Name: Ein auf Magnetresonanztomographie basierendes Computerprotokoll zur Analyse der Plaquemorphologie und Hämodynamik bei Patienten mit Carotisstenose (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Erfahren Sie, wie computergestützte Strömungsdynamik und MRT-basierte 3D-Modellierung die Plaquemorphologie und Hämodynamik bei Patienten mit Carotisstenose analysieren. Dieses CRIMSON-Protokoll ermöglicht präzise, patientenspezifische Schlaganfallrisikobewertungen.

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<table><tbody><tr><td>KARMESINROT</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Open-Source-Online-Software</td></tr><tr><td>Horos</td><td>Horos</td><td>N/A</td><td>Open-Source-Online-Software</td></tr><tr><td>MATLAB Version 14</td><td>Mathworks (Englisch)</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Paraview</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Open-Source-Online-Software</td></tr><tr><td>Siemens 3T VIDA MRT-Scanner</td><td>Siemens Healthineers</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

ein auf magnetresonanztomographie basierendes computerprotokoll zur analyse der plaquemorphologie und hämodynamik bei patienten mit carotisstenose

A Magnetic Resonance Imaging-based Computational Protocol for Analysis of Plaque Morphology and Hemodynamics in Patients with Carotid Artery Stenosis

Die Verwendung dieses MRT-gestützten CFD-Workflows in Kombination mit der qMatch-MRT ermöglicht die Identifizierung der hämodynamischen Belastungen in der ICA-Stenose und der spezifischen Komponenten der Plaque. Wir beginnen zunächst damit, sicherzustellen, dass wir über ein hochwertiges Netz verfügen, das eine genaue Darstellung der Strömungsmerkmale in kritischen Bereichen ermöglicht. Ein endgültiges Netz sollte eine ausreichende Anzahl von Netzelementen mit niedrigen Aspektverhältnissen enthalten (Abbildung 1A). Ein grobes Netz mit hohen Aspektverhältnissen führt wahrscheinlich zu ungenauen Simulationsergebnissen. Anschließend fahren wir mit der Spezifikation unserer Randbedingungen fort (Abbildung 1B). Nach erfolgreichem Abschluss der Simulation und entsprechender Randbedingungsabstimmung kann eine nicht-invasive und patientenspezifische Hämodynamik erhoben werden.
Spezifische hämodynamische Metriken, die gemessen werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Geschwindigkeit, Durchfluss, Druck (einschließlich Druckverhältnisse und Druckgradienten), WSS und OSI. Abbildung 2 zeigt ein repräsentatives Geschwindigkeitsprofil über die Carotis-Bifurkation und die ICA-Stenose. Die Visualisierung des maximalen Geschwindigkeitsprofils während des gesamten Herzzyklus kann als Surrogat für eine von DUS abgeleitete Geschwindigkeitswellenform dienen. Somit können sowohl die PSV als auch die enddiastolische Geschwindigkeit (EDV) approximiert werden. Abbildung 3 zeigt zwei repräsentative Beispiele für den Druck (mmHg) über die Carotis-Bifurkation und die ICA-Stenose. Ein Druckgradient kann gemessen werden, indem Druckwellenformen proximal und distal der Stenose gesammelt werden.
In Abbildung 3A gibt es einen minimalen bis keinen Druckunterschied proximal (rote Linie) und distal (blaue Linie) der Stenose. In Abbildung 3B ist jedoch ein großer Druckunterschied proximal (rote Linie) und distal (blaue Linie) der Stenose zu erkennen. Abbildung 4 zeigt zwei repräsentative Beispiele für die WSS (Pa), die über die Carotis-Bifurkation und die ICA-Stenose kartiert sind. In Abbildung 4A gibt es einen niedrigen WSS über die Stenose, während in Abbildung 4B ein großer WSS über der Stenose zu sehen ist. Abbildung 5 zeigt einen Vergleich der OSI, die über die Karotisbifurkation vor (Abbildung 5A: präoperativ) und nach (Abbildung 5B: postoperativ) CEA kartiert wurde. Postoperative Karten zeigen Bereiche mit höherer OSI im Vergleich zu präoperativen.
Nach entsprechender Nachbearbeitung der qMatch-Bilder wird ein Datensatz mit sechs Sätzen von DICOMs generiert, einschließlich dunkler Blut-, T1-gewichteter, T2-gewichteter, MRA-, qMatch T1 Map- und qMatch T2 Map-Sequenzen. Anhand dieser Datensätze können Plaquekomponenten wie Kalzium, IPH, LRNC und fibröse Kappendicke und/oder -ruptur visualisiert und quantifiziert werden (unter Verwendung der T1-Karte und der T2-Kartensequenzen). Tabelle 1 zeigt die allgemeinen Eigenschaften der einzelnen Plaque-Komponenten in qMatch-Datensätzen. Abbildung 6 zeigt einen repräsentativen qMatch-Datensatz von einem Patienten mit IPH. Der Umriss des ICA ist mit einer durchgezogenen weißen Linie dargestellt, während das Flow-Lumen mit der gestrichelten weißen Linie und die Plakette mit der gestrichelten gelben Linie dargestellt wird. Merkmale der IPH (durchgezogene rote Linie), die durch ein hyperintensives Signal im T1-gewichteten Bild und eine verringerte T1-Messung in der T1-Karte demonstriert werden. Abbildung 7 zeigt einen repräsentativen qMatch-Datensatz von einem Patienten mit stark verkalkter Plaque. Der Umriss des ICA ist mit einer durchgezogenen weißen Linie dargestellt, während das Strömungslumen mit der gestrichelten weißen Linie dargestellt wird. Verkalkter Teil der Plaque (gestrichelte orangefarbene Linie), dargestellt durch hypo-intensives Signal in den dunklen Blut-, T1-gewichteten und T2-gewichteten Bildern.