Nicht-invasive Bestimmung des portosystemischen Druckgradienten nach TIPS Implantation mittels 4D Fluss MRT und numerischer Strömungssimulation

Die Leberzirrhose, als Endstadium aller chronischen Lebererkrankungen, geht mit einer hohen Morbidität und Mortalität einher. Schätzungsweise sind in Deutschland etwa 1 Millionen Menschen von einer Leberzirrhose betroffen.

Die Grundlage einer Leberzirrhose ist der Untergang des normalen Lebergewebes und dessen Ersetzung durch Narbengewebe. Die Folge des narbigen Umbaus ist eine gestörte Durchblutung der Leber mit Steigerung der Blutdruckdifferenz zwischen Pfortader und der unteren Hohlvene. Die Erhöhung dieses sogenannten portosystemischen Druckgradienten (portaler Hypertonus) ist die Ursache der meisten Komplikationen der Leberzirrhose wie Blutungen aus Krampfadern der Speiseröhre (Ösophagusvarizen) und der Entstehung von Bauchwasser (Aszites). In diesem Fall ist die Anlage eines transjugulären intrahepatischen portosystemischen Shunts (TIPS) inzwischen Therapie der ersten Wahl. Es erfolgt die minimal-invasive Implantation eines beschichteten Stents von einer Lebervene ausgehend in die Pfortader, wodurch das gestaute Pfortaderblut direkt in den systemischen Blutkreislauf zurückgeführt und dadurch der portale Hypertonus gesenkt wird. Die TIPS-Anlage führt in vielen Fällen zu einer erfolgreichen Kontrolle des Aszites und erhöht die Überlebenswahrscheinlichkeit der Patienten. Dennoch kommt es bei einem Teil der Patienten zu einem komplikativen Verlauf nach TIPS-Anlage mit dem Wiederauftreten des Aszites aufgrund einer unzureichenden Senkung des portalen Hypertonus. In diesem Fall stellt eine invasive Blutdruckmessung momentan die einzige valide Möglichkeit zur diagnostischen Sicherung eines weiterhin erhöhten Blutdrucks in der Pfortader dar. Hierzu wird im Rahmen eines angiographischen Eingriffs ein Katheter über eine Halsvene eingebracht und über die untere Hohlvene in den Lebergefäßen zur Druckmessung platziert. Die Risiken eines solchen invasiven Eingriffs umfassen unter anderem schwere Komplikationen wie Infektionen, eine allergische Reaktion auf das notwendige Kontrastmittel sowie Verletzungen von Herz, Leber, Gallenwegen und Blutgefäßen.

Die vierdimensionale Fluss Magnetresonanztomographie (4D Fluss MRT) stellt eine neue MRT-Technik zur detaillierten Analyse von Blutflussprofilen im menschlichen Körper dar. Diese Technik ermöglicht die zeitlich aufgelöste Strömungsdarstellung in einem dreidimensionalen Volumen, sodass Flussgeschwindigkeiten sowie Volumenströme der erfassten Blutgefäße in jeder beliebigen Ebene quantifiziert werden können (Abbildung 1).

Numerische Strömungssimulationen dienen der approximativen Lösung strömungsmechanischer Probleme. Mithilfe solcher Simulationen lassen sich neben den Strömungsgeschwindigkeiten auch die Druckverhältnisse in beliebigen Geometrien, z.B. Blutgefäßen, bestimmen.

Ziel dieser interdisziplinären Studie ist die Entwicklung einer nicht-invasiven Methode zur Bestimmung des portosystemischen Druckgradienten in Patienten mit Leberzirrhose nach TIPS-Implantation mithilfe einer Kombination aus 4D Fluss MRT und numerischer Strömungssimulation als Alternative zur risikobehafteten invasiven Blutdruckmessung.

Bei Patienten mit TIPS wird eine 4D Fluss MRT durchgeführt und der Blutfluss im TIPS sowie in der unteren Hohlvene quantifiziert. Aus Schnittbildern der MRT-Untersuchung erfolgt die Segmentierung der dreidimensionalen Blutgefäßstrukturen. Mithilfe dieses 3D-Modells wird ein Rechengitter für die Strömungssimulationen erzeugt. Nach dieser Vernetzung und der Festlegung von Randbedingungen erfolgt die numerische Strömungssimulation. Hiermit lässt sich der portosystemische Druckgradient zur nicht-invasiven Beurteilung eines eventuell persistierenden portalen Hypertonus berechnen. Es werden Patienten einbezogen, welche aus klinischer Indikation ebenfalls eine invasive Messung des portosystemischen Blutdrucks erhalten. Die Beurteilung der entwickelten Methodik erfolgt durch Korrelation des mittels 4D Fluss MRT und Strömungssimulation bestimmten portosystemischen Druckgradienten mit dem Ergebnis der invasiven Blutdruckmessung als Referenzstandard.