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Gehirnangiographie mit KI

Annette Birkhold | Erfinder des Jahres von Siemens | Newcomer

Eine arteriovenöse Fehlbildung (AVM) ist eine vaskuläre Erkrankung unregelmäßig verbundener Arterien und Venen, die den Blutfluss und die Sauerstoffzirkulation stört. In dem betroffenen Bereich des Körpers verzweigen sich die Arterien und Venen nicht wie bei gesunden Menschen in feine Kapillaren, sondern sie wachsen zu einem komplexen Gefäßgewirr zusammen. AVMs können im ganzen Körper auftreten, aber im Gehirn sind sie medizinisch besonders herausfordernd. „Eine solche Fehlbildung im Gehirn kann die Ursache für verschiedene neurologische Defizite oder sogar eine Gehirnblutung sein. Wie gefährlich es in Einzelfällen ist und wie es am besten behandelt wird, hängt jedoch von der genauen Anatomie des Gefäßgewirrs ab. Manchmal ist eine medikamentöse Therapie möglich, aber manchmal ist eine Operation notwendig: zum Beispiel, wenn der Blutdruck aufgrund der Verfilzung lokal so stark ansteigt, dass Gefäße platzen können“, erklärt Annette Birkhold, Erfinderin des Jahres 2024 in der Kategorie Newcomer. „Meine Erfindung unterstützt Ärzte bei der Behandlung von Patienten mit detaillierten 3D- und 4D-Bildern von Arterien und Venen. Es kann auch bei der Diagnose und Behandlungsplanung für AVM-Patienten und für andere vaskuläre Erkrankungen verwendet werden.“

Blick ins Gehirn

Woman with short hair in white shirt and black jacket smiling softly against white wall, gazing left.

Blutgefäße können mittels Angiographie untersucht werden. Bei einer Angiographie des Gehirns wird zuerst ein Katheter in die Leistenarterie eingeführt und dann unter Röntgenaufnahme bis zu den Gefäßen im Hals hochgeschoben. Dann wird ein Kontrastmittel (oder Farbstoff) in den Blutkreislauf injiziert, wodurch die Gefäße gefüllt werden und die Gefäße unter Röntgenstrahlen sichtbar werden. Mit einem bildgebenden Verfahren, das dem CT ähnelt, aber mit einem Angiographiesystem, wird ein detailliertes dreidimensionales Bild der kontrastgefüllten Blutgefäße erstellt.

„Die Anatomie eines AVM kann sehr komplex sein. Es kann oft nur in seiner Gesamtheit sichtbar gemacht werden, wenn das Kontrastmittel an verschiedenen Stellen nacheinander injiziert wird. Und das ist nur mit mehreren Angiographien möglich „, erklärt Annette. „Meine Methode wird verwendet, um die Bilddaten mehrerer Angiografien zu synchronisieren und sie zu einem Modell zusammenzuführen.“ Dadurch entsteht eine detaillierte und umfassende 3D-Darstellung aller am AVM beteiligten Blutgefäße und ein 4D-Video, das zeigt, wie sich das Kontrastmittel im Laufe der Zeit durch die Gefäße bewegt.

Unterstützung bei der Therapie

Diese 4D-Bilder können die behandelnden Ärzte während des gesamten Behandlungsplanungs- und Implementierungsprozesses unterstützen. Bei der Planung ist es für sie besonders wichtig zu verstehen, was im Zentrum des AVM, dem Nidus, passiert. „Das 4D-Bild ermöglicht es, sich auf den Zeitraum zu konzentrieren, in dem das Kontrastmittel den Nidus passiert, und alles auszublenden, was davor oder danach passiert“, sagt Annette. „Das macht deutlich, welche Arterien vor dem Nidus liegen und welche Venen sich dahinter befinden.“

Wenn eine endovaskuläre Therapie erforderlich ist — ein minimalinvasives Verfahren, bei dem die Gefäße des Nidus geschlossen werden — hilft das 4D-Bild dabei, den Weg durch die Gefäße zum Nidus im Voraus zu bestimmen. Während des Eingriffs, wenn der Katheter erneut in die Zielregion geschoben und mit kontinuierlicher 2D-Röntgenbildgebung überwacht wird, kann das 4D-Bild auch angezeigt werden und dem Chirurgen zusätzliche Hinweise geben.

Screenshot of data visualization with colorful bar graphs and pie charts on a dark background

Schätzung des lokalen Blutdrucks mit Simulation

A woman with short hair is standing in front of a white wall, wearing a black dress and looking to the left.

„Dieses detaillierte Modell des AVM, ein digitaler Zwilling, bietet auch die Möglichkeit, mithilfe mathematischer Methoden mehr Unterstützung zu bieten. „Wir arbeiten an Modellen, die künstliche Intelligenz und Strömungssimulation verwenden, um den Blutdruck in den Gefäßen abzuschätzen“, sagt Annette. „Wir werden in Zukunft noch mehr Informationen darüber bereitstellen können, wo gefährliche Gefäßrupturen bei einer AVM auftreten können.“