Computer-support for intracranial aneurysms

Abstract

In den letzten Jahrzehnten hat sich das junge Gebiet der interventionellen Neuroradiologie und Neurochirurgie zur Behandlung von intrakraniellen Aneurysmen rasant entwickelt. Intrakranielle Aneurysmen sind pathologische Veränderungen der intrakraniellen Gefäßwand, die das Risiko einer Ruptur bergen. Aneurysmarupturen haben oft tödliche Folgen für den Patienten, die Behandlung selbst ist jedoch kompliziert und ebenfalls mit Risiken verbunden. Die Berechnung des Rupturrisikos ist daher ein aktives Forschungsgebiet, das die Segmentierung und anschließende Extraktion von 3D Modellen zur Ableitung von morphologischen und hämodynamischen Eigenschaften sowie die Auswertung der verfügbaren Informationen beinhaltet. Diese Auswertung vereint Klassifizierungsansätze und Visualisierungsalgorithmen, die ein besseres Verständnis der morphologischen und hämodynamischen Besonderheiten des Aneurysmas ermöglichen. Eine arztund patientengerechte Aufbereitung der Daten unterstützt dabei die letztlich gemeinsam zu treffende Entscheidung, ob und wie behandelt wird. Die Anwendungsgebiete beinhalten jedoch nicht nur die Beurteilung des Rupturrisikos, sondern auch die Planung von Behandlung und Therapie sowie mögliche Trainingsszenarien. Für diese Aufgaben ist eine Computer-Unterstützung unabdingbar. In dieser kumulativen Habilitationsschrift werden verschiedene Techniken vorgestellt, die diese Anwendungsbereiche abdecken. Alle Ansätze wurden in meiner Post-Doc- Phase entwickelt und in enger Zusammenarbeit und im interdisziplinären Austausch mit medizinischen Experten realisiert.

Within the last decades, the young field of interventional neuroradiology and neurosurgery for the treatment of intracranial aneurysms has undergone a rapid and notable improvement. Intracranial aneurysms are pathologic dilations of the intracranial vessel wall that bear the risk of rupture. Aneurysm rupture often yields fatal consequences for the patient, however, treatment itself is complicated and may be accompanied by risks as well. To determine the intracranial aneurysm rupture risk is an active research area, including computer support for the segmentation and subsequent extraction of 3D morphological shape information, paving the way for realistic hemodynamic blood flow simulations as well as the evaluation of the available information. The evaluation comprises classification approaches as well as visualization algorithms that allow a better understanding of the aneurysm’s morphological and hemodynamical attributes. A proper analysis of the patient-specific aneurysm supports the physician and the patient regarding the joint decision whether and how it should be treated. Application areas do not only cover the aforementioned aneurysm rupture risk assessment but also the planning of treatment and therapy as well as possible training scenarios. Computer support for these tasks is mandatory and in this cumulative habilitation thesis, various techniques are presented that cover these application areas. All approaches were developed during my post-doc phase and were realized in close collaboration and interdisciplinary exchange with medical experts.