Annette Birkhold氏 | Siemens年最優秀発明家賞 | 新人
動静脈奇形（AVM）は、動脈と静脈が不規則に接続した血管疾患であり、血流や酸素循環を妨げます。体内の患部では、動脈や静脈が健康な人のように細い毛細血管へと分岐せず、代わりに複雑に絡み合った血管の塊を形成します。AVMは体内のあらゆる部位に発生する可能性がありますが、脳に生じた場合は特に治療が困難です。「脳内のこのような奇形は、様々な神経学的障害や、さらには脳出血の原因となり得ます。しかし、個々の症例においてどれほど危険であり、どのような治療が最適かは、血管の絡み合いの正確な解剖学的構造によって異なります。薬物療法が可能な場合もあれば、手術が必要な場合もあります。例えば、その絡みが局所的な血圧を著しく上昇させ、血管が破裂する恐れがある場合などが挙げられます」と、2024年度「新人部門」の「年間発明家賞」受賞者であるAnnette Birkhold氏は説明します。「私の発明は、動脈や静脈の詳細な3Dおよび4D画像を提供することで、医師による患者の治療を支援します。また、AVM患者やその他の血管疾患の診断や治療計画の立案にも活用できます。」
血管は血管造影によって検査することができます。脳の血管造影では、まず鼠径動脈にカテーテルを挿入し、X線画像を確認しながら首の血管まで進めます。その後、造影剤（または染色剤）を血流に注入することで血管を満たし、X線画像上で血管を可視化します。 CTと同様の画像診断法を用いながら、血管造影システムを活用することで、造影剤が充満した血管の詳細な3次元画像が作成されます。
「AVM（動脈静脈奇形）の解剖学的構造は非常に複雑です。造影剤を異なる部位に順次注入して初めて、その全体像を可視化できることがよくあります。そして、これは複数の血管造影検査を行って初めて可能になるのです」とAnnette氏は説明します。「私の手法は、複数の血管造影から得られた画像データを同期させ、1つのモデルに統合するために用いられます。」これにより、AVMに関与するすべての血管の詳細かつ包括的な3D表現と、造影剤が時間経過とともに血管内をどのように移動するかを示す4D動画が生成されます。
これらの4D画像は、治療計画の立案から実施に至るまでの全プロセスにおいて、担当医師を支援することができます。計画段階では、AVMの中心部である「巣（ニドゥス）」で何が起きているかを把握することが特に重要です。「4D画像を使えば、造影剤が巣を通過している時間帯に焦点を当て、その前後の動きをすべて排除することが可能になります」とAnnette氏は言います。「これにより、どの動脈がニダスの前方にあり、どの静脈が後方にあるかが明確になります」。
血管内治療（ニダスの血管を閉塞させる低侵襲の手術）が必要な場合、4D画像は、血管を通ってニダスに至る経路を事前に決定するのに役立ちます。処置中にカテーテルを再び標的領域まで進め、連続的な2D X線画像でモニタリングする際にも、4D画像を表示することで、外科医にさらなる手助けを提供することができます。
「このAVMの詳細なモデル、つまりDigital Twinは、数学的手法を用いてさらなる支援を提供する機会ももたらします。『私たちは、人工知能と血流シミュレーションを用いて血管内の血圧を推定するモデルの開発に取り組んでいます』とAnnette氏は述べています。『将来的には、AVMのどこで危険な血管破裂が起こり得るかについて、さらに詳しい情報を提供できるようになるでしょう』」
