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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen.
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Die vorliegende Patentanmeldung beschäftigt sich mit der Vorhersage des weiteren Aneurysmen-Wachstums durch die Einbeziehung hämodynamischer Parameter, z. B. simulierter Fluss im Aneurysma und dadurch auftretende Scherkräfte. Diese hämodynamischen Parameter werden in der Literatur als wichtige Mediatoren des Wachstums angesehen, wie dies
Barry J. Doyle et al. in "A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms" zu entnehmen ist [1].
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Unter einem hämodynamischen Parameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der eine Hämodynamik, also eine Strömungsmechanik des Blutes betrifft. Um auf derartige hämodynamische Parameter zu schließen, wird beispielsweise der Blutfluss in einem Gefäßabschnitt, welcher beispielsweise das Aneurysma umfasst, simuliert.
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Als abdominelle Aortenaneurysmen (AAA) werden Erweiterungen der abdominalen Aorta unterhalb des Abgangs der Nierenarterien auf mehr als 3 cm bezeichnet. Die Zahl der Patienten, die wegen eines nicht rupturierten abdominalen Aortenaneurysmas (AAA) in deutschen Krankenhäusern behandelt wurden, betrug im Jahr 2002 insgesamt 11.697; seither ist sie leicht auf 12.531 Fälle im Jahr 2007 angestiegen. Der Frauenanteil liegt bei 15%. Ebenfalls angestiegen ist die Zahl von Patienten mit rupturiertem AAA von 1.899 im Jahr 2000 auf 2.350 im Jahr 2007. Bei einem arteriellen Aneurysma ist die Arterie um das 1,5-fache erweitert. Da der infrarenale Aortendurchmesser für gewöhnlich etwa 2 cm beträgt, wurde in epidemiologischen Untersuchungen ein abdominales Aortenaneurysma ab einem Durchmesser von 3,0 cm definiert. Hierbei muss man allerdings berücksichtigen, dass der Aortendurchmesser mit dem Alter zunimmt und bei Männern etwas größer ist als bei Frauen. Im klinischen Alltag spricht man bei einem Durchmesser von 3 bis 4 cm daher häufig auch von einer aneurysmatischen Erweiterung der infrarenalen Aorta oder einer abdominalen Aortenektasie.
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Die durchschnittliche Größenzunahme des AAA umfasst 2 bis 3 mm/Jahr, sie ist höher bei Rauchern, kann individuell aber erheblich schwanken. Das Rupturrisiko eines AAA < 4 cm liegt bei unter 2% pro Jahr, steigt jedoch ab einem Durchmesser von > 5 cm exponentiell an. Risikofaktoren für eine drohende Ruptur sind neben dem maximalen Durchmesser eine rasche Zunahme des Durchmessers (> 0,5–1 cm/Jahr), eine familiäre Belastung, eine exzentrische Morphologie und ein fortgesetzter Nikotin-Abusus, wie dies von
Hans-Henning Eckstein et al. in "Ultraschall-Screening abdominaler Aortenaneurysmen" beschrieben ist [2].
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Das Problem nach einer Diagnose eines AAA ist die zu treffende Entscheidung, ob das Aneurysma behandelt wird, der Patient sich also einer offenen OP oder einer endovaskulären Therapie unterziehen muss, oder ob das Aneurysma lediglich beobachtet wird, im Allgemeinen durch einen regelmäßigen CT-Scan. Essentieller Parameter für diese Entscheidung ist die Frage, wie schnell sich das AAA wahrscheinlich entwickelt, also welche Wachstumsgeschwindigkeit dem AAA vorausgesagt wird.
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Die Problematik liegt aber darin, das neben der wachstumsinduzierten Wirkung der hämodynamischen Parameter auch patientenspezifische Parameter wie Genetik, Vorerkrankungen oder Verhalten eine wichtige Rolle spielen.
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In zahlreichen Untersuchungen wird heute eine CFD-Simulation verwendet, um hämodynamische Größen, wie beispielsweise Wandscherstress (WSS) oder Druck in einem AAA, zu berechnen, um im Weiteren Aussagen über das weitere Wachstum eines AAAs treffen zu können. Dies ist beispielsweise
Barry J. Doyle et al., "A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms",
David S. Molony et al., "Fluid-structure interaction of a Patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stentgraft", oder
James H Leung et al., "Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models" zu entnehmen [1, 3, 4].
