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Stent graft visualization and planning tool for endovascular surgery using finite element analysis
(2014)
Purpose: A new approach to optimize stent graft selection for endovascular aortic repair is the use of finite element analysis. Once the finite element model is created and solved, a software module is needed to view the simulation results in the clinical work environment. A new tool for Interpretation of simulation results, named Medical Postprocessor, that enables comparison of different stent graft configurations and products was designed, implemented and tested. Methods Aortic endovascular stent graft ring forces and sealing states in the vessel landing zone of three different configurations were provided in a surgical planning software using the Medical Imaging Interaction Tool Kit (MITK) Software system. For data interpretation, software modules for 2D and 3D presentations were implemented. Ten surgeons evaluated the software features of the Medical Postprocessor. These surgeons performed usability tests and answered questionnaires based on their experience with the system.
Results: The Medical Postprocessor visualization system enabled vascular surgeons to determine the configuration with the highest overall fixation force in 16 ± 6 s, best proximal sealing in 56±24 s and highest proximal fixation force in 38 ± 12 s. The majority considered the multiformat data provided helpful and found the Medical Postprocessor to be an efficient decision support system for stent graft selection. The evaluation of the user interface results in an ISONORMconform user interface (113.5 points).
Conclusion: The Medical Postprocessor visualization Software tool for analyzing stent graft properties was evaluated by vascular surgeons. The results show that the software can assist the interpretation of simulation results to optimize stent graft configuration and sizing.
Im Fokus der Arbeit steht die Unterstützung der Stentgraftauswahl bei endovaskulärer Versorgung eines infrarenalen Aortenaneurysmas. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Methode zur Auswertung von Ergebnissen einer Finite Elemente-Analyse zum Stentgraftverhalten konzipiert, implementiert und im Rahmen einer deutschlandweiten Benutzerstudie mit 16 Chirurgen diskutiert. Die entwickelte Mensch-Maschine-Schnittstelle ermöglicht dem Gefäßmediziner eine interaktive Analyse berechneter Fixierungskräfte und Kontaktzustände mehrerer Stentgrafts im Kontext mit dem zu behandelnden Aortenabschnitt. Die entwickelte Methode ermöglicht eine tiefergehende Auseinandersetzung der Mediziner mit numerischen Simulationen und Stentgraftbewertungsgrößen. Hierdurch konnte im Rahmen der Benutzerstudie das Einsatzpotenzial numerischer Simulationen zur Unterstützung der Stentgraftauswahl ermittelt und eine Anforderungsspezifikation an ein System zur simulationsbasierten Stentgraftplanung definiert werden. Im Ergebnis wurde als wesentliches Einsatzpotenzial die Festlegung eines Mindestmaßes an Überdimensionierung, die Optimierung der Schenkellänge von bifurkativen Stentgrafts sowie der Vergleich unterschiedlicher Stentgraftdesigns ermittelt. Zu den wesentlichen Funktionen eines Systems zur simulationsbasierten Stentgraftauswahl gehören eine Übersichtskarte zu farbkodiertem Migrationsrisiko pro Stentgraft und Landungszone, die Visualisierung des Abdichtungszustandes der Stentkomponenten sowie die Darstellung von Stentgraft- und Gefäßdeformationen im 3D-Modell.