Hæmodynamik og autonom og kognitiv præstation efter revaskulariseringsprocedurer for halspulsårer (BAROX)

Hypotese og betydning: Sen klinisk udfald og prognose efter CAS kan være ringere end efter CEA med hensyn til autonom modulering, hæmodynamisk ombygning og kognitiv funktion.

Specifikt mål: 1) At sammenligne virkningen af ​​CEA og CAS på langsigtet postoperativ baroreceptorfunktion og på kognitiv hjernefunktion, og analysere deres indflydelse på det kliniske resultat. Det specifikke mål er at vurdere den potentielle sammenhæng mellem postoperativ autonom og kognitiv funktion. 2) At vurdere opfordringen på carotisvæggen på grund af CAS sammenlignet med CEA gennem strukturel analyse og mekanisk modellering. Det specifikke mål er at vurdere den potentielle sammenhæng mellem stenting, vægskade, baroceptor svækkelse og senneurologiske følgesygdomme. 3) At vurdere den postoperative carotis hæmodynamik ved at kombinere medicinsk billedanalyse, kliniske data og computersimuleringer. Det specifikke mål sigter mod at korrelere både lokale (f.eks. vægstressstress) og globale fænomener (controlateral flow, arteriel stivning) med barorefleksfunktion og postoperative neurologiske udfald.

Eksperimentelt designmål 1: En computeriseret metode, der kræver interaktion med små operatører, vil blive brugt til at vurdere indekser for autonom sympathovagal balance rettet mod den sinoatriale knude, sympatisk vasomotorisk modulation og barorefleksforstærkning, alt sammen fra spontane slag-for-slag variationer af R-R intervallet og systolisk arterielt tryk (SAP) variabilitet, kun i betragtning af sinusrytmetilstande. Efter elektrode- og sensorpositionering vil patienter blive holdt i 10 minutter i hvilende liggende stilling, hvilket er nødvendigt for stabilisering, efterfølgende vil blodtryksbølgeformer, elektrokardiogram og respiratorisk aktivitet blive registreret kontinuerligt i løbet af en nominel 5-minutters baseline og derefter i en efterfølgende 5-minutters periode. af aktiv stående.

Kardiovaskulære signaler vil blive optaget af en 4-kanals digital polygraf. Elektrokardiogrammet vil blive optaget med to elektroder placeret på patientens bryst, åndedrætsmønsteret vil blive registreret med et piezoelektrisk bælte, og det arterielle fingerblodtryk vil blive overvåget kontinuerligt af en CNAP 500 HD kontinuerlig ikke-invasiv hæmodynamisk monitor (CNSystems Medizintechnik AG, Østrig). Som beskrevet tidligere (8) vil en række indekser, der indirekte afspejler autonom kardiovaskulær modulering, blive udledt fra den spektrale analyse af R-R-interval og SAP-variabilitet. Postoperativ kardiovaskulær autonom kontrol vil være korreleret til kliniske resultater og mål for kognitiv præstation. Tilmeldte patienter vil blive indsendt til Mini-Mental State Examination for generel kognitiv svækkelse screening. Kognitive P300-fremkaldte potentialer vil derefter blive registreret, før og efter behandling, med Ag/AgCl-elektroder med en Brain Vision Recorder (Brain Products GmbH, Gilching, Tyskland). P300-fremkaldte potentialer vil blive genereret efter et binauralt præsenteret tonediskrimineringsparadigme (ulige-ball-paradigme) med hyppige (80%) toner på 1000 Hz og sjældne (20%) måltoner på 2000 Hz ved 75 dB HL. Filterbåndpas vil være 0,01 til 30 Hz. Aktive elektroder vil blive placeret ved henholdsvis Cz (vertex) og Fz (frontal), og refereret til forbundne øreflip A1/2 elektroder (10/20 internationalt system). Under paradigmet vil patienterne blive instrueret i at holde en løbende mental optælling af de sjældne 2000-Hz måltoner. For at verificere opmærksomheden vil P300-optagelser med en uoverensstemmelse på > 10 % mellem det faktiske antal stimuli og det antal, patienterne har talt, blive afvist og gentaget. P300-fremkaldt potentiel registrering vil resultere i en stabil sekvens af positive og negative toppe. Latenser i millisekunder (ms) af den kognitive P300-top vil blive vurderet. For at bekræfte reproducerbarheden vil to sæt P300-målinger blive optaget for alle patienter.

