Pasientspesifikk planlegging av minimalt invasive hjerneintervensjoner basert på vaskulær hemodynamisk kartlegging

Antall behandlinger av blodårer med et kateter satt inn i en blodåre, også kjent som endovaskulær behandling, har økt de siste tiårene. Det er flere fordeler knyttet til denne teknikken, som at den er mindre invasiv og medfører lavere risiko for komplikasjoner. Denne teknikken forventes å bli den foretrukne behandlingen for intrakranielle aneurismer og arteriovenøse misdannelser (AVM).

Til tross for fordelene med endovaskulære prosedyrer, er det fortsatt tekniske utfordringer som kan påvirke deres effektivitet og sikkerhet. I klinisk praksis rettes en ledetråd (ca. 1,5 til 2,0 m) under fluoroskopisk avbildning til det spesifikke hjerneområdet. Nøyaktig navigere på spissen av en passiv guidewire ved å manipulere den proksimale enden krever mange års erfaring og kan være en tungvint oppgave selv for erfarne intervensjonsradiologer. Videre kan navigering av kateteret til målhjerneområdet allerede ta en stor del av prosedyretiden. En annen utfordring er risikoen for ufullstendig embolisering eller rekanalisering. Risikoen for ufullstendig embolisering er spesielt tilstede i AVM, da de har en kompleks struktur. Utførelsen av en embolisering kan føre til at hemodynamikken i den bestemte hjerneregionen endres, noe som resulterer i andre preferansielle strømningsbaner, som senere kan føre til en annen emboliseringsprosedyre. Dette skaper behov for gjentatt angiografisk evaluering, som også fører til lengre og dyrere prosedyrer og høyere eksponering for stråling for pasienten. Ovennevnte utfordringer viser at det er behov for en metode som gir mulighet for raskere og mer effektive nevrologiske intervensjoner, hvor pasienten får lavere stråledose og høyere sannsynlighet for fullstendig og varig embolisering.

Målet med studien er å utvikle en ny metodikk for preoperativ planlegging av kateternavigasjon og embolisering, basert på kartlegging av den cerebrale vaskulaturen og modellering av blodstrøm gjennom den tilhørende arterielle vaskulaturen. Innen kardiologi finnes det allerede teknikker for veiledet navigering av guidewiren eller annet verktøy uten behov for fluoroskopisk veiledning. I disse teknikkene kartlegges den pasientspesifikke vaskulaturen, med en detaljert 3D-representasjon av det vaskulære nettverket vist sammen med sporing av kateterets posisjon i forhold til dette kartet i en korrekt 3D-referanseramme. Imidlertid har disse teknikkene ennå ikke blitt utvidet til nevrovaskulære intervensjoner, siden den cerebrale vaskulaturen er en i seg selv kompleks arteriell vaskulatur.

For den aktuelle studien er det to hovedmål. Det første primære målet med denne forskningen er å kartlegge den cerebrale vaskulaturen ved å kvantifisere og analysere 3D angiografiske data med sikte på å vurdere tilgjengeligheten til vaskulaturen for kateternavigasjon og støtte katetersporing.

Det andre hovedmålet er å utvikle og validere computational fluid dynamics (CFD) og kunstig intelligens (AI) modeller for cerebral blodstrøm, med sikte på å støtte preoperativ planlegging. Disse AI-modellene tjener til å akselerere CFD-modellene. Det kliniske aspektet av denne studien involverer kun innsamling av retrospektive og prospektive pasientdata, så det er ingen ytterligere klinisk risiko for pasienten. Fortrinnsvis medisinske bilder (cerebrale MR-bilder (oppløsning: 0,3 - 0,5 mm), 3D rotasjonsangiografi (3DRA, oppløsning: 0,05 - 0,28 mm), biplanar digital subtraksjonsangiografi (DSA, oppløsning: 0,15 - 0,62 mm)), sammen med en saksrapportskjema (CRF, inkludert terapiparametere og respons). Etter datainnsamling vil pasientspesifikke modeller for (tilgjengelighet av) vaskulatur og væskefordeling i de cerebrale blodårene bli utviklet på siden av UGent (forskningsgruppene IbiTech BioMMedA; MEDISIP, Institutt for elektronikk og informasjonssystemer og forskningsgruppen IPI , Institutt for telekommunikasjon og informasjonsbehandling, begge tilhørende Fakultet for ingeniørvitenskap og arkitektur ved UGent). Medisinske bilder spiller en avgjørende rolle i utviklingen og valideringen av disse modellene. Når disse modellene har blitt validert (inkludert bruk av in vitro-modeller med 3D-printede fantomer), kan de også brukes i kliniske applikasjoner på lengre sikt. Validering av disse modellene i en klinisk, intervensjonell setting er ennå ikke aktuelt for denne studien.