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”Computational Fluid Dynamics”, kurz auch CFD genannt, ist ein Verfahren, um den Blutfluss in einem Gefäßabschnitt oder Gefäßsegment eines Blutgefäßes zu simulieren, welcher eine pathologische, also eine krankhafte Veränderung beinhaltet. Eine derartige pathologische Veränderung des Gefäßabschnitts liegt beispielsweise in Form eines Aneurysmas, also einer krankhaften, örtlich begrenzten, häufig sackartigen Erweiterung vor. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten; jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet.
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Bekannt ist auch, das Wachstum durch den Vergleich mehrerer sukzessiver Untersuchungen der AAA beispielsweise mittels Computertomographie zu bestimmen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Prognose des Wachstums von AAAs zu treffen, wie sich das Aneurysma weiterentwickelt, wobei patientenspezifische Einflussgrößen oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation eliminiert oder zumindest reduziert sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
S1) Erste 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie zu einem ersten Zeitpunkt,
S2) Erste CFD-Simulation basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie,
S3) Zweite 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt,
S4) Registrierung beider 3-D-Aufnahmen,
S5) Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus den beiden 3-D-Aufnahmen,
S6) Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gefäßgeometrien mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation und Speicherung der Korrelationsergebnisse,
S7) Zweite CFD-Simulation basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie und/oder auf der ersten CFD-Simulation,
S8) Vorhersage der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Schritt
S7) und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.
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Durch die Korrelation von CFD-Simulationen und Gefäßmessungen gelangt man zur besseren Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums ohne Beeinträchtigungen von patientenspezifischen Einflussgrößen oder Randbedingungen für die CFD-Simulation.
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In vorteilhafter Weise können die 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S1) und Schritt S3) mittels wenigstens eines bildgebenden Verfahrens aus der Gruppe
- • Computertomographie (CT),
- • Magnetresonanztomographie (MRI),
- • Ultraschall (US) und/oder
- • Angiographie (DynaCT)
erstellt werden.
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Erfindungsgemäß können die Korrelationsergebnisse gemäß Schritt S6) angeben, welche der simulierten hämodynamischen Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben, bzw. welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat, wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben und/oder den Korrelationskoeffizienten.
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Die Registrierung beider 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S4) kann erfindungsgemäß rigide oder flexibel erfolgen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bestimmung der Gefäßgeometrie gemäß Schritt S1) und Schritt S3) das Lumen und/oder der Thrombus verwendet werden.
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Erfindungsgemäß errechnet sich die Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus der Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen.
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In vorteilhafter Weise kann die zweite 3-D-Aufnahme zu dem zweiten Zeitpunkt (T2) gemäß Schritt S3) etwa drei Monate nach der ersten 3-D-Aufnahme zu dem ersten Zeitpunkt (T1) gemäß Schritt S1) erfolgt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hämodynamisch abgeleiteten Parameter gemäß Schritt S6) und/oder Schritt S8) wenigstens ein Parameter ist aus der Gruppe:
- • ein simulierter Fluss in einem Aneurysma,
- • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
- • ein Druck in einem Aneurysma,
- • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
- • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
- • eine Flussrate
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein bekanntes Röntgensystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung für einen C-Bogen,
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2 einen Gefäßausschnitt auf Basis einer Angiographieaufnahme
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3 das erfindungsgemäße Verfahren und
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4 die erfindungsgemäßen Schritte des Verfahrensablaufs.
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Um 3-D-Aufnahmen beispielsweise eines Aneurysmas erstellen zu können, lassen sich verschiedene bildgebende Systeme, wie beispielsweise Computertomographie-(CT), Magnetresonanztomographie-(MRI), Ultraschall-(US) und/oder Rotationsangiographie-Systeme (DynaCT), einsetzen.
