Plaques der Aorta als Emboliequelle für Schlaganfälle - MRT basierte morphologische und funktionelle Analyse der Aorta
Final Report Abstract
Das hier entwickelte 3D Multikontrast-MRT-Protokoll erlaubt die Untersuchung der gesamten thorakalen Aorta zur Detektion von Plaques und detaillierten morphologischen Beurteilung einschließlich Vulnerabilität gemäß AHA-Klassifikation bei akuten Schlaganfallpatienten. Durch Kombination mit der 4D Fluss MRT und mit der entwickelten Bildverarbeitungssoftware können individuelle Embolisierungswege aus der Aorta descendens zurück zu den hirnversorgenden Arterien nun robust, genau und zügig untersucht werden. Dabei ist es im Sinne einer breiteren Anwendbarkeit der Technik möglich, diese Untersuchungen sowohl an 1.5 als auch 3.0 Tesla-Geräten einzusetzen. Für eine optimierte 3D Plaqueanalyse ist eine weitere Steigerung der räumlichen Auflösung wünschenswert, um noch höhere Detailaussagen analog zum Multikontrast-MRT von Karotisplaques zu erreichen, wohingegen die aktuellen Messparameter der 4D Fluss MRT bereits sehr zufriedenstellende Ergebnisse für die Aortenbildgebung liefern. Die entwickelte Analysesoftware ermöglichte im Vergleich zu früheren Auswertestrategien eine ca. fünffach schnellere Analyse der retrograden Embolisierungswege aus den 4D Fluss MRT-Daten, so dass diese Technik nun wesentlich einfacher für klinische Studien eingesetzt werden kann. Sehr solide, schnell und zuverlässig war diesbezüglich die automatische Analyse der Pulswellengeschwindigkeit, die in einer Populationsstudie als unabhängiger Prädiktor für einen verstärkten diastolischen Blutrückstrom aus der Aorta descendens identifiziert werden konnte. Die dynamische Bestimmung der 3D Wandscherkräfte wird in Kürze realisiert sein und damit eine regionale Analyse der Wandbelastung in der gesamten thorakalen Aorta von Patienten ermöglichen. Die Bedeutung des retrograden diastolischen Blutrückflusses aus der Aorta descendens (=Schlaganfallmechanismus) wurde durch unsere Studien weiter erforscht: es handelt sich hierbei um ein physiologisches Phänomen, das analog zur optimierten Perfusion der Koronararterien in der Diastole mit großer Wahrscheinlichkeit eine optimierte und kontinuierliche Perfusion des Gehirns sichert. Eine abnehmende Aortenelastizität im Rahmen des Alterns und der Arteriosklerose verstärkt die Zunahme des Rückflusses, so dass in diesem Fall auch ein Rückstrom von wesentlich weiter distal gelegenen komplexen Aortenplaques das Gehirn erreichen kann. Der Vergleich von akuten Schlaganfallpatienten mit kardiologischen und ophthalmologischen Kontrollen ergab überraschenderweise, dass die Stärke des retrograden diastolischen Blutrückstroms bei Schlaganfallpatienten nicht ausgeprägter ist. Dennoch war der untersuchte Schlaganfallmechanismus der retrograden Embolisation bei den Patienten mit Hirninfarkt dreimal häufiger als bei den Kontrollen, weil bei den Schlaganfallpatienten wesentlich mehr komplexe Plaques der Aorta descendens vorlagen, die Bedingung für diesen Mechanismus sind. Unser Ziel ist es nun, nach einer weiteren Verbesserung der 3D Plaquedetailanalyse zur optimalen Erkennung vulnerabler Plaques und durch die vereinfachte Analyse der dynamischen 3D Wandscherkräfte, dieses MRT-Protokoll in einer randomisiert-kontrollierten Studien einzusetzen, um die Entstehung und die optimale Therapie von Aortenplaques genau zu klären und somit Patienten besser vor einem Schlaganfall schützen zu können.
Publications
- Probabilistic 4D blood flow tracking and uncertainty estimation. Med Image Anal. 2011;15, 720–728
Friman O, Hennemuth A, Harloff A, Bock J, Markl M, Peitgen HO
- 3D MRI provides improved visualization and detection of aortic arch plaques compared to transesophageal echocardiography. J Magn Reson Imaging. 2012;36:604-611
Harloff A, Brendecke SM, Simon J, et al.
(See online at https://doi.org/10.1002/jmri.23679) - Flow-sensitive 4D MRI of the thoracic aorta: comparison of image quality, quantitative flow, and wall parameters at 1.5 T and 3 T. J Magn Reson Imaging. 2012;36:1097-103
Strecker C, Harloff A, Wallis W, Markl M
(See online at https://doi.org/10.1002/jmri.23735) - A Software Tool for the Computation of Arterial Pulse Wave Velocities from Flow-sensitive 4D MRI Data. In Proceedings of Computing in Cardiology. 2013; 559–562
Drexl J, Mirzaee H, Harloff A, Hüllebrand M, Hennemuth A, Hahn H
- Co-registration of the distribution of wall shear stress and 140 complex plaques of the aorta. Magn Reson Imaging. 2013;31:1156-62
Markl M, Brendecke SM, Simon J, Barker AJ, Weiller C, Harloff A
(See online at https://doi.org/10.1016/j.mri.2013.05.001) - Accelerated analysis of threedimensional blood flow of the thoracic aorta in stroke patients. Int J Cardiovasc Imaging. 2014;30:1571-1577
Wehrum T, Kams M, Schroeder L, Drexl J, Hennemuth A, Harloff A
(See online at https://doi.org/10.1007/s10554-014-0511-z) - Prevalence of Potential Retrograde Embolization Pathways in the Proximal Descending Aorta in Stroke Patients and Controls. Cerebrovasc Dis. 2014;38:410-417
Wehrum T, Kams M, Strecker C, Dragonu I, Günther F, Geibel A, Drexl J, Hennemuth A, Schumacher M, Jung B, Harloff A
(See online at https://doi.org/10.1159/000369001) - In vivo analysis of physiological 3D blood flow of cerebral veins. Eur Radiol. 2015;25:2371-80
Schuchardt F, Schroeder L, Anastasopoulos C, Markl M, Bäuerle J, Hennemuth A, Drexl J, Valdueza JM, Mader I, Harloff A
(See online at https://doi.org/10.1007/s00330-014-3587-x) - Quantification of Retrograde Blood Flow in the Descending Aorta Using Transesophageal Echocardiography in Comparison to 4D Flow MRI. Cerebrovasc Dis. 2015;39:287-92
Wehrum T, Kams M, Günther F, Beryl P, Vach W, Dragonu I, Harloff A
(See online at https://doi.org/10.1159/000381682) - Detection of vulnerable aortic plaques as an embolic source of stroke using 3D multicontrast MRI and 4D flow MRI embolization mapping. 25th European Stroke Conference 2016; Cerebrovasc Dis. 2016:6(2)
Wehrum T, Dragonu I, Strecker C, et al.