Eksperimentelt design Mål 2: Den computerbaserede simulering af CAS udføres ved at udnytte en beregningsramme, som kan bruges til at analysere både stentapposition og karvægsspænding på en virtuel måde. Rammen udgør to hoveddele: karmodellen og stentmodellen. Præoperative og postoperative medicinske billeder (herunder høj opløsning kontrastforstærket (CE)-MRI og computertomografi angiografi (CTA)) vil repræsentere input til at bygge en patientspecifik carotismodel. Fartøjets 3D-lumenprofil rekonstrueres gennem segmenteringen af ​​DICOM-billedstak ved hjælp af værktøjer som ITK-SNAP (www.itksnap.org) eller VMTK (www.vmtk.org). Det beregningsmæssige domæne (det såkaldte mesh), der bruges til at løse ligevægtsligningerne, der styrer den strukturelle stent-kar-interaktion, er skabt af en internt udviklet procedure, kodet i Matlab (The Mathworks Inc., Natick, MA, USA) . Den ikke-lineære mekaniske respons af det arterielle væv gengives ved at vedtage en anisotrop hyperelastisk belastningsenergifunktion, der tegner sig for to familier af fibre, orienteret langs en foretrukken retning med en vis grad af spredning. Modelparametrene vil blive kalibreret med hensyn til eksperimentelle træktest af carotisvævet. Den arterielle model samles derefter i simuleringsmiljøet med en given stentmodel, valgt fra et foruddefineret bibliotek af stentdesigns (stentnetgenereringen er baseret på geometriske målinger udført på højopløsnings mikro-CT af stentprøver). CAS-simuleringen udføres gennem strukturel finite element-analyse (FEA); den kommercielle FEA-løser Abaqus (Simulia, Dassault Systemes, FR), er brugt til at køre simuleringerne. De tekniske resultater af simuleringerne, (dvs. knudepunktsforskydningsfeltet, spændingstensor og belastning ved hvert integrationspunkt i nettet), er udarbejdet for at vurdere klinisk relevante parametre for stentings ydeevne (f.eks. lumenforøgelse, karudretning, stentcellestørrelse). Outputtet vil blive brugt som input til Computational Fluid Dynamics-analysen til at evaluere indvirkningen af ​​det implanterede design på den lokale hæmodynamik (f.eks. vægforskydningsspænding, oscillerende forskydningsindeks osv.). Tilsvarende vil den strukturelle analyse af CEA blive udført gennem den virtuelle tryksætning af den postoperative arterielle geometri.

Eksperimentelt design 3: Ved at gå fra Computational Fluid Dynamics og Fluid-Structure Interaction analyse planlægger efterforskerne at introducere en specifik model til at beskrive baroreflex-funktionen, og denne kan blive påvirket af de to forskellige behandlingstyper (CEA og CAS). Dette kræver opsætning af en såkaldt "geometrisk multiskala"-model. Hermed mener efterforskerne en numerisk model, der kobler en lokal beskrivelse af hæmodynamikken (den udviklet i mål 2) med en mere systemisk repræsentation. Sidstnævnte består af to komponenter:

a) et 1D-netværk matematisk beskrevet af et system af partielle differentialligninger, der repræsenterer udbredelsen af ​​trykbølgen langs arterietræet; hvert segment af netværket er givet af et hyperbolsk system kaldet "Euler-ligninger" b) en kompartmentmodel til at repræsentere den perifere mikrocirkulation og til at inkludere feedbackmekanismerne induceret af barorefleksfunktionen. Efterfølgende vil dette blive repræsenteret ved et system af almindelige differentialligninger, hvor modstande korrekt afhænger af barorefleksfunktionen.

I dette mål planlægger efterforskerne to delmål:

1. Opsætning af en beregningsmæssig multiskalamodel inden for rammerne af LifeV-solveren, et endeligt element C++ Objektorienteret bibliotek, udviklet af A. Veneziani og hans samarbejdspartnere (i Milano Politecnico og Lausanne EPFL) www.lifev.org og åbent downloades. På dette stadium vil efterforskerne gengive den generelle model af Blanco et al. Især vil identifikationen af ​​parametrene for de to forskellige niveauer af modeller (1D og Klumpede parametre) blive udført efter den foreslåede procedure. Validering af løseren vil også drage fordel af de benchmarks, der præsenteres i dette papir.
2. Adoption af solveren, der tidligere er udviklet til de testcases, der er behandlet i Mål 2. Det betyder, at 3D-modellen udviklet i Mål 2 vil blive brugt til 3D-delen af ​​den geometriske multiskalamodel. Dette vil gøre det muligt at give en kvantitativ analyse af de forskellige virkninger af de to behandlinger og i sidste ende at vurdere i et virtuelt scenarie, hvordan ændringerne i carotis compliance kan forringe barorefleksfunktionen. Alle CAS- og CEA-sager, der behandles i mål 2, vil blive udstyret med denne flerskala-ramme. De forventede resultater af dette mål er derfor: a) en valideret open source geometrisk multiskala-løser inklusive baroreflex-funktionen, der skal bruges systematisk i patientspecifikke indstillinger. b) omfattende sammenligning af de forskellige muligheders ydeevne.