Hemodinámica cardíaca durante la asistencia ventricular izquierda (FlowVAD)

1. FONDO

   En los últimos años, el uso del dispositivo de soporte circulatorio mecánico, HeartMate 3 (HM3) (Abbott Laboratories, Lake Forest, IL), ha atraído una atención significativa en el ámbito del soporte circulatorio para la insuficiencia cardíaca avanzada. Las ventajas tangibles del HM3, incluida una hemocompatibilidad mejorada que conduce a una reducción de los eventos tromboembólicos y mejores tasas de supervivencia en comparación con sus predecesores. La transición hacia el HM3 es particularmente digna de mención, ya que es probable que el sistema no sólo sirva como puente hacia el trasplante de corazón o la toma de decisiones, sino que se analiza cada vez más como una terapia de destino eficaz. A pesar de estos avances, sigue siendo imperativo realizar una monitorización hemodinámica meticulosa durante cualquier tratamiento de soporte circulatorio mecánico. Tradicionalmente, la ecocardiografía se ha empleado predominantemente como modalidad de imagen hemodinámica. Sin embargo, las evaluaciones ecocardiográficas de estos pacientes presentan desafíos notables, especialmente en lo que respecta a las sombras del metal de la bomba, lo que dificulta comprender completamente la función cardíaca y la hemodinámica durante el tratamiento.

   Durante la última década, la tomografía computarizada (TC) ha experimentado rápidos avances, y ahora los equipos modernos facilitan imágenes anatómicas de alta resolución del corazón a lo largo del ciclo cardíaco (TC 4D). Sin embargo, hasta hace poco, la TC también planteaba un desafío para el examen de pacientes con dispositivos mecánicos de soporte circulatorio debido a importantes artefactos metálicos. Sin embargo, la tomografía computarizada con conteo de fotones (PC-CT) recientemente introducida ahora permite exploraciones que producen imágenes de mayor resolución con artefactos metálicos reducidos. A partir de la TC resuelta en el tiempo, posteriormente se puede derivar y extraer información funcional. Anteriormente se han demostrado técnicas para el seguimiento automático del movimiento de la pared cardíaca a lo largo del ciclo cardíaco, junto con la utilización de dinámica computacional para resolver numéricamente ecuaciones de mecánica de fluidos, que han demostrado permitir simulaciones de mapas hemodinámicos intracardíacos.

   Las crecientes indicaciones de tratamiento con soporte circulatorio mecánico subrayan la demanda actual de una calidad de atención y una comprensión clínica continuamente mejoradas de esta opción terapéutica. Aunque el tratamiento mejora tanto el pronóstico como la calidad de vida, las complicaciones graves y mortales siguen siendo recurrentes. Hasta donde saben los investigadores, todavía no se ha realizado ninguna investigación que aborde la posible aplicación de la nueva PC-CT en pacientes con dispositivos de soporte circulatorio mecánico, y ciertamente ninguna que haya establecido marcos numéricos sobre estos datos en un intento de calcular, visualizar y comprender de forma exploratoria la hemodinámica intracardíaca durante el tratamiento.

   1.2 OBJETIVOS

   1.2.1 OBJETIVO

   El objetivo de este estudio observacional es investigar explorativamente la geometría intracardíaca y la hemodinámica en pacientes con terapia HeartMate 3 en curso en la región sanitaria del sureste de Suecia.

   1.2.2 PREGUNTA CIENTÍFICA PRINCIPAL

   ¿Cómo influyen los diferentes niveles de flujo en el dispositivo de asistencia ventricular izquierda HeartMate 3 en la geometría intracardíaca y la hemodinámica?

2. MÉTODOS

2.1 DISEÑO DEL ESTUDIO

Este estudio tiene un diseño analítico exploratorio (múltiple) transversal. El estudio busca descubrir nuevos conocimientos, patrones y asociaciones dentro de los datos, en parte sin hipótesis predeterminadas. Además, el estudio investiga relaciones o asociaciones entre variables para derivar conclusiones significativas de los datos. El estudio examinará tres observaciones distintas de las variables, en las que variará la configuración del dispositivo de los sujetos. Estas observaciones, sin embargo, se ejecutarán en estrecha proximidad temporal, con intervalos de aproximadamente 15 minutos entre cada una. Como tal, si bien el estudio no se ajusta completamente a los criterios de un diseño de estudio transversal múltiple, tampoco se alinea con un enfoque transversal tradicional de un solo punto.

2.2 CONFIGURACIÓN GENERAL

Los sujetos de investigación participantes deben someterse a tres exploraciones PC-CT seguidas, así como a ciertas imágenes ecocardiográficas, todo en una sola sesión. El HM3 del sujeto de investigación está conectado a un software que permite variaciones en el flujo de la bomba entre estas colecciones de imágenes. Todos los exámenes se realizarán en el Centro de Visualización y Ciencia de Imágenes Médicas (CMIV) de la Universidad de Linköping, Suecia. El reclutamiento y el examen dentro del estudio se llevarán a cabo entre enero y diciembre de 2023. El estudio ha sido aprobado por la autoridad sueca de revisión de ética (Número de referencia: 2022-06934-01).

2.2 PARTICIPANTES

Todos los pacientes de la región sanitaria del sureste de Suecia, que abarca los condados de Östergötland, Jönköping y Kalmar, que cumplan con los criterios de inclusión y ninguno de los criterios de exclusión, serán invitados a participar en este estudio durante 2023. La selección para la inclusión la llevan a cabo los médicos responsables del DAVI dentro del Departamento de Cardiología del Hospital Universitario de Linköping.

