Unsicherheit in der hämodynamischen Charakterisierung intrakranieller Aneurysmen

Abstract

Intrakranielle Aneurysmen sind erworbene lokale sakkuläre Ausstülpungen der Hirngefäßwand. Ihre Prävalenz für Länder Mitteleuropas wird mit ca. 3% angegeben. Die Gefahr einer Ruptur ist zwar gering (ca. 3% in fünf Jahren), tritt sie dennoch ein, sind die Folgen fatal und die Sterblichkeit hoch. Mikrochirurgische und endovaskuläre Behandlungsmöglichkeiten sind verfügbar und etabliert, bergen aber ebenfalls Risiken (ca. 4%). Das motiviert die Suche nach Indikatoren für die individuelle Rupturrisikobewertung zur optimalen Behandlungsentscheidung. Da Bildung, Wachstum und Ruptur von Aneurysmen mit der Hämodynamik verknüpft sind, ist ihre Untersuchung vielversprechend. Neben der klinischen Bildgebung, die in ihrer Auflösung limitiert ist, hat sich diesbezüglich die numerische Strömungssimulation als geeignet herausgestellt. Die dafür notwendigen Arbeitsschritte sind allerdings interdisziplinär und bisher wenig standardisiert. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht daher die Analyse von Ursachen für Unsicherheiten und deren Quantifizierung in der hämodynamischen Charakterisierung von intrakraniellen Aneurysmen. Dazu erfolgt die systematische Variation von Modellierungsschritten sowie der Vergleich von Bearbeitungsstrategien für medizinische Bilddaten, die Untersuchung von stentinduzierten Gefäßdeformationen und Gefäßwanddicken. Die akkurate Rekonstruktion und Segmentierung erweist sich zur Erstellung realistischer Gefäßmorphologien als notwendig. In der Modellierung der darin befindlichen Hämodynamik tragen insbesondere die Ein- und Auslassrandbedingung zur Ergebnisunsicherheit bei. Wird zusätzlich die Interaktion der Hämodynamik mit Implantaten untersucht, ist eine mögliche stentinduzierte Gefäßdeformation zu beachten. Diese wird in der Regel vernachlässigt, kann jedoch erhebliche Modifikation der lokalen Hämodynamik hervorrufen. Eine Möglichkeit Gefäßdeformation zu modellieren, stellt die Erweiterung der Strömungssimulation um die Gefäßwand dar. Für eine solche Fluid-Struktur-Interaktion ist die möglichst akkurate Abbildung patient: innenspezifischer Wanddicken zu empfehlen. Schließlich erlauben die in dieser Arbeit identifizierten und quantifizierten Unsicherheiten die verbesserte Vergleichbarkeit bisheriger Studienergebnisse. Zudem können zukünftige Anstrengungen zur Verbesserung der medizinischen Aussagekraft der computergestützten Blutflussquantifizierung effizient umgesetzt und Unsicherheiten evaluiert werden, um die Aneurysmatherapie weiter zu stärken.