Measuring the effects of aortic branch transposition onto the vessel dynamics of the Aorta

Abstract

Komplette supra-aortische Umleitung - ebenso wie doppelte Gefaess-Transposi- tion - gefolgt von endovaskulaerer Einbringung von Stent-Grafts sind heutzutage etablierte Methoden zur Behandlung diverser Pathologien des Aortenbogens. Nichts- destotrotz bleiben Details zur Bewegung des Aortenbogens nach diesen Eingriffen weitgehend unbekannt.<br />In dieser Arbeit praesentieren wir eine vollkommen automatische Methode zur Quan- tifizierung der Veraenderungen der Bewegungs-Eigenschaften des Aortenbogens in Kontrast-Verstaerkten Computertomographie-Angiographie Sequenzen. Das Gefaesslumen wird in jedem Einzelbild der Sequenz anhand eines 'Level-Set' Verfahrens segmentiert. Die daraus resultierenden Oberflaechen werden dann ver- wendet um mittels kohaerenter Punkt Verschiebung Korrespondenzen zwischen auf ihnen liegenden Punkten herzustellen. Ein derartiges Model der Aorta erlaubt die Messung aussagekraeftiger Werte ue- ber die Deformierung des Gefaesses, wie etwa Dehnung und Biegung. Die Reg- istrierung der vor respektive nach Transposition beziehungsweise Stent-Grafting er- stellten Modelle mittels kohaerenter Punkt Verschiebung ermoeglicht den Vergleich dieser Messwerte und die Quantifizierung der durch die Eingriffe entstandenen Ve- raenderungen der Bewegung des Aortenbogens.<br />

Total supra-aortic rerouting - as well as double vessel transposition - followed by endovascular stent graft placement are established tools for treatment of pathologies of the aortic arch.<br />However, details about the motion of the aortic arch after these procedures remain unknown. To address this issue, we propose a fully automated method to quantify the defor- mation patterns of the aortic arch in contrast enhanced echocardiogram-gated com- puted tomography sequences. The vessel lumen is segmented in each frame of the sequence by a level set ap- proach. Consequently, correspondences between sets of landmarks extracted from theses segmentations are established using Coherent Point Drift registration. The resulting model of the aorta allows us to measure salient deformation properties of the vessel, like stretching and bending. Applying the same coherent point drift registration procedure to the models acquired pre-treatment, post-transposition, and post-stent-graft-placement then allows to compare these measurements of vessel dy- namics and enables the quantification of change caused by the intervention to the aortic arch motion