Untersuchung der Fraktalanalyse zur Charakterisierung und Quantifizierung der myokardialen Ischämie bei der Perfusionsbildgebung

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Dewey; Privatdozent Dr. Florian Michallek
• Fachliche Zuordnung: Radiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392304398

Diagnostische Implikationen der fraktalen Eigenschaften von Gefäßsystem und Perfusion sind zwar bekannt, aber in der radiologischen Bildgebung bisher kaum untersucht. Das geförderte Projekt wendete die Fraktal-Analyse auf dynamische CT Perfusionsbildung (CTP) bei chronischer Myokardischämie an, um anhand von Veränderungen des myokardialen Perfusionsmusters eine makrovaskulär-stenosierende von einer mikrovaskulären Pathophysiologie der Ischämie zu differenzieren. Diese Differenzierung ist von klinischer Bedeutung, da beide Entitäten unterschiedlich therapiert werden. Gestörte Vasodilatation auf mikrovaskulärer Ebene, ausgelöst von einer Vielzahl möglicher zugrundeliegender pathophysiologischer Mechanismen, kann zu einer manifesten Ischämie des Myokards führen. Dies führt zu Veränderungen des Perfusionsmusters, die sich gemäß der übergeordneten Hypothese des Projekts von denen bei makrovaskulärer Ischämie aufgrund der jeweils betroffenen Gefäßskala unterscheiden. Die Ergebnisse dieses Projekts konnten unsere Hypothese bestätigen. Damit lässt sich die Fraktal-Analyse auch heranziehen, um die Diagnostik makrovaskulärer Ischämie zu verbessern, v.a. hinsichtlich der Spezifität. Schließlich konnte die Fraktal-Analyse in einer einzigen diagnostischen Modalität auch bei Vorliegen moderater Stenosen eine mikrovaskuläre Ischämie verlässlich identifizieren. Mit Kakuya Kitagawa (Japan) konnten wir den ersten DFG Mercator-Fellow in der Radiologie gewinnen. Eine von ihm koordinierte prospektive multizentrische Studie lieferte wertvolle Daten für die Etablierung der Fraktal-Analyse. Darüber hinaus haben seine klinische und wissenschaftliche Expertise maßgeblich zum Projekterfolg beigetragen. Unsere Methode unterliegt einem erteilten Patent in Europa und den USA und weitere Applikationen bei Neoplasie und Inflammation konnten identifiziert werden. Ausgehend von diesen Ergebnissen schlagen wir eine zweite Förderperiode vor, um einerseits prospektiv die Fraktal-Analyse klinisch zu implementieren und andererseits ihre pathophysiologischen Grenzen auszutesten. Ersteres wird durch eine als Mercator-Fellowship avisierte Kooperation mit Aaron So (Canada) erreicht: In einer von ihm geleiteten prospektiven, multizentrischen Studie zur CTP wird die Fraktal-Analyse prospektiv integriert und ihr klinisches Potential mit invasivem Referenzstandard validiert. In Kooperation mit Prof. Kitagawa werden wir die Fraktal-Analyse bei klinisch schwierigen Pathophysiologien wie Ischämie bei Patient*innen mit Vorhofflimmern oder Hämodialyse herausfordern. Schließlich werden wir die Fraktal-Analyse für myokardiale Charakterisierung bei Routine CT-Angiographien anwenden: Wir haben Grund zur Annahme, dass die Fraktal-Analyse hier prognostische Informationen aus dem Myokard extrahieren kann, die mit dem Auftreten von kardiovaskulären Ereignissen (MACE) korreliert. Hierzu dient die multizentrische DISCHARGE-Studie (n=1808) als Datengrundlage.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen