Individualisierte Rupturrisikostratifizierung und Analyse mechanobiologischer Interaktionen beim abdominalen Aortenaneursyma

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Henning Eckstein (†); Professor Dr.-Ing. Michael W. Gee
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Allgemein- und Viszeralchirurgie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318323882

Erweiterungen der Bauchaorta mit einem maximalen Durchmesser von >30mm werden als abdominales Aortenaneurysma (AAA)bezeichnet. Das Risiko einer in häufig tödlichen AAA-Ruptur steigt mit dem Durchmesser. Leitlinien empfehlen eine operative Therapie ab einem AAA-Durchmesser von 45-55mm. Bei der Indikationsstellung muss jedoch auch beachtet werden, dass nur ca. 1/3 aller unbehandelten >50mm AAA, in seltenen Fällen aber auch kleinere AAA rupturieren können. Aus diesen Gründen kommt einer individualisierten und zuverlässigen Prognose tatsächlich rupturgefährdeter AAA eine überragende Bedeutung zu. Die klinischetablierte Vorhersage des Rupturrisikos basierend auf einem Durchmesserkriterium ist wenig differenziert. Eine Berücksichtigunghochrelevanter Einflussgrößen des Rupturrisikos wie die Morphologie, Wanddicke, Wandeigenschaften, Thrombus, Verkalkungen etc., und nicht zuletzt die hoch unterschiedliche Wandfestigkeit findet i.d.R. nicht statt. In der 1. Förderperiode des Projekts wurde ein Modell eines individualisierten Rupturrisikos entwickelt. Hierfür wurden neuartige Methoden zur mechanischen Simulation basierend auf individuellen Geometrien und kohortengemittelten Wandeigenschaften entwickelt. Eine Datenbank aus biologischen, anamnestischen und mechanischen Parametern basierend auf 80 Patienten und 221 Gewebeproben wurde aufgebaut, welche mechanisch, histologisch und immunohistochemisch charakterisiert wurden. Hierauf basierend konnte ein mechanobiologisch motiviertes Surrogatmodell für nicht-invasiv nicht bestimmbare Wandeigenschaften aufgestellt werden, welches in die Wandspannungsberechnung einging. In Abwägung der Grenzfestigkeiten aneurysmatischer Aortenwandproben mit denWandspannungen entstand eine individualisierte Rupturrisikoabschätzung, die den klinisch etablierten Methoden überlegen scheint. In der 2. Förderperiode wird die vorliegende individuelle Rupturrisikoabschätzung um 2 wichtige Aspekte erweitert:Es wird die longitudinale, zeitlich aufgelöste Aneurysmenprogression berücksichtigt und eine rigorose Abschätzung der Vorhersagegüte eingeführt. Dazu werden weiterführende histologische und immunohistochemische Untersuchungen zuMechanotransduktionsprozessen vorgenommen, welche in ein neuartiges mechanisch-biologisch gekoppeltes Modell des AAAWachstums eingehen werden. Das Wachstumsmodell wird patientenspezifisch mit longitudinalen Bilddatensätzen mittels inverser Analyse kalibriert. Die biologisch-mechanischen Surrogatparameter für die Wandeigenschaften und Wachstumsparameter werden mit einer Gauss Prozess Regression eingebracht, welche keine a-priori polynomiale Ordnung benötigt und engere Konfidenzbänder erwarten lässt. Es ergibt sich eine neuartige Rupturrisikoabschätzung, die Konfidenzintervalle für Wandspannung und Wandfestigkeit, als auch die zeitliche Entwicklung eines individuellen AAA berücksichtigt. Das Rupturrisikomodell wird retrospektiv und prospektiv an einer kleinen Kohorte evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen