Patientenspezifische Planung minimalinvasiver Hirninterventionen basierend auf vaskulär-hämodynamischem Mapping

Die Zahl der Behandlungen von Blutgefäßen mittels eines in ein Blutgefäß eingeführten Katheters, auch endovaskuläre Behandlung genannt, hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Mit dieser Technik sind mehrere Vorteile verbunden, z. B. dass sie weniger invasiv ist und ein geringeres Risiko für Komplikationen birgt. Es wird erwartet, dass diese Technik die bevorzugte Behandlung für intrakranielle Aneurysmen und arteriovenöse Malformationen (AVMs) wird.

Trotz der Vorteile endovaskulärer Verfahren gibt es immer noch technische Herausforderungen, die ihre Wirksamkeit und Sicherheit beeinträchtigen können. In der klinischen Praxis wird ein Führungsdraht (ca. 1,5 bis 2,0 m) unter Durchleuchtungsbildgebung zum spezifischen Hirnbereich geführt. Das genaue Navigieren der Spitze eines passiven Führungsdrahts durch Manipulation des proximalen Endes erfordert langjährige Erfahrung und kann selbst für erfahrene interventionelle Radiologen eine mühsame Aufgabe sein. Darüber hinaus kann die Navigation des Katheters zum Zielgebiet des Gehirns bereits einen großen Teil der Eingriffszeit in Anspruch nehmen. Eine zweite Herausforderung ist das Risiko einer unvollständigen Embolisation oder Rekanalisation. Das Risiko einer unvollständigen Embolisation besteht insbesondere bei AVMs, da diese eine komplexe Struktur aufweisen. Die Durchführung einer Embolisation kann dazu führen, dass sich die Hämodynamik in dieser bestimmten Gehirnregion verändert, was zu anderen bevorzugten Flusswegen führt, die später zu einem weiteren Embolisationsverfahren führen können. Dies macht eine wiederholte angiographische Untersuchung erforderlich, was auch zu längeren und teureren Eingriffen und einer höheren Strahlenbelastung für den Patienten führt. Die oben genannten Herausforderungen zeigen, dass Bedarf an einer Methode besteht, die schnellere und effizientere neurologische Eingriffe ermöglicht, wobei der Patient eine geringere Strahlendosis erhält und die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen und dauerhaften Embolisation höher ist.

Ziel der Studie ist die Entwicklung einer neuen Methodik für die präoperative Planung der Katheternavigation und Embolisation, basierend auf der Kartierung des Gehirngefäßsystems und der Modellierung des Blutflusses durch das damit verbundene arterielle Gefäßsystem. In der Kardiologie gibt es bereits Techniken zur geführten Navigation des Führungsdrahtes oder eines anderen Werkzeugs, ohne dass eine fluoroskopische Führung erforderlich ist. Bei diesen Techniken wird das patientenspezifische Gefäßsystem kartiert, wobei eine detaillierte 3D-Darstellung des Gefäßnetzwerks zusammen mit der Verfolgung der Position des Katheters relativ zu dieser Karte in einem korrekten 3D-Referenzrahmen angezeigt wird. Diese Techniken wurden jedoch noch nicht auf neurovaskuläre Eingriffe ausgeweitet, da das Gehirngefäßsystem ein intrinsisch komplexes arterielles Gefäßsystem ist.

Für die aktuelle Studie gibt es zwei Hauptziele. Das erste Hauptziel dieser Forschung ist die Kartierung des Gehirngefäßsystems durch Quantifizierung und Analyse von 3D-Angiographiedaten mit dem Ziel, die Zugänglichkeit des Gefäßsystems für die Katheternavigation zu beurteilen und die Katheterverfolgung zu unterstützen.

Das zweite Hauptziel ist die Entwicklung und Validierung von Modellen der rechnerischen Fluiddynamik (CFD) und der künstlichen Intelligenz (KI) des zerebralen Blutflusses mit dem Ziel, die präoperative Planung zu unterstützen. Diese KI-Modelle dienen der Beschleunigung der CFD-Modelle. Der klinische Aspekt dieser Studie umfasst lediglich die Erhebung retrospektiver und prospektiver Patientendaten, sodass für den Patienten kein zusätzliches klinisches Risiko besteht. Vorzugsweise medizinische Bilder (zerebrale MRT-Bilder (Auflösung: 0,3 – 0,5 mm), 3D-Rotationsangiographie (3DRA, Auflösung: 0,05 – 0,28 mm), biplanare digitale Subtraktionsangiographie (DSA, Auflösung: 0,15 – 0,62 mm)), zusammen mit a Fallberichtsformular (CRF, einschließlich Therapieparameter und Ansprechen). Nach der Datenerhebung werden auf Seiten von UGent (Forschungsgruppen IbiTech BioMMedA; MEDISIP, Department of Electronics and Information Systems und Forschungsgruppe IPI) patientenspezifische Modelle der (Zugänglichkeit der) Gefäße und Flüssigkeitsverteilung in den Gehirnblutgefäßen entwickelt , Abteilung für Telekommunikation und Informationsverarbeitung, beide gehören zur Fakultät für Ingenieurwesen und Architektur der UGent). Medizinische Bilder spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Validierung dieser Modelle. Sobald diese Modelle validiert sind (einschließlich der Verwendung von In-vitro-Modellen mit 3D-gedruckten Phantomen), können sie längerfristig auch in klinischen Anwendungen eingesetzt werden. Eine Validierung dieser Modelle in einem klinischen, interventionellen Umfeld ist für diese Studie noch nicht anwendbar.