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Überblick über die Modellierungsmethode Computational Fluid Dynamics. (A) Erstellung von patientenspezifischer Geometrie und Vernetzung sowie (B) Spezifikation von Randbedingungen. (A) Anonymisierte DICOM-Bilddaten aus CTA werden in CRIMSON importiert und die interessierende Anatomie (einschließlich CCA, ICA und ECA) wird bestimmt. Mittellinienpunkte werden entlang der Länge jedes Gefäßes innerhalb der interessierenden Anatomie platziert. Die Berandungen der Behälterwand werden durch Hinzufügen von Konturen festgelegt. Die Gefäßäste werden angehoben und dann mit einem Verrundungsvorgang kombiniert. Das endgültige geometrische Modell wird dann in ein Netz diskretisiert, das aus mehreren tetraedrischen Elementen mit lokaler Netzverfeinerung auf der Ebene der Stenose besteht. (B) Ein 3-Element-Windkessel ist für den ICA-Auslass vorgeschrieben, um Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen zu berücksichtigen. Die 2D-PC-MRT wird auf Höhe der CCA bei C5 (roter Kreis und Ellipse) und oberhalb der Karotisgabelung bei der proximalen ECA (orangefarbener Kreis und Ellipse) und der mittleren ICA distal der Läsion (blauer Kreis und Ellipse) durchgeführt, um die Wellenformen des volumetrischen Blutflusses zu messen. Für den CCA-Eingang und den ECA-Ausgang ist eine Durchflusswellenform vorgeschrieben. Abkürzungen: CTA = Computertomographie-Angiographie; CCA = Arteria carotis communis; ICA = Arteria carotis interna; ECA = Arteria carotis externa; PC = Phasenkontrast. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a> 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig2.jpg"> 
Abbildung 2: Geschwindigkeitsinformationen aus dem CFD-Workflow. Rechts) Die Geschwindigkeit (cm/s) wurde einem Modell einer Karotisgabelung zugeordnet, einschließlich CCA, ECA und ICA mit einer schweren Stenose in der vorderen Ansicht. Links) Die maximale Geschwindigkeit über die Zeit für einen Herzzyklus kann visualisiert werden, die als Surrogat für den Duplex-Ultraschall dient. Abkürzungen: CCA = Arteria carotis communis; ECA = Arteria carotis externa; ICA = Arteria carotis interna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig3.jpg"> 
Abbildung 3: Repräsentatives Beispiel für einen Druck (mmHg), der über die Karotisgabelung für zwei Fälle in der Frontansicht kartiert wurde. Der Druck wird auf geometrische Modelle der CCA, ECA und ICA abgebildet. (A) Fall mit minimalem bis keinem Druckunterschied proximal (rote Linie, rote Druckwellenform) und distal (blaue Linie, blaue Druckwellenform) der ICA-Stenose. (B) Fall mit großem Druckunterschied proximal (rote Linie, rote Druckwellenform) und distal (blaue Linie, blaue Druckwellenform) der ICA-Stenose. Abkürzungen: CCA = Arteria carotis communis; ECA = Arteria carotis externa; ICA = Arteria carotis interna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig4.jpg"> 
Abbildung 4: Repräsentatives Beispiel für eine Wandschubspannung (Pa), die über die Karotisgabelung für zwei Fälle in der Frontansicht kartiert wurde. WSS wird auf geometrische Modelle der CCA, ECA und ICA abgebildet. (A) Fall mit niedrigem WSS über die ICA-Stenose. (B) Fall mit großem WSS quer zur ICA-Stenose. Abkürzungen: WSS = Wandschubspannung; CCA = Arteria carotis communis; ECA = Arteria carotis externa; ICA = Arteria carotis interna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a> 
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig5.jpg"> 
Abbildung 5: Vergleich des oszillatorischen Scherindex vor (präoperativ) und nach (postoperativer) Karotis-Endarteriektomie, einschließlich anteriorer und posteriorer Ansicht. OSI wird auf geometrische Modelle der CCA, ECA und ICA abgebildet. Läsionen und reparierte Läsionen (Segmente, in denen OSI verglichen werden) sind hervorgehoben. Postoperative Karten zeigen Bereiche mit höherer OSI im Vergleich zu präoperativen. Abkürzungen: OSI = oszillatorischer Scherindex; CCA = Arteria carotis communis; ECA = Arteria carotis externa; ICA = Arteria carotis interna; CEA = Karotis-Endarteriektomie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a> 
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig6.jpg"> 
Abbildung 6: Ein repräsentativer qMatch-Datensatz von einem Patienten mit Intraplaque-Blutung. (A) Dunkles Blut, (B) T1-gewichtet, (C) T2-gewichtet, (D) MRA, (E) qMatch T1 Map und (F) qMatch T2 Map-Sequenzen. Der Umriss des ICA ist mit einer durchgezogenen weißen Linie dargestellt, während das Flow-Lumen mit der gestrichelten weißen Linie und die Plakette mit der gestrichelten gelben Linie dargestellt wird. Merkmale der IPH (durchgezogene rote Linie), die durch ein hyperintensives Signal im T1-gewichteten Bild und eine verringerte T1-Messung in der T1-Karte demonstriert werden. Abkürzungen: IPH = Intraplaque-Blutung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig7.jpg"> 
Abbildung 7: Ein repräsentativer qMatch-Datensatz von einem Patienten mit verkalkter Plaque. (A) Dunkles Blut, (B) T1-gewichtet, (C) T2-gewichtet, (D) MRA, (E) qMatch T1 Map und (F) qMatch T2 Map-Sequenzen. Der Umriss des ICA ist mit einer durchgezogenen weißen Linie dargestellt, während das Strömungslumen mit der gestrichelten weißen Linie dargestellt wird. Verkalkter Teil der Plaque (gestrichelte orangefarbene Linie), dargestellt durch hypo-intensives Signal in den dunklen Blut-, T1-gewichteten und T2-gewichteten Bildern. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Plaque-Komponente</td>
			<td>MRA</td>
			<td>Dunkles Blut</td>
			<td>T1w</td>
			<td>T2w</td>
			<td>T1-Karte</td>
			<td>T2-Karte</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPH</td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kalzium</td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LRNC</td>
			<td>=</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faserige Kappe</td>
			<td>-/=</td>
			<td></td>
			<td>-/=</td>
			<td>-</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
			<td>Wird zur Quantifizierung verwendet</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabelle 1: Eigenschaften von Plaque-Komponenten auf qMatch-Datensätzen. Abkürzungen: MRA = Magnetresonanzangiographie; T1w = T1 gewichtet; T2w = T2 gewichtet; IPH = Intraplaque-Blutung; LRNC = lipidreicher nekrotischer Kern; + = hyperintensiv; - = hypointensiv; (=) iso-intensiv.

