Translationell kardiovaskulär bilddiagnostik – David Marlevis team

Kardiovaskulär sjukdom är fortfarande den vanligaste dödsorsaken globalt. Medicinsk bilddiagnostik spelar en central roll i handläggningen av kardiovaskulära sjukdomar genom att göra det möjligt för kliniker och forskare att visualisera och kvantifiera både strukturella och funktionella avvikelser i hjärtat och kärlsystemet. Dessutom börjar integreringen av avancerade biomedicinska verktyg (maskininlärning, beräkningsmodellering och bioinformatik) med medicinsk bilddiagnostik i grunden förändra vad vi kan avbilda och vad vi kan kvantifiera med kliniska bildsystem.

Under ledning av David Marlevi syftar vår forskning till att utveckla och implementera bildbaserade metoder för att bättre diagnostisera, förutsäga och mekanistiskt förstå kardiovaskulär sjukdom. Genom nära samarbete med ett stort antal forskningspartners inom såväl grundforskning som klinisk forskning, samt genom en stark koppling till Karolinska Universitetssjukhuset, strävar teamet kontinuerligt efter att bedriva betydelsefull translationell forskning med direkt klinisk relevans.

Forskningsprojekt

Icke-invasiv uppskattning av kardiovaskulära tryckgradienter

Regional kvantifiering av kardiovaskulära tryckgradienter är avgörande för diagnostik, behandlingsplanering och riskprediktion vid många kardiovaskulära sjukdomar. För ett stort antal tillstånd försvåras dock icke-invasiv bedömning av metodernas inneboende begränsningar, och det finns många kliniska situationer där regionala tryckförhållanden fortfarande är otillräckligt utforskade.

För att möta denna utmaning, med finansiering från Europeiska forskningsrådet (ERC), har vi utvecklat en kombination av fysikbaserad bildanalys (som bygger på grundläggande fluidmekaniska beskrivelser av blodflöde) och fullfältsavbildning av flöden (4D Flow MRI). Detta möjliggör kartläggning av tryckgradienter i tidigare svåråtkomliga anatomiska områden. Genom detta arbete vill vi vidareutveckla dessa metoder för att bättre förstå tidiga hemodynamiska förändringar som kan indikera framtida fysiologisk nedsättning. Detta omfattar validering, implementering och klinisk tillämpning över olika rumsliga (stora och små kärl), tidsmässiga (snabba och långsamma flöden) och flödesrelaterade (laminära och turbulenta flöden) skalor.

Super-upplöst medicinsk avbildning

Utvecklingen av fullfältsavbildning med flödes-MRI har i grunden förändrat vår förmåga att undersöka komplexa hemodynamiska förlopp i en klinisk miljö. Samtidigt finns begränsningar i den rumsliga och tidsmässiga upplösningen, vilka följer av de tidsramar inom vilka systemen kan användas kliniskt. Detta försvårar analys av regionala eller mycket kortvariga flödeshändelser.

För att hantera detta använder vi olika tränade neurala nätverk för att förbättra den rumsliga bildupplösningen och bildkvaliteten. Därigenom kan kvantitativ volymetrisk MRI tillämpas i särskilt utmanande kärlområden och flödesmiljöer.

Avbildning av ateroskleros plackbiologi

Stroke är fortfarande en av de främsta dödsorsakerna globalt, och identifiering av instabila karotisplack är avgörande för att förbättra diagnostiken. Även om plackinstabilitet har kopplats till generella fenotyper är det rumsliga samspelet mellan plackmorfologi, biomekanik och biologiska processer fortfarande okänt.

För att undersöka detta, i nära samarbete med Vascular Surgery Group, integrerar vi avancerad bilddiagnostik, data från plackbiobanker, lesionsspecifik modellering och spatial transkriptomik för att kartlägga det regionala samspelet mellan plackens morfologi, biomekanik och biologi. Målet är att utveckla individanpassade riskprediktioner för plack.

Icke-invasiv riskprediktion vid kronisk aortadissektion

Aortadissektion (AD) innebär en plötslig delning av aortaväggen med bildning av ett falskt lumen (FL). Även om de flesta patienter överlever den akuta fasen kommer cirka 50 procent av de patienter som skrivs ut från sjukhus efter en aortadissektion antingen att avlida av aortarelaterade orsaker eller behöva kirurgisk behandling inom tio år. Dessa komplikationer anses huvudsakligen bero på en successiv tillväxt av det falska lumenet.

Att kunna förutsäga vilka patienter som löper hög risk för sådan tillväxt är därför av stor betydelse. I detta projekt utvecklar och använder vi en kombination av 4D MRI och datortomografisk angiografi (CTA) för att icke-invasivt kartlägga biologiska och hemodynamiska förhållanden i det falska lumenet. Syftet är att ge ny kunskap om den komplexa patofysiologin bakom progressiv dissektionstillväxt.

• Europeiska forskningsrådet (ERC)
• Vetenskapsrådet (VR)
• Hjärt-Lungfonden
• Ulla Hamberg Angeby och Lennart Angebys stiftelse
• Knut och Alice Wallenbergs stiftelse / Data-driven life science (DDLS)
• MedTechLabs (med PI: Ulf Hedin (KI) och Christian Gasser (KTH))
• Region Stockholm (ALF)
• Magnus Bergvalls stiftelse

Team alumni

• Sebastian Jofré
• Leon Ericsson
• Adam Hjalmarsson
• Simon Åslund
• David Bardvall
• Meritxell Pardo Rel 
• Raquel Riera Turiel