Indywidualne dla pacjenta planowanie minimalnie inwazyjnych interwencji w mózgu w oparciu o mapowanie hemodynamiczne naczyń

W ostatnich dziesięcioleciach wzrasta liczba zabiegów leczenia naczyń krwionośnych za pomocą cewnika wprowadzonego do naczynia krwionośnego, zwanych także leczeniem wewnątrznaczyniowym. Technika ta ma kilka zalet, m.in. to, że jest mniej inwazyjna i niesie ze sobą mniejsze ryzyko powikłań. Oczekuje się, że technika ta stanie się preferowaną metodą leczenia tętniaków wewnątrzczaszkowych i malformacji tętniczo-żylnych (AVM).

Pomimo zalet procedur wewnątrznaczyniowych, nadal istnieją wyzwania techniczne, które mogą mieć wpływ na ich skuteczność i bezpieczeństwo. W praktyce klinicznej prowadnik (o długości około 1,5 do 2,0 m) jest kierowany pod obrazem fluoroskopowym do określonego obszaru mózgu. Dokładne prowadzenie końcówki prowadnika pasywnego poprzez manipulowanie końcem proksymalnym wymaga wielu lat doświadczenia i może być uciążliwym zadaniem nawet dla doświadczonych radiologów interwencyjnych. Co więcej, nawigacja cewnika do docelowego obszaru mózgu może już zająć dużą część czasu zabiegu. Drugim wyzwaniem jest ryzyko niepełnej embolizacji lub rekanalizacji. Ryzyko niepełnej embolizacji jest szczególnie obecne w przypadku AVM, ponieważ mają one złożoną strukturę. Wykonanie embolizacji może spowodować zmianę hemodynamiki w tym konkretnym obszarze mózgu, co skutkuje powstaniem innych preferowanych ścieżek przepływu, co może później prowadzić do kolejnej procedury embolizacji. Stwarza to potrzebę powtarzanej oceny angiograficznej, co również prowadzi do dłuższych i droższych procedur oraz większego narażenia pacjenta na promieniowanie. Powyższe wyzwania pokazują, że istnieje zapotrzebowanie na metodę, która pozwoli na szybsze i skuteczniejsze interwencje neurologiczne, przy jednoczesnym otrzymaniu przez pacjenta niższej dawki promieniowania i większym prawdopodobieństwie całkowitej i trwałej embolizacji.

Celem pracy jest opracowanie nowej metodologii przedoperacyjnego planowania nawigacji cewnika i embolizacji, opartej na mapowaniu układu naczyniowego mózgu i modelowaniu przepływu krwi przez powiązane z nim naczynia tętnicze. W kardiologii istnieją już techniki prowadzenia prowadnika lub innego narzędzia bez konieczności stosowania kontroli fluoroskopowej. W tych technikach mapuje się układ naczyniowy specyficzny dla pacjenta, wyświetlając szczegółową reprezentację 3D sieci naczyniowej wraz ze śledzeniem położenia cewnika względem tej mapy w prawidłowej ramce odniesienia 3D. Jednakże technik tych nie rozszerzono jeszcze na interwencje nerwowo-naczyniowe, ponieważ układ naczyniowy mózgu jest wewnętrznie złożonym układem naczyniowym.

W obecnym badaniu istnieją dwa główne cele. Pierwszym głównym celem tych badań jest mapowanie układu naczyniowego mózgu poprzez kwantyfikację i analizę danych angiograficznych 3D w celu oceny dostępności układu naczyniowego do nawigacji cewnika i wspomagania śledzenia cewnika.

Drugim głównym celem jest opracowanie i walidacja modeli mózgowego przepływu krwi za pomocą obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) i sztucznej inteligencji (AI) w celu wsparcia planowania przedoperacyjnego. Te modele AI służą do przyspieszenia modeli CFD. Kliniczny aspekt tego badania obejmuje jedynie gromadzenie retrospektywnych i prospektywnych danych o pacjencie, zatem nie ma dodatkowego ryzyka klinicznego dla pacjenta. Najlepiej obrazy medyczne (obrazy MRI mózgu (rozdzielczość: 0,3 - 0,5 mm), angiografia rotacyjna 3D (3DRA, rozdzielczość: 0,05 - 0,28 mm), dwupłaszczyznowa cyfrowa angiografia subtrakcyjna (DSA, rozdzielczość: 0,15 - 0,62 mm)), wraz z obrazem formularz opisu przypadku (CRF, obejmujący parametry terapii i odpowiedź). Po zebraniu danych, po stronie UGent (grupy badawcze IbiTech BioMMedA; MEDISIP, Katedra Elektroniki i Systemów Informacyjnych oraz grupa badawcza IPI) zostaną opracowane specyficzne dla pacjenta modele (dostępności) układu naczyniowego i dystrybucji płynów w mózgowych naczyniach krwionośnych , Katedra Telekomunikacji i Przetwarzania Informacji, oba należące do Wydziału Inżynierii i Architektury UGent). Obrazy medyczne odgrywają kluczową rolę w opracowywaniu i walidacji tych modeli. Po walidacji tych modeli (w tym przy użyciu modeli in vitro z fantomami wydrukowanymi w 3D) będą one mogły w dłuższej perspektywie znaleźć także zastosowanie kliniczne. Walidacja tych modeli w warunkach klinicznych i interwencyjnych nie ma jeszcze zastosowania w tym badaniu.