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Angiografia cerebrale con intelligenza artificiale

Annette Birkhold | Inventori dell'anno Siemens | Esordiente

Una malformazione arterovenosa (AVM) è una malattia vascolare delle arterie e delle vene connesse in modo irregolare, che interrompe il flusso sanguigno e la circolazione dell'ossigeno. Nella zona del corpo interessata, le arterie e le vene non si ramificano in capillari sottili come nelle persone sane; invece, crescono insieme in un complesso groviglio vascolare. Gli AVM possono manifestarsi in tutto il corpo, ma sono particolarmente difficili dal punto di vista medico nel cervello. «Una tale malformazione cerebrale può essere la causa di vari deficit neurologici o persino di un'emorragia cerebrale. Quanto sia pericoloso nei singoli casi e come trattarlo al meglio, tuttavia, dipende dall'esatta anatomia del groviglio vascolare. A volte è possibile una terapia farmacologica, ma a volte è necessario un intervento chirurgico: ad esempio, quando il groviglio fa aumentare la pressione sanguigna così alta localmente che i vasi possono rompersi», spiega Annette Birkhold, inventore dell'anno 2024 nella categoria dei nuovi arrivati. «La mia invenzione aiuta i medici a curare i pazienti con immagini dettagliate 3D e 4D di arterie e vene. Può essere utilizzato anche nella diagnosi e nella pianificazione del trattamento per i pazienti affetti da AVM e per altre malattie vascolari».

Uno sguardo al cervello

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

I vasi sanguigni possono essere esaminati mediante angiografia. In un'angiografia cerebrale, un catetere viene prima inserito nell'arteria inguinale e poi, mediante radiografia, viene spinto fino ai vasi del collo. Un mezzo di contrasto (o colorante) viene quindi iniettato nel flusso sanguigno, riempiendo i vasi e rendendoli visibili ai raggi X. Utilizzando una procedura di imaging simile alla TC ma utilizzando un sistema angiografico, viene creata un'immagine tridimensionale dettagliata dei vasi sanguigni pieni di contrasto.

«L'anatomia di un AVM può essere molto complessa. Spesso può essere visualizzato nella sua interezza solo se il mezzo di contrasto viene iniettato in punti diversi uno dopo l'altro. E questo è possibile solo con diverse angiografie», spiega Annette. «Il mio metodo viene utilizzato per sincronizzare i dati delle immagini di diverse angiografie e unirli in un unico modello». Questo crea una rappresentazione 3D dettagliata e completa di tutti i vasi sanguigni coinvolti nell'AVM e un video 4D che mostra come l'agente di contrasto si muove attraverso i vasi nel tempo.

Supporto terapeutico

Queste immagini 4D possono supportare i medici curanti durante l'intero processo di pianificazione e implementazione del trattamento. Durante la pianificazione, è particolarmente importante per loro capire cosa sta succedendo al centro dell'AVM, il nidus. «L'immagine 4D consente di concentrarsi sull'intervallo di tempo in cui il mezzo di contrasto attraversa il nidus e di bloccare tutto ciò che accade prima o dopo», afferma Annette. «Questo chiarisce quali arterie si trovano davanti al nido e quali vene si trovano dietro».

Se è necessaria una terapia endovascolare, una procedura minimamente invasiva che prevede la chiusura dei vasi del nidus, l'immagine 4D aiuta a determinare in anticipo il percorso attraverso i vasi verso il nidus. Durante la procedura, quando il catetere viene nuovamente spinto nella regione bersaglio e monitorato mediante immagini radiografiche 2D continue, è possibile visualizzare anche l'immagine 4D e fornire al chirurgo ulteriori indicazioni.

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

Stima della pressione arteriosa locale con simulazione

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

«Questo modello dettagliato dell'AVM, un digital twin, offre anche l'opportunità di fornire maggiore supporto utilizzando metodi matematici. «Stiamo lavorando su modelli che utilizzano l'intelligenza artificiale e la simulazione del flusso per stimare la pressione sanguigna nei vasi», afferma Annette. «Saremo in grado di fornire ancora più informazioni in futuro su dove possono verificarsi pericolose rotture vascolari in un AVM».