GEPARD

  • Project title: GEPARD – Vascular Wall Simulation and Visualisation for Patient-Specific Blood Flow Prediction in Intracranial Aneurysm Modelling
  • Funding organisation: German Research Foundation (DFG)
  • Funding period: 01.01.2018 until 01.12.2022
  • Project number: 399581926
  • Localisation: Fluid Mechanics
  • Contact person: Prof. Dr.-Ing. Sylvia Saalfeld, Dr.-Ing. Philipp Berg, Ph.D.

 

Intracranial aneurysms are abnormal bulges in the blood vessels of the human brain that can occur even in young individuals. The rupture of these aneurysms can lead to life-threatening complications or irreversible disabilities. To predict the individual risk of rupture and support the patient-specific treatment planning of the attending physician, computer-assisted methods are utilized. Currently, these methods primarily focus on analyzing the aneurysm lumen. However, since inflammatory processes in the vessel wall often play a crucial role in rupture, it is necessary to expand existing simulation and evaluation approaches.

As part of a project funded by the German Research Foundation (DFG), in collaboration with the Research Campus STIMULATE, there is a gradual integration of vessel wall and surrounding information. This expansion allows for clinically relevant insights into this complex condition. The project pursues three main objectives:

  1. Extraction of patient-specific vessel wall thicknesses: By segmenting ex-vivo acquired optical coherence tomography data, a simulated fluid-structure interaction between blood flow and the cerebral artery wall is enabled.

  2. Differentiation of individual vessel wall layers: The analysis of pathological changes in the vessel wall layers serves the purpose of conducting mechanical measurements. These are essential for the formulation of material laws for cerebral vessels and support the complex, interactive visualization of fluid and structure simulations.

  3. Integration of extravascular structures: The visualization and simulation of the surrounding areas of the vessels facilitate the computer-assisted assessment of aneurysm growth and movement.

The implementation of these sub-goals aims to assist attending physicians in their patient-specific treatment planning. The developed system provides a realistic and reliable prediction of blood flow and offers new, additional information to medical professionals. This significantly improves the assessment of intracranial aneurysms and supports decision-making in clinical practice.

 

Further information about the project can be found here.

  • Projekttitel: GEPARD – Gefäßwandsimulation und -visualisierung zur patientenindividualisierten Blutflussvorhersage für die intrakranielle Aneurysmamodellierung
  • Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Förderzeitraum: 01.01.2018 bis 01.12.2022
  • Projektnummer: 399581926
  • Verortung: Strömungsmechanik
  • Ansprechperson: Prof. Dr.-Ing. Sylvia Saalfeld, Dr.-Ing. Philipp Berg, Ph.D.

 

Intrakranielle Aneurysmen sind krankhafte Aussackungen der menschlichen Hirngefäße, die bereits bei jungen Menschen auftreten können. Ihre Ruptur kann zu lebensbedrohlichen Komplikationen oder irreversiblen Behinderungen führen. Um das individuelle Rupturrisiko vorherzusagen und die patientenspezifische Therapieplanung des behandelnden Arztes zu unterstützen, werden computergestützte Verfahren eingesetzt. Gegenwärtig konzentrieren sich diese Verfahren hauptsächlich auf die Analyse des Aneurysmalumens. Da jedoch Entzündungsprozesse in der Gefäßwand häufig maßgeblich zur Ruptur beitragen, ist es notwendig, bestehende Simulations- und Auswertungsansätze zu erweitern.

Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Forschungscampus STIMULATE die schrittweise Integration von Gefäßwand- und Umgebungsinformationen. Diese Erweiterung ermöglicht klinisch relevante Rückschlüsse auf dieses komplexe Krankheitsbild. Das Projekt verfolgt drei Hauptziele:

  1. Extraktion patientenspezifischer Gefäßwanddicken: Durch die Segmentierung von ex-vivo akquirierten optischen Kohärenztomographie-Daten wird eine simulative Fluid-Struktur-Interaktion zwischen Blutfluss und zerebraler Arterienwand ermöglicht.

  2. Differenzierung einzelner Gefäßwandschichten: Die Analyse pathologischer Veränderungen der Gefäßwandschichten dient der Durchführung mechanischer Messungen. Diese sind essenziell für die Formulierung von Materialgesetzen der Hirngefäße und unterstützen die komplexe, interaktive Visualisierung von Fluid- und Struktursimulationen.

  3. Integration extravasaler Strukturen: Die Visualisierung und Simulation der gefäßumschließenden Bereiche erleichtert die computergestützte Bewertung von Aneurysmawachstum und -bewegung.

Die Umsetzung dieser Teilziele zielt darauf ab, behandelnde Ärzte in ihrer patientenindividuellen Therapieplanung zu unterstützen. Das entwickelte System bietet eine realistische und verlässliche Vorhersage des Blutflusses und stellt dem medizinischen Fachpersonal neue, zusätzliche Informationen zur Verfügung. Dies führt zu einer signifikant verbesserten Bewertung intrakranieller Aneurysmen und unterstützt die Entscheidungsfindung in der klinischen Praxis.

 

Weitere Informationen zum Projekt können hier erhalten werden.