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GEPARD – GEfäßwandsimulation und -visualisierung zur patientenindividualisierten Blutflussvorhersage für die intrakranielle Aneurysmamodellierung

Fachliche Zuordnung Strömungsmechanik
Förderung Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399581926
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Intrakranielle Aneurysmen (IAs) können im Fall einer Ruptur zu schweren Behinderungen oder einem schnellen Tode führen. Folglich werden computergestützte Verfahren eingesetzt, um zum einen das individuelle Rupturrisiko vorherzusagen und zum anderen die patient*innenspezifische Therapieplanung behandelnder Arzt*innen zu unterstützen. Da aufgrund der aktuellen angiographischen Diagnostik in der Regel jedoch ausschließlich das individuelle Lumen von IAs betrachtet wird, die Ruptur aber häufig maßgeblich von Entzündungsprozessen in der Gefäßwand abhängt, ist es notwendig, existierende simulations- und computergestützte Auswertungsansätze zu erweitern. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens GEPARD erfolgte die Integration von Gefäßwand- und Umgebungsinformationen, damit klinisch relevante Rückschlüsse in Bezug auf dieses komplexe Krankheitsbild gelingen. Hierzu zählen zum einen die Erweiterung des Strömungsgebiets um die patientenspezifische Gefäßwand sowie eine Analyse des umgebenden Extravasalraums. Dazu wurden Segmentierungsverfahren entwickelt, welche nicht nur die Extraktion einer größeren, vaskulären Domain ermöglichen, sondern weiterhin explizit auf die Strömungssimulation zugeschnitten sind, in dem z.B. sogenannte Flow- Splitting-Analysen und weitere Verfahren zur Bestimmung von Randbedingungen integriert wurden. Zum anderen konnten einzelne Gefäßwandschichten und verschiedenen histologische Bestandteile der intrakraniellen Aneurysmawand erfolgreich analysiert werden. Diese Informationen sind mit konventionellen Bildgebungsmodalitäten, wie computertomographischer Angiographie, MR-Angiographie und 3D digitaler Subtraktionsangiographie, nur unzureichend verfügbar. Aus diesem Grund wurden neue, experimentelle Bildgebungsmodalitäten (z.B. optische Kohärenztomographie, 7T-MR-Angiographie) und aufwendige histologische Analysen (inkl. verschiedener Färbetechniken) genutzt, um die entstandenen (z.T. einzigarten) multimodalen Bilder mittels aufwendiger Registrierungsverfahren zu kombinieren und für eine komplette Fluid-Struktur-Simulation zu adaptieren. Schließlich lag der Fokus des GEPARD-Projekts auf einer umfassenden Analyse der Einflüsse dieser verschiedenen Segmentierungs-, Simulations- und Auswerteschritte. Im Projektverlauf wurden dazu sowohl internationale wissenschaftliche Wettbewerbe bzw. Expert*innen- Befragungen durchgeführt (MATCH, VICTORIA), als auch die konkreten Schritte an patient*innenspezifischen Geometrien systematisch variiert, um ihren Einfluss zu quantifizieren. Damit liefert das GEPARD-Projekt neue Erkenntnisse über die zerebrale Aneurysmawand und deren Einfluss auf die intra-aneurysmale Hämodynamik sowie eine wertvolle Einschätzung dieser zusätzlichen Faktoren für die klinisch relevante Rupturrisikoanalyse von IAs.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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