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Zur Durchführung einer derartigen Rotationsangiographie zur Erzeugung von 3-D-Bildaufnahmen, um ein 3-D-Gefäßabschnittsmodell beispielsweise eines AAAs zu erhalten, werden Röntgensysteme eingesetzt, deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise mindestens ein C-Bogen, der robotergesteuert sein kann und an dem eine Röntgenröhre und ein Röntgenbilddetektor angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, eine Systemsteuerungseinheit und ein Bildgebungssystem inklusive mindestens eines Monitors sein können.
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Ein derartiges in der 1 als Beispiel dargestelltes typisches Röntgensystem mit Roboter-montiertem C-Bogen weist beispielsweise einen an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 auf, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
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Generell sind auch CTA und MRA geeignet, um die 3-D-Modelle zu erzeugen. Der Vorteil bei C-Bogen-Systemen liegt darin, dass gegebenenfalls die 2-D-Aufnahmen intrinsisch registriert sind. Ansonsten ist dies bei allen Modalitäten zu tun.
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Mittels des beispielsweise aus der
US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters
1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen
2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler
3 und dem Röntgenbilddetektor
4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgensystem
1 bis
4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors
4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 schneidende Drehachsen.
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Der bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
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Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
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Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
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Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden.
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In der 2 ist ein Gefäßabschnitt 10 dargestellt, wie er sich in einer 3-D-Aufnahme einer Basisuntersuchung zu einem Zeitpunkt T1 darstellt. In einer zu einem gegenüber dem Zeitpunkt T1 späteren Zeitpunkt T2 durchgeführten Untersuchung – beispielsweise zum heutigen Zeitpunkt – weist die Gefäßwand 11 in einer aktuellen 3-D-Aufnahme ein AAA auf.
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Das hauptsächliche Problem der Vorhersage des Wachstums von AAAs ist die Frage, wie sich das Aneurysma bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt T3 weiterentwickelt, wenn die Geometrien der Aorta zu den Zeitpunkten T1 und T2 bekannt sind.
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Ziel ist es nun, aufgrund einer patientenspezifischen Vorhersage den Verlauf der zukünftigen Gefäßwand 12 mit einem AAA möglichst genau wiederzugeben.
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Dies wird durch das in 3 symbolisch dargestellte Verfahren erreicht. Zunächst muss beispielsweise eine DynaCT-Aufnahme oder CT-Aufnahme als erste 3-D-Aufnahme 20 oder sogenannte Baseline-3-D-Aufnahme zu einem ersten Untersuchungszeitpunkt T1 vorliegen, aufgrund derer eine erste Gefäßmessung 21 durchgeführt werden kann. Mittels dieser aus der ersten Gefäßmessung 21 erhaltenen Gefäßgeometrie des Gefäßabschnitts 10 lässt sich eine erste CFD-Simulation 22 durchführen.
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Zu einem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2, beispielsweise heute, wird eine aktuelle zweite 3-D-Aufnahme 23 wiederum beispielsweise mittels eines DynaCT-Systems oder eines CT-Systems erstellt, die eine zweite Gefäßmessung 24 zur Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie ermöglicht. Anschließend erfolgt eine Registrierung 25 beider 3-D-Aufnahmen 20 und 23 und damit auch beider Gefäßgeometrien der Gefäßmessungen 21 und 24.
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Aus diesen Daten 20, 21, 23 und 24 werden die lokalen Wachstumsgeschwindigkeiten 26 (Vg) für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrie zwischen dem ersten Untersuchungszeitpunkt T1 und dem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2 ermittelt.
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Zwischen den beiden Gefäßgeometrien 21 und 24 mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation 22 erfolgt eine Korrelation 27 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit Vg und Speicherung der Korrelationsergebnisse.
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Aufbauend auf die aktuelle 3-D-Aufnahme 23 zu dem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2 mit der zweiten Gefäßmessung 24 wird eine zweite CFD-Simulation 28 durchgeführt.
