Dreidimensionale Analyse hämodynamischer Wandparameter der Karotisbifurkation mit Hilfe Computer-unterstützter 4D Fluss MRT

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Harloff
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450764008

Stenosen der A. carotis interna (ACI) sind eine Hauptursache für Schlaganfälle. Neben kardiovaskulären Risikofaktoren werden Plaquemorphologie, Geometrie der Karotisbifurkation, Wandschubspannungen (WSS) und Druck an der Plaqueoberfläche (PSP) als weitere Risikofaktoren für Progression und Ruptur von ACI-Stenosen angesehen. Das MRT inkl. 4D Fluss MRT ist ideal, um in vivo die Plaquemorphologie zu charakterisieren, die 3D Blutströmung zu messen und mit geeigneter Software WSS und PSP zu berechnen. Der Nachteil der 4D Fluss MRT ist die limitierte räumliche und zeitliche Auflösung, die eine detaillierte und genaue Berechnung von WSS und PSP erschwert.Dies ist besonders bei ACI-Stenosen problematisch, die zu einer deutlichen Lumeneinengung und Blutflussbeschleunigung führen. Zudem kann die Nachbearbeitungssoftware die komplette 3D Information der erhobenen Daten bislang nicht nutzen, so dass Visualisierung und Quantifizierung nur in 2D möglich sind. Die Berechnung von WSS und PSP, die auf die Gefäßwand von Plaques einwirken, ist vielversprechend für die Vorhersage von Plaqueruptur und Schlaganfall. Diese war bislang nicht möglich und konnte somit noch nicht mit der Plaquemorphologie in vivo korreliert werden.Um diese Grenzen zu überwinden, werden wir die Methode der Datenassimilierung einsetzen und dazu 4D Fluss MRT mit numerischen Strömungsmodellen kombinieren, um die Qualität des gemessenen Flussfeldes zu verbessern (Computer-unterstützte 4D Fluss MRT). Zuerst werden wir vorhandene Daten einer früheren 4D Fluss MRT-Studie nutzen, um ein bereits existierendes Assimilierungsmodell mit einem Navier-Stokes Löser mit hoher Konvergenzordnung für Flussfelder an die Karotisbifurkation zu adaptieren. Damit werden WSS und PSP berechnet und ihre Verteilung auf einer 3D Oberfläche optimal dargestellt. Anschließend werden wir >100 Patienten mit ≥50%iger ACI- Stenose und hohem Risiko der Plaqueprogression rekrutieren und 24 Monate nachverfolgen. Manche Patienten werden eine asymptomatische Stenoseprogression aufweisen und/oder Symptome entwickeln. Basierend auf Computer-unterstützten 4D Fluss MRT Daten werden wir unabhängige Prädiktoren für die Plaqueprogression identifizieren und dazu Befunde der Erst- und Folgeuntersuchung vergleichen. Wir gehen davon aus, dass niedrige absolute oder hohe oszillierende WSS oder hoher PSP auf einer Flanke der Plaque unabhängige Prädiktoren von Plaqueprogression, -ruptur und Schlaganfällen sind.Zusammenfassend möchten wir die 3D Hämodynamik bei ≥50%igen ACI-Stenosen optimal messen und interpretieren, die wir durch 4D Fluss MRT und sog. Datenassimilierung mittels numerischer Strömungsmodelle akquirieren. Unser Ziel ist es, ein verbessertes diagnostisches Verfahren für Patienten mit ACI-Stenosen zu entwickeln. Dies soll helfen, die individuelle Therapie zu optimieren und zerebrovaskuläre Ereignisse zu verhindern, indem wir neue Risikofaktoren wie WSS oder PSP ermitteln, die zu einer Ruptur von Plaques führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Dominik Obrist