4D Magnetresonanzangiographie bei zerebralen arteriovenösen Malformationen - Untersuchungen zu Hämodynamik und Gewebemarkern

Entscheidend bei der Planung einer invasiven Therapie für Patienten mit arteriovenösen Gefäßfehlbildungen (AVMs) des Gehirns ist die Abschätzung des individuellen Blutungsrisikos. Dem Ort einer Gefäßwandschwäche, an dem eine gefährlich hohe Belastung durch den erhöhten Blutfluss herrscht, ist mit klinisch verfügbaren Methoden nicht nachweisbar.In eigenen Vorarbeiten wurde eine Technik zur Bildverschmelzung entwickelt, die in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung eine dreidimensionale Darstellung des Blutflusses bei AVM-Patienten mittels der Magnetresonanzangiographie erlaubt (4D-MRA). Damit sollen nun in einer monozentrischen Studie Fluss-Messungen an verschiedenen Lokalisationen der AVM vorgenommen werden. Außerdem sollen immunhistochemisch Gewebemarker an verschiedenen Abschnitten des AVM-Operationspräparats bestimmt und mit den dort präoperativ gemessenen Blutflusswerten verglichen werden. Die Hypothese ist hierbei, dass das Ausmaß der Expression von Gewebemarkern lokal mit den Flussverhältnissen korreliert. Die notwendigen Fallzahlen werden erreicht aufgrund des klinischen Patientendurchsatzes sowie über einen jederzeit einbestellbaren Patientenstamm von unbehandelten, von uns betreuten Patienten. Die Methode zur Bildverarbeitung soll im Rahmen des Projektes so weiterentwickelt werden, so dass nach Abschluss eine Anwendung in großen multizentrischen Studien möglich wird. Langfristig kann so ein leistungsfähiges Werkzeug für die Therapieplanung entwickelt werden.

Zur Planung einer invasiven Therapie für Patienten mit arteriovenösen Gefäßfehlbildungen (AVMs) des Gehirns ist die Abschätzung des individuellen natürlichen Blutungsrisikos von entscheidender Bedeutung. Eine Hirnblutung erfolgt am Ort einer Gefäßwandschwäche, wo eine hohe Belastung durch den erhöhten Blutfluss herrscht. Ob diese Bedingung erfüllt ist, kann mit den derzeit klinisch verfügbaren Methoden nicht ausreichend sicher nachgewiesen werden. In einer monozentrischen prospektiven Studie sollten Messungen an verschiedenen Lokalisationen der AVM-Anatomie vorgenommen werden, um mögliche Risikofaktoren für eine Blutung zu identifizieren. Die Hypothese war hierbei, dass das die Flussverhältnisse mit dem Blutungsrisiko korreliert. Die Methode zur Datennachverarbeitung sollte im Rahmen des Projektes so weiterentwickelt werden, so dass nach Abschluss eine Anwendung in großen multizentrischen Studien möglich wird. Langfristig kann so ein leistungsfähiges prädiktives Modell für das natürliche Blutungsrisiko und die Therapieplanung entwickelt werden. Im Bereich der Detektion des zerebralen Gefäßsystems in den Magnetresonanzangiographiebildern konnte durch das neue vierstufige Segmentierungsverfahren unter Einbeziehung von Form- und Intensitätsinformationen eine deutliche Verbesserung gegenüber etablierten Verfahren erreicht werden. Für die zeitaufgelöste Magnetresonanzangiographie (TWIST/TREAT) wurde ein neues Verfahren der referenzbasierten Kurvenanpassung zur robusten Quantifizierung der Hämodynamik auf Basis von 4D-MRA-Bildsequenzen mit hoher Genauigkeit entwickelt. Im Rahmen einer Monte Carlo Simulation konnte gezeigt werden, dass die Präzision des neuen Verfahrens gegenüber den etablierten Verfahren um 59% gesteigert und dabei die Laufzeit um 33% reduziert werden konnte. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens ist die implizite Berücksichtigung der individuellen physiologischen Charakteristika durch die Verwendung einer Referenzkurve. Insgesamt wurden innerhalb des Projektes mehr als 50 Patienten mit der TWIST/TREAT untersucht und die Daten mittels der hier der entwickelten Software analysiert. Zunächst wurde der Zusammenhang zwischen den makrovaskulären Fluss und der mikrovaskulären Perfusion um den Nidus herum untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sprechen für zwei Ebenen der Perfusionsbeeinträchtigung: eine makrovaskulär-territoriale und eine mikrovaskulär-lokale Ebene. Diese Ergebnisse körmten helfen, den Steal als pathophysiologische Grundlage für klinische Phänomene zu verstehen. Darüber hinaus wurde untersucht, ob sich AVMs mit hohem und niedrigem Blutungsrisiko hinsichtlich ihrer hämodynamischen Parameter unterscheiden. Hierbei zeigte sich statistisch robust, dass hohe arterielle Einflussgeschwindigkeiten einen Risikofaktor für eine AVM-Blutung darstellen. Das visuelle Rating und der Vergleich mit der konventionellen Angiographie sind abgeschlossen. Hierbei zeigte sich, dass die dreidimensionale flusskodierte Sichtweise auf die Daten erhebliche Vorteile bietet. Es wurden drei intranidale Flussmuster identifiziert: homogen, unidirektional und heterogen. Die im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelten Verfahren und deren Implementierung in ein benutzerfreundliches Auswertetool bilden bereits jetzt die Grundlage für diverse weitere Forschungsarbeiten, insbesondere auf dem Gebiet der Himgefäßaneurysmen. Die methodischen Arbeiten aus der Medizinischen Informatik wurden mit 3 Preisen prämiert.