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Aus der Korrelation 27 sowie der zweiten CFD-Simulation 28 kann berechnet werden, welche der simulierten hämodynamischen Parameter 29 tatsächlich zum Wachstum des AAAs zwischen den Untersuchungszeitpunkten T1 und T2 beigetragen haben. Mit dieser Information kann dann das Wachstum besser zu einer Vorhersage 30 für ein zukünftiges Wachstum des AAAs zu einem zukünftigen Untersuchungszeitpunkt T3 genutzt werden, so dass man zu einer Prognose 31 für eine dritte Gefäßgeometrie gelangt. Aufgrund dieser Prognose 31 können nun weitergehende Maßnahmen beurteilt werden, ob das Aneurysma behandelt, der Patient sich also einer offenen OP oder einer endovaskulären Therapie unterziehen muss, oder ob das Aneurysma lediglich beobachtet werden muss.
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In diesem Falle kann zu einem dritten Untersuchungszeitpunkt beispielsweise in drei Monaten erneut eine 3-D-Aufnahme mit einer weiteren Gefäßmessung erstellt werden. Nach erfolgter Registrierung der 3-D-Aufnahmen werden die lokalen Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten ermittelt und 1 mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus CFD-Simulationen zur erneuten Prädiktion eines zukünftigen Wachstums des AAAs korreliert.
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Die simulierten hämodynamische Parameter 29 können beispielsweise sein:
- • ein simulierter Blutfluss in einem Aneurysma,
- • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
- • ein Druck in einem Aneurysma,
- • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
- • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
- • eine Flussrate
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Die Zwischenschritte der Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden, so dass eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung ermöglicht wird.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums liegt also der Gedanke zugrunde, aus den bekannten Messungen und Simulationen zum Zeitpunkt T1 und T2 (heute) durch Korrelation zu berechnen, welche der simulierten Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben. Mit dieser Information kann dann das Wachstum zum Zeitpunkt T3 besser vorhergesagt werden.
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Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf in Kürze ist:
In einem ersten Schritt S1) wird eine erste 3-D-Aufnahme 20 des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie zu einem ersten Zeitpunkt T1 erstellt.
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Anschließend erfolgt gemäß einem zweiten Schritt S2) eine erste CFD-Simulation 22 basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie.
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In einem dritten Schritt S3) werden eine zweite 3-D-Aufnahme 23 des Aneurysmas und eine Bestimmung 24 einer zweiten Gefäßgeometrie zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt T2 durchgeführt.
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Gemäß einem vierten Schritt S4) werden beide 3-D-Aufnahmen 20 und 23 miteinander registriert (25).
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In einem fünften Schritt S5) erfolgt eine Bestimmung 26 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus den beiden 3-D-Aufnahmen 20 und 23.
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Nachfolgend werden gemäß einem sechsten Schritt S6) eine Korrelation 27 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gefäßgeometrien mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation 22 und eine Speicherung der Korrelationsergebnisse durchgeführt.
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In einem siebten Schritt S7) erfolgt eine zweite CFD-Simulation 28 basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie und/oder auf der ersten CFD-Simulation 22.
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Abschließend erfolgt in einem achten Schritt S8) eine Vorhersage 30 der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt (T3) aufgrund der Korrelationsparameter 29, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation 28 unter Schritt S7) und der Gefäßgeometrie 24 zum zweiten Zeitpunkt (T2).
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt einen einfachen Weg auf, die persönlichen Faktoren mit den Ergebnissen der hämodynamischen Simulationen zu kombinieren und eine verbesserte Basis für die Vorhersage des weiteren Wachstums eines Aneurysmas zu ermöglichen.
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Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Wachstum eines AAA mittels mindestens zweier aufeinanderfolgender bildgebender 3-D-Verfahren aufzunehmen und die abgeleitete Wachstumsgeschwindigkeit mit hämodynamisch abgeleiteten Größen (z. B. WSS) aus einer CFD-Simulation zu korrelieren und das Ergebnis auf eine zweite CFD-Simulation anzuwenden.
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Vorraussetzung für das vorgeschlagene Verfahren sind:
- – Mindestens zwei Aufnahmen der Aorta zu zwei verschiedenen Zeitpunkten T1 und T2 sind erstellt worden, aus denen man das lokale AAA Wachstum bestimmen bzw. messen kann.
- – Diese zwei Aufnahmen sind zueinander registriert, wobei die Registrierung rigide oder flexibel sein kann.
