In-vitro benchmarking af aktuelt tilgængelige hjerteventilproteser til kirurgisk og perkutan behandling af aortastenose med lille annulus, efterfulgt af in-vivo validering (SurPASS)

Målet med undersøgelsen er at teste hydrodynamiske præstationer af forskellige kirurgiske og transcatheterventilproteser, også i henhold til implantationsteknikken. En dedikeret magnetisk resonansafbildning (MRI) kompatibel mockcirkulationssimulator vil blive implementeret, herunder et kredsløb fyldt med blod-alike væske, en pulserende pumpe og 3D-trykte siliciumfantomer af stigende aorta.

Dataindsamling vil fokusere på strukturelle ændringer af proteser som respons på flow, herunder folderbevægelse, gradienter og strømme over ventilen, taget enten ved direkte trykmålinger og 4D -strømning MRI. Som andet trin måles trans-valvulære gradienter og ventilydelse hos patienter implanteret med de samme testede ventiler ved ekkokardiogram og 4D-strømning MRI.

Degenerativ aortaventilstenose er en almindelig sygdom i mennesker> 65 år med en estimeret sats, der nærmer sig 10% i vestlige lande. På trods af fremskridt inden for diagnose og terapi repræsenterer invasive behandlinger stadig den eneste definitive mulighed, herunder kirurgisk aortaventiludskiftning (SAVR) og for nylig mindre invasiv transcatheter aorta ventiludskiftning (TAVR).

Patienter med lille aorta annulus udgør en udfordrende undergruppe, hvor behovet for at minimere både proceduremæssig og langsigtet risikoen sammen med det ved at undgå patientprotese-mismatch (PPM) og strukturel ventilforringelse (SVD). Den fællesnævner ser ud til at være blodgennemstrømning, som har vist at spille en central rolle i sene komplikationer. Faktisk er PPM forbundet med tidligere strukturel ventildysfunktion og højere langtidsdødelighed. For at opnå et større effektivt åbningsområde skal kirurger overveje mange forskellige procedurer (ringformet forstørrelse), ventilmodeller (stentventiler, subcoronary stentløse ventiler eller hurtige implementeringsventiler) eller forskellige teknikker til ventilsuturering. I litteraturen er der imidlertid ingen klar indikation af den ideelle behandlingsstrategi indtil videre. Hjerteventilproteser genererer turbulent strømning i aortarøden og den stigende aorta. Hydrodynamiske ustabiliteter og turbulent strømning kan producere klinisk bivirkninger. Derfor bør en grundig evaluering af hæmodynamiske og strømningsforhold testes for at tilvejebringe den mest effektive behandlingsstrategi for hver patient.

Begge enheder udfører regelmæssigt kirurgiske såvel som perkutan aortaventiludskiftning: Patienter fra begge centre vil blive tilmeldt for at evaluere efter-implantatventilpræstationer ved ekkokardiogram og MR-billeddannelse.

Begge enheder vil have et lige bidrag med hensyn til undersøgelsesdesign, indsamling af patienter, data, analyse og fortolkning af data, tegning af manuskript.

Derudover vil enhed 1 opsætte og køre mockcirkulationssystemet til in-vitro-tests.

Ventilydelse kan testes ved hjælp af avancerede hjerte -kar -billeddannelsesteknikker kombineret med in vitro -testplatforme. På den ene side giver tredimensionel tidsopløselig MR med tre-retningsbestemt hastighedskodning (4D-strømning MRI) muligheden for at vurdere blodstrømningsmønstre, der muliggør fuld volumetrisk dækning af området af interesse, en detaljeret 3D-visualisering af strømningsmønsteret og post hoc-kvantificering af adskillige hæmodynamiske metrics. På den anden side er in vitro-indstillingen den guldstandard-tilgang til konsekvent at undersøge blodtryksvariabiliteten (BPV) hæmodynamik i et fuldt kontrolleret miljø gennem ad hoc-systemsensorisering under en standardiseret opsætning og målingsprotokol uden indflydelse ved at forvirre in vivo-faktorer. Kombinationen af ​​disse to teknikker muliggør karakterisering af udvalgte hjerteventiler proteser.

3D- og computersimuleringslaboratoriet (i kort C3DLAB) er udstyret med faciliteter, der specifikt er afsat til 3D -medicinsk billedbehandling, inklusive dedikerede kommercielle software til 3D anatomiske rekonstruktioner (f.eks. Mimic Innovation Suite, materialiser). Dedikerede arbejdsstationer (Fujitsu Celsius J550/2, Intel® Core¿ I7-7700 CPU 3,60 GHz med 32 GB RAM) er tilgængelige til præ- og efterbehandling. C3DLAB-faciliteter inkluderer også en high-end 3D-printer (MJP2500 Plus, af 3D-systemer) til opnåelse af deformerbare og suturable fantomer af kardiovaskulære organer og en meget nøjagtige 3D-scanner (ARTEC Micro, af ARTEC 3D) for at opnå den digitale model af implanterbare enheder eller små kardiovaskulære strukturer. MR, og specifikt 4d flow MRI, kan udføres ved IRCCS Policlinico San Donato ved hjælp af en 1,5 T Magnetom AERA -maskine (Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland) Scanner.