Ein auf Magnetresonanztomographie basierendes Computerprotokoll zur Analyse der Plaquemorphologie und Hämodynamik bei Patienten mit Carotisstenose

Current assessment and management of internal carotid artery (ICA) stenosis is based on the estimation of percentage stenosis via duplex ultrasound (DUS) ...

a-magnetic-resonance-imaging-based-computational-protocol-for

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Positionieren Sie einen menschlichen Patienten mit einer Carotisstenose interna, einer Erkrankung, die durch eine Verengung der Arteria carotis interna gekennzeichnet ist, auf dem Bildgebungstisch für die digitale Subtraktionsangiographie (DSA). Einführen eines Angiokatheters in die Arteria carotis communis auf Höhe des vierten Halswirbels. Aufnahme eines Röntgenbildes vor dem Kontrast, um Hintergrundstrukturen wie Knochen und Weichteile mittels Röntgenbestrahlung aufzunehmen. Einen jodhaltiges...

Nachweis einer Verengung der Arteria carotis interna mittels digitaler Subtraktionsangiographie

Quelle: Chiu, S., et al. Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie in der Arteria carotis communis der Ratte. J. Vis. Exp. (2018). Dieses Video zeigt die Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie (PC-MRT) zur Messung des Blutflusses in der Arteria carotis communis einer Ratte. Nachdem eine anästhesierte Ratte auf dem MRT-Bett gesichert und stabile physiologische Parameter sichergestellt wurden, wird die Arteria carotis communis gescannt, um in definierten Intervallen Bilder aufzunehmen. Aus...

 Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie zur Beurteilung des Blutflusses in den Arterien einer Ratte

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Ein Mausmodell für vaskuläre kognitive Beeinträchtigung und Demenz basierend auf einer nadelgesteuerten asymmetrischen bilateralen Stenose der Arteria carotis communis

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Cellular Lipidextraktion für Targeted Stable Isotope Dilution Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Analyse

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Ein auf Magnetresonanztomographie basierendes Computerprotokoll zur Analyse der Plaquemorphologie und Hämodynamik bei Patienten mit Carotisstenose (Video) | JoVE Journal

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