Analyzing blood vessels in Angiographies

Beteiligte Personen:
Clemens Hentschke
Teil von Forschungsprojekt:
Mobestan
 

Mobestan allgemein

Mobestan ist ein Akronym für Modellierung und Beeinflussung von Strömungen in Aneurysmen. Das Projekt läuft von Oktober 2008 bis Oktober 2010 und ist gefördert durch das Land Sachsen-Anhalt.

Aneurysmen sind krankhafte Ausbeulungen der arteriellen Gefäßwände. Das Platzen dieser Aneurysmen führt zu starken inneren Blutungen und kann – abhängig vom betroffenen Gefäß – innerhalb von Minuten zum Tode führen. Dieses gilt insbesondere für Aorta- und Gehirnarterien: ruptierte Aneurysmen führen zu einer lebensbedrohlichen Hämorrhagie. Die Behandlung dieser Ausbeulungen an Gefäßen im peripheren Gefäßsystem ist im Allgemeinen eine Aufgabe der Gefäßchirurgie. Die Behandlung von intrazerebralen Aneurysmen wird aufgrund des schwierigen operativen Zugangs meistens mittels den Kopf und dann in das Innere des Aneurysmas vorgeschoben und mit Edelmetalldraht ausgefüllt (Coiling), in der Hoffnung, dass der Hauptblutstrom an der Ausbeulung vorbeigeführt und das Aneurysma im Laufe der Zeit mit Gewebe zuwächst.
Eine kürzlich entwickelte Therapiestrategie empfiehlt das Platzieren von Stents auf der Höhe des Aneurysmas, so dass die Hämodynamik in der Nähe der Ausbeulung so verändert wird, dass der Hauptblutstrom am Aneurysma vorbeiführt. Aufgrund des extrem hohen Eingriffsrisikos, ist jedoch bei derartigen Interventionen äußerste Zurückhaltung angezeigt. Nur wenn die Gefahr einer spontanen Ruptur sehr hoch ist, wird der Eingriff gewagt. Die Beurteilung des Risikos einer Ruptur eines Aneurysmas ist daher ein zentrales Problem der präoperativen Diagnostik. Dafür muss die Blutströmung um das Aneurysma zuverlässig vorhergesagt werden können. Besonders wichtig für eine zukünftige Verbesserung dear Behandlung wäre die Optimierung existierender Stent-Geometrien sowie die Entwicklung effizienter Stents. Das sind die Kernaufgaben des vorliegenden Forschungsprojektes.

Bildverarbeitungs-Forschungsprojekte

Im Rahmen von Mobestan wurden bisher mehrere Forschungsarbeiten geleistet.

2D/3D Registrierung von DSA-Daten

Das Ziel ist die Registrierung von zweidimensionalen digitalen Subtraktions-Angiografien (2D-DSA) und dreidimensionalen Rotations-Angiografien (3D-RA). In den projektiven, zeitbehafteten Daten ist der Blutfluss zu sehen, während in den dreidimensionalen Daten die Morphologie der Blutgefäße zu sehen ist, also eine räumliche Information. Für verschiedene Bereiche wie die Validierung von Strömungssimulationen ist es notwendig, dass Blutfluss und räumliche Informationfusioniert werden. Dies ist mit dem entwickelten Verfahren möglich.

Eine weitere Anwendung ist die Bestimmung von Blutflussgeschwindigkeiten in DSA Datensätzen. Diese Geschwindigkeiten sind patientenspezifisch und sind für das Festlegen von Boundary-conditions in Strömungssimulationen (sog. CFD, Computational Fluid Dynamics) notwendig. Die Geschwindigkeiten werden auf der Centerline berechnet, die durch eine Skelettierung einer Segmentierung eines 2D-DSA Datensatzes bestimmt wird. Dazu wird anhand von Concentration Time Curves der projektive Blutfluss auf der Centerline bestimmt. Die zweidimensionalen Centerlines werden dann mit dem bereits entwickelten 2D/3D Registrierungverfahren auf den dreidimensionalen Volumendatensatz zurückprojiziert, um einen räumlichen Blutfluss berechnen zu können. Punkte, die nicht eindeutig einem Gefäß zugeordnet sind, werden mit einem Graph-basierten dem korrekten Gefäß zugeordnet.

Detektion von Aneurysmen in Angiografien

Ziel dieses Projekts ist die automatische Detektion von Aneurysmen. Wie im oberen Abschnitt beschrieben, sind Aneurysmen krankhafte Ausweitungen von Blutgefäßen, die bei einem Platzen zum Tod führen können. Da durch den technologischen Forschritt immer mehr medizinische Bilddaten aufgenommen werden, ist auch die Wahrscheinlichkeit gestiegen, dass Aneurysmen zufällig gefunden werden. Durch das Verfahren sollen Aneurysmen in den vorhandenen Bilddaten, primär Angiografien (CTA, MRA und 3D-RA), gefunden werden. Speziell kleine bzw. schlecht sichtbare Aneurysmen sollen mit dem Verfahren gefunden werden. Der Arzt kann den gemeldeten Fund dann bewerten und entsprechende Maßnahmen einleiten. So bekommt der Arzt zusätzliche Sicherheit bei der Diagnostik von Angiografien. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn nur ein Kliniker den Datensatz analysiert.