Specifikt mål 1 til at klassificere og sammenligne ventiler i henhold til den faktiske målte størrelse og hæmodynamiske ydelse (trykgradienter og afledte mål) snarere end etiketstørrelse.

I den kirurgiske gruppe sammenlignes de to mest almindelige implantationsteknikker: intra-Annular Vs supra-Annular positionering, opnået ved at placere henholdsvis afbrudt evertering og ikke-rullende stavede suturer. Ventilproteser vil blive delt i tre grupper og testet i overensstemmelse hermed:

• Vævsventiler: STENTED PERICARDIAL.
• Suturløs/hurtig implementering.
• Bi-blæser mekaniske ventiler. I Transcatheter Aorta Valve Implantation (TAVI) -gruppen afhænger ventilpositionen af ​​den valgte protese. På tidspunktet for ventilinstallationen bør der desuden tildeles kommissural tilpasning for at undgå strømningsnedsættelse til koronar ostia på grund af større overlapning af protesekommissionerne. Dette kan være en næsten dødelig begivenhed og fører til en gento-tavi-procedure. Endvidere antyder nylige beviser, at kommissural tilpasning efter Tavi kan have indflydelse på ventilhæmodynamik og holdbarhed.

Transcatheter -ventilproteser vil blive delt i to hovedgrupper:

• Selvudvidelsescreme (SE)
• Balloon-expandables (BE)
• Begge ventilgrupper evalueres også i ventil-i-ventil-positionen.

Specifikt mål 2 Undersøgerens antagelse er, at hæmodynamisk ydeevne muligvis ikke er den eneste faktor, der skal overvejes ved ventilvalg, men andre kan påvirke langvarig holdbarhed og risiko for enhedsrelaterede komplikationer såsom tidlig degeneration, tromboemboliske begivenheder og endocarditis.

Derfor vil analyse og klassificering af testede protetiske ventiler blive udført, af strømningsmønstre, forskydningsstyrker og turbulenser, der virker gennem ventilåbningen, strukturer og på folderne.

Tredimensionel tidsopløselig MR med tre-retningshastighedskodning (4D Flow MRI) giver muligheden for at vurdere blodstrømningsmønstre, der muliggør fuld volumetrisk dækning af interesseområdet.

MRI-sekvensen for 4D-strømning inkluderer en prototype tidsopløselig 3D-gradient-ekkosekvens med tre-retningsbestemt hastighedskodning. Flere væskedynamiske parametre kan ekstraheres fra 4D -strømning MR ved hjælp af avancerede numeriske skemaer, herunder trykgradienter, kinetisk energi og viskøst energitab. Derudover kan strømlinjer og pathlines bruges til visuelt at vurdere blodgennemstrømningsbaner.

Specifikt mål 3 in-vivo validering af resultater. Målinger vil blive foretaget fra et passende antal patienter implanteret med de samme ventiltyper og modeller, der blev testet in vitro.

Transthoracic-ekkokardiografi er en let, billig og bredt vedtaget teknik, der repræsenterer standarden for pleje i postoperativ opfølgning af patienter med protetiske ventiler. Det kritiske aspekt for komplet protetisk evaluering er:

• Morfologi (flail/avulseret, fortykning, forkalkning, pannus) og/eller mobilitet (overdreven, reduceret) af de bioprotetiske ventilbelysninger og korrekt protetisk stentposition.
• Hæmodynamiske data: Integrer evaluering af spids og gennemsnitlige transvalvulære gradienter, effektivt åbningsområde (EOA) ved kontinuitetsligningen og Doppler-hastighedsindekset (DVI) for at evaluere korrekt protetisk funktion og differentiere mellem ventildysfunktion (PVL - hyppigere), der kombinerer et antal Doppler -parameter: antal, placering og perifere omfang af PVL -hastighedsbølgeformtæthed og jet -decelerationshastighed (CWD), diastolisk flow -reversering (PWD) i faldende aorta/ abdominal aorta, vena contracta widh og område (2D/ 3D CD)
• Kvantitativ analyse: Regurgitant volumen, regurgitant fraktion og effektiv regurgitant åbningsområde (EROA).

Med hensyn til 4D-strømning vil indsamlede parametre ligner dem, der analyseres in vitro: trykgradienter, kinetisk energi, viskøst energitab samt strømlinjer og pathlines.

Undersøgere antager, at systemet tillader at forudsige flowdynamik og dets ændringer, bedre end dem, der allerede er eksisterende, og mere reflekterer den hæmodynamiske ydeevne af in-vivo-implantater.

Målet er at give en objektiv indsigt i, hvilken behandling der er bedst i forskellige undergrupper af patienter, for at hjælpe med at guide kliniske beslutninger.