Annette Birkhold | Siemens 年度发明家 | 新人
动静脉畸形 (AVM) 是一种血管疾病，其特征为动脉和静脉之间出现异常连接，扰乱血液流动和氧气循环。在人体的受影响区域，动脉和静脉不会像健康人群那样分支成毛细血管，而是纠缠在一起，形成复杂的血管团。AVM 可发生于全身各处，但发生在脑部时尤其具有医学挑战性。“大脑中出现这样的畸形可能导致各种神经系统缺陷，甚至引发脑出血。但是，但在个体病例中，其危险程度以及最佳治疗方案取决于血管团的具体解剖结构。有时可采用药物治疗，但有时则必须进行手术：例如，当血管团导致局部血压升高，以致血管可能破裂时，” 2024 年度新人发明家 Annette Birkhold 解释说。“我的发明通过提供动脉和静脉的精细三维和四维图像，为医生的治疗提供支持。它还可用于 AVM 患者及其他血管疾病的诊断和治疗计划。”
血管可以通过血管造影术进行检查。在脑部的血管造影中，首先将导管插入腹股沟动脉，然后依据 X 射线成像将其向上推送至颈部血管。随后将对比剂（或造影剂）注射到血液中，充盈血管，使血管在 X 射线下显影。借助类似于 CT 但使用血管造影系统的成像技术，生成注入造影剂的血管的精细三维图像。
“AVM 的解剖结构可能非常复杂。通常，只有先后在不同位置注入造影剂，才能完整显示其全貌。而这只有通过多次血管造影才有可能实现，”Annette 解释说。“我的方法用于同步多次血管造影的图像数据，并将它们融合成一个模型。”这样可以详细且全面地呈现出 AVM 涉及的所有血管，并生成一段 4D 视频，展示造影剂如何随时间在血管中流动。
这些四维图像可以在整个治疗计划和实施过程中为主治医生提供支持。在计划阶段，对他们来说，了解 AVM 核心区域——即血管巢——内部的情况尤为重要。Annette 说：“四维图像可以精准聚焦于造影剂流经血管巢的特定时段，并滤除该时段之前和之后的所有影像。”“这可以让医生清楚看到，哪些动脉位于血管巢之前，哪些静脉位于血管巢之后。”
如果需要进行血管内治疗（一种涉及闭塞血管巢内血管的微创手术），则四维图像有助于提前规划通过血管到达血管巢的路径。在手术过程中，当再次将导管推送至目标区域并通过连续二维 X 射线成像进行监测时，还可以同时显示四维图像，为外科医生提供额外指导。
“这个精细的 AVM 模型——即数字孪生——也为我们运用数学方法提供进一步支持创造了机会。Annette 说：“我们正在开发模型，旨在通过人工智能和流体仿真来估算血管内的血压。”“将来，我们将能够提供更多信息，以帮助判定 AVM 中可能发生危险血管破裂的部位。”
