde. At navigere præcist i spidsen af ​​en passiv guidewire ved at manipulere den proksimale ende kræver mange års erfaring og kan være en besværlig opgave selv for erfarne interventionelle radiologer. Desuden kan navigering af kateteret til målhjerneområdet allerede tage en stor del af proceduretiden. En anden udfordring er risikoen for ufuldstændig embolisering eller rekanalisering. Risikoen for ufuldstændig embolisering er især til stede i AVM'er, da de har en kompleks struktur. Udførelsen af ​​en embolisering kan få hæmodynamikken i den pågældende hjerneregion til at ændre sig, hvilket resulterer i andre foretrukne strømningsveje, som senere kan føre til en anden emboliseringsprocedure. Dette skaber behov for gentagen angiografisk vurdering, hvilket også fører til længere og dyrere procedurer og højere eksponering for stråling for patienten. Ovenstående udfordringer viser, at der er behov for en metode, der giver mulighed for hurtigere og mere effektive neurologiske indgreb, hvor patienten får en lavere stråledosis og større sandsynlighed for fuldstændig og varig embolisering.

Målet med studiet er at udvikle en ny metodologi til præoperativ planlægning af kateternavigation og embolisering, baseret på kortlægning af den cerebrale vaskulatur og modellering af blodgennemstrømningen gennem den tilhørende arterielle vaskulatur. Inden for kardiologi er der allerede teknikker til guidet navigation af guidewiren eller andet værktøj uden behov for fluoroskopisk vejledning. I disse teknikker kortlægges den patientspecifikke vaskulatur med en detaljeret 3D-repræsentation af det vaskulære netværk vist sammen med sporing af kateterets position i forhold til dette kort i en korrekt 3D-referenceramme. Imidlertid er disse teknikker endnu ikke blevet udvidet til neurovaskulære indgreb, da den cerebrale vaskulatur er en iboende kompleks arteriel vaskulatur.

For den aktuelle undersøgelse er der to hovedformål. Det første primære formål med denne forskning er at kortlægge den cerebrale vaskulatur ved at kvantificere og analysere 3D angiografiske data med det formål at vurdere vaskulaturens tilgængelighed til kateternavigation og understøtte katetersporing.

Det andet hovedformål er at udvikle og validere computational fluid dynamics (CFD) og kunstig intelligens (AI) modeller for cerebral blodgennemstrømning med det formål at understøtte præoperativ planlægning. Disse AI-modeller tjener til at accelerere CFD-modellerne. Det kliniske aspekt af denne undersøgelse involverer kun indsamling af retrospektive og prospektive patientdata, så der er ingen yderligere klinisk risiko for patienten. Fortrinsvis medicinske billeder (cerebrale MR-billeder (opløsning: 0,3 - 0,5 mm), 3D rotationsangiografi (3DRA, opløsning: 0,05 - 0,28 mm), biplanar digital subtraktionsangiografi (DSA, opløsning: 0,15 - 0,62 mm)), sammen med en case report formular (CRF, inklusive terapiparametre og respons). Efter dataindsamling vil patientspecifikke modeller for (tilgængeligheden af) vaskulatur og væskefordeling i de cerebrale blodkar blive udviklet på siden af ​​UGent (forskningsgrupper IbiTech BioMMedA; MEDISIP, Institut for Elektronik og Informationssystemer og forskningsgruppen IPI , Institut for Telekommunikation og Informationsbehandling, begge tilhørende Det Ingeniør- og Arkitekturfakultet ved UGent). Medicinske billeder spiller en afgørende rolle i udviklingen og valideringen af ​​disse modeller. Når disse modeller er blevet valideret (herunder brug af in vitro-modeller med 3D-printede fantomer), kan de også bruges i kliniske applikationer på længere sigt. Validering af disse modeller i en klinisk, interventionel indstilling er endnu ikke relevant for denne undersøgelse.