Wie simulieren wir EVAR vor dem Eingriff?
Was ist ein Aorten-Digital-Twin?
Basierend auf dem präoperativen CT-Scan eines Patienten wird ein digitaler Zwilling der Aorta erstellt, der sowohl die Form als auch das biomechanische Verhalten der echten Aorta originalgetreu wiedergibt. Dieses fortschrittliche 3D-Modell ermöglicht eine präzise Simulation der Reaktion der Patientenanatomie auf mechanische Kräfte und liefert ein zuverlässiges virtuelles Abbild des Gefäßes.
Um Genauigkeit zu gewährleisten, hat PrediSurge mehrere experimentelle Studien zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften der Aorta durchgeführt. Eine repräsentative Studie wird von Duprey et al. (2016, Acta Biomaterialia) beschrieben, in der das Bruch- und Verformungsverhalten von Aortenproben unter multiaxialer Belastung untersucht wurde. Diese Experimente liefern entscheidende Referenzdaten für die Modellierung der Gewebefestigkeit und des Dehnungsverhaltens vor einem Riss.
Wie simulieren wir eine EVAR-Implantation?
Schritt 1: Erstellung des digitalen Zwillings der Aorta
Der erste Schritt umfasst die Erstellung eines patientenspezifischen digitalen Zwillings der Aorta. Die Aorta wird aus einem kontrastmittelverstärkten präoperativen CT-Scan segmentiert, wobei ein Verfahren angewandt wird, das dem vieler anderer Softwarelösungen zur Größenbestimmung ähnelt.
Dieses Aortenmodell wird anschließend vernetzt – ein mathematischer Prozess, bei dem die Oberfläche in Tausende kleiner Elemente unterteilt wird. Jedem Element werden die biomechanischen Eigenschaften der Aortenwand zugewiesen.
Dadurch wandelt sich das Modell von einem statischen Bild zu einer numerischen Einheit, die mit Instrumenten interagieren und sich entsprechend ihrer mechanischen Eigenschaften verformen kann.
Diese Technologie – einzigartig bei Predisurge – ist der digitale Zwilling der Aorta des Patienten.
Schritt 2: Digitale Nachbildung der Endoprothese
Der zweite Schritt besteht in der Erstellung einer digitalen Nachbildung der Endoprothese. Ein detailliertes Modell, das die Geometrie der Stents und des Gewebes wiedergibt, wird konstruiert und vernetzt.
Die bekannten Steifigkeits- und mechanischen Eigenschaften beider Komponenten werden anschließend auf diese digitale Nachbildung der Endoprothese angewendet.
Schritt 3: Simulation der Endoprothesen-Implantation
Im dritten Schritt wird die Implantation der Endoprothese in den patientenspezifischen digitalen Zwilling der Aorta simuliert. Der ERI-Anwender (klinischer Spezialist oder Gefäßchirurg) wählt den Endoprothesentyp sowie die Zugangsseite aus und definiert die proximale Landezone in Bezug auf eine Referenzarterie (z. B. 2 mm unterhalb der Unterkante der rechten Nierenarterie).
Die digitale Endoprothese wird virtuell gecrimpt, gemäß dieser Parameter in das Aortenmodell eingeführt und anschließend freigesetzt. Sie interagiert mit dem digitalen Zwilling der Aorta, bis ein mechanisches Gleichgewicht erreicht ist – ein Zustand, der dem entspricht, was typischerweise in postoperativen CT-Aufnahmen zu sehen ist.
Diese EVAR-Simulation kann ähnlich wie ein postoperatives CT verwendet werden. Sie ermöglicht insbesondere eine detaillierte Analyse der Apposition der Endoprothese. Genau dies wird durch den Endoleak Risk Index automatisch durchgeführt.
Wie berücksichtigt die Simulation die Art und Weise, wie der Operateur den Stentgraft entfaltet?
Die proximale Landezone des Stentgrafts ist ein Eingabewert, der vom klinischen Spezialisten oder Arzt als Abstand zu einer Referenzarterie definiert wird, üblicherweise die Unterkante der tiefsten Nierenarterie. Wenn sich der Operateur bezüglich der erreichbaren Landezone unsicher ist, können mehrere Szenarien für die proximale Landezone simuliert werden.
Validierung der EVAR-Simulation
Um die Genauigkeit der EVAR-Simulationen zu validieren, wurden retrospektive Studien an Patienten durchgeführt, die sich bereits einem EVAR-Eingriff unterzogen hatten. Für jeden Fall wurde das präoperative CT genutzt, um einen patientenspezifischen digitalen Zwilling der Aorta zu erstellen. Der Eingriff wurde anschließend virtuell simuliert, wobei dieselbe Endurant-Endoprothese und identische Landezonen wie beim tatsächlichen Eingriff verwendet wurden.
Die prädiktiven Simulationen wurden mit postoperativen CT-Aufnahmen verglichen. Konkret wurden die Stentringe der postoperativen Bildgebung extrahiert und mit den entsprechenden Stentringen im simulierten digitalen Zwilling abgeglichen.
Ihre Position und ihre Durchmesser wurden verglichen, um die Genauigkeit der Simulation zu bewerten, wie von Perrin et al. (Journal of Biomechanics, 2015) sowie Derycke et al. (Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2024) beschrieben, was einen robusten Rahmen für die Bewertung der Modelltreue bietet.
Der Vergleich zeigte eine exzellente Übereinstimmung zwischen den simulierten und den realen Ergebnissen. Die Position und die Expansion der Stentringe in den Simulationen entsprachen eng den Werten, die in den postoperativen Scans der Patienten beobachtet wurden.
Im Durchschnitt betrug der Unterschied im Stent-Ringradius zwischen simulierten und tatsächlichen Implantaten weniger als 1 mm, was die Genauigkeit der Simulation unterstreicht.
Weitere Informationen zu ERI finden Sie in den folgenden Artikeln: