Alexandra Instituttet

Ny screeningsteknologi kan forhindre blodpropper i hjernen

Målet med en ny teknologi er at scanne patienter og tilbyde behandling, før de rammes af blodpropper. Alexandra Instituttet har bidraget til teknologien CABRA, der skal redde liv og førlighed.

Når patienter får blodpropper i hjernen, skyldes det ofte brist af en åreforkalkning i halspulsårerne; nærmere betegnet den kappe, som adskiller den fedtholdige kerne i åreforkalkningen fra blodet. Herved dannes kontakt mellem fedt og blod, hvorved blodet størkner på toppen af bristen. Når det størknede blod bliver ført med blodstrømmen, kan de mindre blodårer i hjerne og hjerte blive blokeret og give symptomer som synsforstyrrelser, talebesvær, lammelser og i værste fald død.

I dag vurderer man primært risikoen for brist af åreforkalkningen ud fra graden af forsnævring af halspulsåren. Er åren kraftigt forsnævret, og har patienten tidligere haft symptomer, bliver vedkommende tilbudt en operation for at fjerne åreforkalkningen.

Ved at MR-scanne åreforkalkninger kan man danne computermodeller, som giver mulighed for at beregne mekaniske stressniveauer i blodårerne. Indledende analyser tyder på, at stressniveauerne er høje i områder af åreforkalkningen, som traditionelt regnes for at være i høj risiko for ruptur. Baggrunden for produktet CABRA er således et ønske om at anvende beregning af stressniveauerne. Disse beregninger kan forbedre risikovurderingen og forhindre blodpropper i hjernen. Således håber man at kunne være i stand til at scanne patienter og tilbyde behandling, før de rammes af blodpropper, i stedet for som i dag at vente til åreforkalkningen har givet symptomer, førend behandling tilbydes.

Hidtil har man i forskningsprojekter benyttet 3D-modeller, når man ville simulere risikoen for brist af blodåren, men disse beregninger kan tage op imod en uge per patient – tid, der kan have fatale konsekvenser. Med en ny metode, der er udviklet i samarbejde med Alexandra Instituttet, er det nu muligt at lave en 2D-model på langs af blodåren, som kun tager cirka 30 minutter at analysere.

Fra forskning til produktide

Gruppen bag ideen om at nedskalere proceduren fra 3D til 2D, som har muliggjort den reducerede beregningstid, består af post.doc. Samuel Alberg Thrysøe, som har forsket i emnet på MR-Centret på Aarhus Universitetshospital, samt Jens Vinge Nygaard fra Ingeniørhøjskolen i Aarhus. Den grundlæggende ide var først at producere en 3D-model af den kritiske forgrening af halspulsåren, hvor den farlige ruptur oftest sker, og dernæst at skære modellen op på langs af en kurvet flade, der følger midten af årerne. Ved at finde skæringslinjerne mellem den kurvede flade og overgangene mellem karvæg, blod, åreforkalkning og det omkringliggende væv, opnås en todimensionel model, der kan danne basis for en mekanisk beregning af belastningen på karvævet (se figur 1).

Figur 1. Baseret på automatisk segmentering af multimodale MR-billeder genereres en skalmodel af anatomien omkring forgreningen af halspulsåren (til venstre). Der dannes herefter en flade, der går gennem begge forgreninger af blodåren (vist med hvidt). Brugeren kan vinkle de yderste dele af fladen, så disse går gennem de forkalkninger og fedtkerner, som brugeren finder mest kritiske. Det resulterende 2D-snit vises sammen med resultatet af mekanisk simulering øverst til højre.

Til at begynde med resulterede forskergruppens arbejde i en prototype, der var baseret på beregningsmiljøet MATLAB. Før simuleringsmetoden kunne komme i anvendelse på andre klinikker, var det dog nødvendigt med en modning af prototypen for at øge hastighed, brugervenlighed samt robusthed over for forskellig anatomi.

Fra forskningsprototype til modent softwareprodukt

Med en investering fra Technology Transfer Office på Aarhus Universitet i ryggen blev der endelig mulighed for at finde en leverandør til at udvikle den nye version af softwaren. Til at hjælpe med at vurdere tekniske risici og stille krav til en kommende leverandør konsulterede folkene bag CABRA Alexandra Instituttets Computer Graphics Lab. Det var en opgave, der straks fangede interessen, fortæller forsknings- og innovationschef Jesper Mosegaard:

”Som del af det almennyttige GTS-netværk (Godkendt Teknologisk Service) har Alexandra Instituttet en helt speciel rolle i samfundet. Vi skal bygge bro mellem forskning og erhvervsliv, og et produkt, der bliver til på baggrund af forskning, som det er tilfældet med produktet CABRA, er et kerneeksempel på, hvor vi kan træde til som fødselshjælpere. Samtidig har vi i vores lab mange års erfaring i både billedbehandling, visualisering, geometri-generering og fysisk simulering, så vi følte virkeligt vi havde noget at byde på i rådgivningsprocessen.”

Efter en udbudsrunde endte det da også med, at det var Alexandra Instituttet, der fik opgaven med selve softwareudviklingen. Og Jesper Mosegaard mener, der var en klar grund til det:

”Det var en stor fordel for os, at folkene fra CABRA havde haft mulighed for at se os an og diskutere vores anbefalinger med os, inden de skulle afgøre hvem de ville have som softwareleverandør. Det endte med, at vi i stedet for at modtage en fuldt specificeret ordre blev hyret ind på timebasis. Der var relativt mange usikkerheder i projektet, hvor det ikke på forhånd var åbenlyst, hvad den optimale løsning ville være, så det var vores anbefaling til CABRA-folkene, at vi kørte en fleksibel projektmodel, hvor der ikke var en fuldt specificeret plan fra begyndelsen, men hvor vores partner Samuel Alberg Thrysøe i stedet løbende kunne følge og prioritere processen.”

Figur 2. Det er illustrationer som disse, produktet CABRA skal producere. For det trænede øje kan disse afsløre kritiske belastninger på karvævet, som kan være tegn på en forestående blodprop i hjernen.

Løsningen blev, at Samuel Alberg Thrysøe i projektperioden flere gange om ugen passede sit arbejde fra et skrivebord på Alexandra Instituttet. Den måske lidt utraditionelle ordning viste sig at have store fordele. Forsknings- og innovationsspecialist ved Alexandra Instituttet Brian Bunch Christensen, som har været en af de drivende kræfter bag design og udvikling af CABRA-softwaren, fortæller:

”Det var ikke kun folkene bag CABRA, der havde en fordel ud af ordningen. Den tætte kontakt med Samuel Alberg Thrysøe var en givtig faktor i forhold til hurtigt at få afklaret diverse usikkerheder og dermed for, at vi kunne undgå frustrerende spildtid.”

Tværatlantisk valideringssamarbejde

Folkene bag CABRA har indgået et samarbejde med den amerikanske virksomhed VP Diagnostics, som har udviklet produktet MRI-PlaqueView, der anvendes til automatiseret segmentering af forkalkninger og fedt i halspulsåren. Gennem dette samarbejde har folkene bag CABRA fået adgang til segmenteringsdata fra 300 såkaldte asymptomatiske amerikanske patienter. At patienterne er asymptomatiske vil sige, at de endnu ikke har udvist symptomer fra en bristet åreforkalkning. Dermed kan CABRA give mulighed for at forudsige, hvilke patienter der er i risiko for at udvikle blodpropper og dermed skal undersøges. Det næste skridt for validering af den kliniske pålidelighed for CABRA vil således være en undersøgelse af sammenfaldet mellem CABRAs analyseresultater på segmenteringer fra de pågældende scanninger og patienternes sygdomsforløb.

Fakta om CABRA

CABRA står for Computer Aided Biologic Response Assessment; brug af computerbaserede metoder til at forudsige biologiske fænomener, herunder brud på åreforkalkninger.

CABRA-ideen blev patenteret i samarbejde med Technology Transfer Office på Aarhus Universitet og er også blevet støttet i et proof-of-concept-forløb herfra. Til finansiering af produktmodningen har innovationsmiljøet NOVI Innovation støttet projektet som en del af institutionens formål med skabe og udvikle videntunge iværksættervirksomheder med unikke kompetencer.

Læs mere om Alexandra Instituttet