- – Für die Aufnahme zum Zeitpunkt T1 liegt eine CFD-Simulation der Aorta vor.
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Optional:
- – Die Zwischenschritte im Wachstum können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden. Damit ist eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung möglich.
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Korrelation der Messungen und Simulationen:
- – Nun wird die CFD-Simulation zum Zeitpunkt T1 korreliert mit dem (tatsächlich gemessenen) AAA Wachstum zwischen Zeitpunkt T1 und T2. Dadurch kann bestimmt werden:
- – Welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat.
- – Wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben.
- – Der Korrelationskoeffizient.
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Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums:
- – Wird nun eine CFD-Simulation der Aortenaufnahme zum Zeitpunkt T2 erstellt, kann mit dieser, den vorher bestimmten Korrelationsparametern und der Gefäßgeometrie zum Zeitpunkt T2 eine bessere Vorhersage des Wachstums gemacht werden.
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Beispiel für einen Workflow:
- 1. Erste 3-D-Aufnahme (CT, MRI, US, DynaCT) des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus),
- 2. CFD-Simulation basierend auf dieser Geometrie,
- 3. Zweite 3-D-Aufnahme des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus) z. B. nach 3 Monaten,
- 4. Registrierung (rigide oder flexibel) beider 3-D-Aufnahmen,
- 5. Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (z. B. Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen),
- 6. Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit mit den Ergebnissen aus der CFD-Simulation der ersten Geometrie. Diese werden gespeichert,
- 7. CFD-Simulation basierend auf der zweiten Geometrie,
- 8. Vorhersage der zukünftigen Gefäßgeometrie und/oder der zukünftigen lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Punkt S7 und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.
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Speziell wird eine Korrelation vorgeschlagen zwischen
- a) einem (oder mehreren) simulierten hämodynamischen Parametern in einem definierten Simulationssetting mit
- b) dem individuellen (tatsächlich zwischen zwei oder mehreren Scans gemessen) Aneurysmen-Wachstum, um zu sehen, wie sich diese Parameter auf das weitere Wachstum auswirken.
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Die vorgeschlagene Lösung lässt sich im Prinzip für alle Aneurysmen-Typen anwenden, also auch beispielsweise für thorakale Aorten Aneurysmen oder intrakraniale Aneurysmen. Die Beschreibung bezieht sich jedoch lediglich der Einfachheit halber auf AAAs.
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Patientenspezifische Einflussgrößen wie Genetik oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation werden durch das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert. Die Vorhersage kann bei Aneurysmen unter Beobachtung mit neuer 3-D-Bildgebung verifiziert werden.
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Referenzen
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- [1] Barry J. Doyle, Anthony Callanan and Timothy M. McGloughlin; A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms; BioMedical Engineering OnLine 2007, 6: 38; Seiten 1 bis 12
- [2] Hans-Henning Eckstein, Dittmar Böckler, Ingo Flessenkämper, Thomas Schmitz-Rixen, Sebastian Debus, Werner Lang; Ultraschall-Screening abdominaler Aortenaneurysmen; Deutsches Ärzteblatt, Jg. 106, Heft 41, 9. Oktober 2009, Seiten 657 bis 663
- [3] David S. Molony, Anthony Callanan, Eamon G. Kavanagh, Michael T. Walsh and Tim M. McGloughlin; Fluid-structure interaction of a Patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stent-graft; BioMedical Engineering OnLine 2009, 8: 24; Seiten 1 bis 12
- [4] James H Leung, Andrew R Wright, Nick Cheshire, Jeremy Crane, Simon A Thom, Alun D Hughes and Yun Xu; Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models; BioMedical Engineering OnLine 2006, 5: 33, Seiten 1 bis 15
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Barry J. Doyle et al. in ”A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms” [0002]
- Hans-Henning Eckstein et al. in ”Ultraschall-Screening abdominaler Aortenaneurysmen” [0005]
- Barry J. Doyle et al., ”A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms” [0008]
- David S. Molony et al., ”Fluid-structure interaction of a Patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stentgraft” [0008]
- James H Leung et al., ”Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models” [0008]
