Annette Birkhold | Siemens 年度發明家 | 新秀獎
動靜脈畸形 (AVM) 是動脈與靜脈異常連接的血管疾病，會干擾血流與氧氣循環。在受影響的身體部位中，動脈與靜脈無法像健康人士那樣分支成細小微血管；而會聚集成複雜的血管糾纏團塊。AVM 可能發生在全身各處，但在大腦中尤其具有醫療挑戰性。2024 年度發明家新秀獎得主 Annette Birkhold 解釋道：「大腦中的這種異常狀況可能是導致各種神經功能缺損，甚至腦出血的原因。然而，在個別案例中其危險程度及最佳治療方式，取決於血管糾纏團塊的精確解剖構造。有時可使用藥物治療，但有時則必須進行手術：例如，當糾纏團塊導致局部血壓升得過高，以至於血管可能破裂時。我的發明透過詳細動脈與靜脈 3D 和 4D 影像來支援醫師治療患者。它也能用於 AVM 患者及其他血管疾病的診斷與治療規劃。」
可使用血管攝影來檢查血管。在腦血管攝影中，首先將導管插入腹股溝動脈，然後在 X 光顯影下將導管向上推送至頸部血管。接著將顯影劑（或染色劑）注入血流，充滿血管並使血管在 X 光下顯現出來。利用一種類似電腦斷層掃描 (CT) 但使用血管攝影系統的成像程序，可建立充滿顯影劑的血管詳細三維影像。
Annette 解釋道：「AVM 的解剖構造可能非常複雜。通常必須先後在不同點注入顯影劑，才能看清其完整結構，而這只能透過多次血管攝影來達到。我的方法可用於同步來自多次血管攝影的影像資料，並將它們合併成一個模型。」這可針對 AVM 涉及的所有血管建立詳細且全面的 3D 呈現，以及一段顯示顯影劑如何隨時間在血管中移動的 4D 影片。
這些 4D 影像可在整個治療規劃與執行過程支援治療醫師。在規劃期間，對醫師來說，了解 AVM 中心（畸形血管巢）的情況尤為重要。Annette 表示：「4D 影像讓我們能夠專注於顯影劑通過血管巢的時間範圍，並過濾掉之前或之後發生的一切。其可清楚顯示哪些動脈位於血管巢之前，哪些靜脈位於其後。」
如需進行血管內治療（一種微創手術，涉及封閉血管巢的血管），4D 影像有助於預先確定通過血管到達血管巢的路線。在手術過程中，當導管再次被推送到目標區域並使用連續 2D X 光成像進行監測時，4D 影像也可同步顯示，為外科醫生提供額外指引。
Annette 說道：「這個 AVM 詳細模型（即數位孿生），也提供了利用數學方法提供更多支援的機會。我們正在開發利用人工智慧與流體模擬來估算血管內血壓的模型。未來我們將能夠針對 AVM 中哪些地方可能發生危險血管破裂提供更多資訊。」