2.3 VARIABLES

En cuanto a la especificación de las variables que se estudiarán, es esencial aclarar que debido a la naturaleza exploratoria de la investigación y la dinámica intrincada inherente tanto al uso de marcos numéricos para calcular mapas hemodinámicos intracardíacos como a la naturaleza geométrica dinámica de la TC resuelta en el tiempo, todas Las variables al inicio del estudio no están predefinidas. A medida que avanza el análisis y se hace evidente la profundidad total de los datos, se pueden identificar e incorporar variables adicionales. El proceso de toma de decisiones posterior relacionado con la inclusión o exclusión de estas variables recién descubiertas se documentará rigurosamente para garantizar la transparencia y solidez del enfoque del estudio.

Las variables cuantificadas se compararán con respecto al flujo estimado de la bomba (L/min), potencia (W), índice de pulsatilidad y velocidad del rotor (rpm). Siempre que sea posible, según la calidad de la imagen, los resultados también se relacionarán y compararán con las mediciones ecocardiográficas para discutir la validez del método. Para reducir el riesgo de factores de confusión no deseados y minimizar el potencial de sesgo, también se recopilarán varios datos de referencia sobre los sujetos de investigación incluidos. Estas variables incluyen edad (años), sexo, fecha de implantación de HM3, índice de masa corporal (IMC, kg/m^2) y códigos de diagnóstico cardiovascular (ICD-10), recuento sanguíneo (células/μL o x10^9/L), electrolitos (mmol/L), pruebas de función hepática (U/L o µkat/L para enzimas, y g/dL o µmol/L para sustancias), lactato deshidrogenasa (U/L), NT-proBNP (pg/mL o ng /L) y procalcitonina (ng/mL).

2.4 FUENTES DE DATOS Y MEDICIONES

2.4.1 EXAMEN PC-CT Los exámenes PCCT se realizarán utilizando un sistema de tomografía computarizada con recuento de fotones con marca CE (NAETOM Alpha, Siemens Healthineer, Erlangen, Alemania). Las adquisiciones se realizarán a 120 kVp con niveles de calidad de imagen (IQ) fijados en 70. Se empleará un protocolo de administración de contraste bifásico para garantizar la opacificación en las cuatro cámaras cardíacas. La totalidad del rango de exploración se someterá a reconstrucciones multifase a intervalos correspondientes a cada 5% del ciclo cardíaco, culminando en 20 fases distintas. Las imágenes de TC adquiridas se transmitieron al sistema de comunicación y archivo de imágenes de la institución (PACS, IDS7, Sectra Medical Systems, Linköping, Suecia).

2.4.2 SEGMENTACIÓN Y SEGUIMIENTO DEL MOVIMIENTO DE LA PARED

El movimiento del endocardio se rastreará a partir de los datos de TC adquiridos. En este proceso, el endocardio se delineará de forma semiautomática con ITK-SNAP (versión 3.8.0). Luego, la geometría se refinará utilizando Ansys SpaceClaim versión 2019 R3 (Ansys Inc, Canonsburg, PA 15317 EE. UU.). Después de esto, se remodelará la superficie endocárdica utilizando un método de punto cerrado iterativo no rígido para alinearse con segmentaciones basadas en umbrales de las 19 fases cardíacas restantes.

2.4.3 SIMULACIONES CFD

La velocidad del flujo sanguíneo, la presión absoluta, la energía cinética de turbulencia y la estasis sanguínea y otras posibles variables hemodinámicas se derivarán mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD), considerando el movimiento de la pared cardíaca específico del participante. Las simulaciones CFD se realizarán utilizando Ansys Fluent versión 2019 R3, basado en el proceso previamente validado mediante resonancia magnética de flujo 4D. Se aplicarán dos modelos cardíacos. El modelo izquierdo incluirá las venas pulmonares, la aurícula izquierda, el ventrículo izquierdo, el HM3, el injerto de salida, el tracto de salida del ventrículo izquierdo y la aorta ascendente. El modelo derecho incluirá la vena cava superior, la vena cava inferior, la aurícula derecha, el ventrículo derecho, el tracto de salida del ventrículo derecho y la arteria pulmonar. Todas las aberturas se modelarán como aberturas de presión, con el caudal resultante del movimiento del endocardio.

2.4.3 VARIABLES DE LA BOMBA Y PRESIÓN ARTERIAL

Antes de cada tomografía computarizada individual, el flujo estimado (L/min), la potencia (W), el índice de pulsatilidad y la velocidad del rotor (rpm) se adquirirán del monitor del sistema HeartMate 3 junto con la presión arterial sistólica (mmHg) adquirida. utilizando tecnología Doppler de la arteria radial. Estos detalles se transferirán a un conjunto de datos establecido dentro del proyecto.

2.4.5 ECOCARDIOGRAFÍA

Se realizarán imágenes ecocardiográficas seleccionadas entre cada tomografía computarizada. El protocolo especificado para el estudio se deriva del protocolo clínico de rutina utilizado para examinar este grupo de pacientes, pero se selecciona en función del aspecto temporal del examen completo en el proyecto de investigación. El personal clínico con experiencia en estos exámenes realizará las pruebas.

2.4.6 CARACTERÍSTICAS DEL PACIENTE

Las variables características de los sujetos de investigación se obtendrán de la historia clínica de los sujetos de investigación. Además, se obtendrán los resultados de los análisis de sangre clínicos más recientes. Estos detalles se transferirán a un conjunto de datos establecido dentro del proyecto.

2.5 SESGO

Debido a la naturaleza exploratoria del estudio, existen riesgos inherentes de sesgo tanto sistemático como no sistemático. En primer lugar, las variables a estudiar no están del todo predefinidas desde el principio debido al diseño exploratorio de la investigación, lo que puede introducir sesgos. Para contrarrestar esto, el proceso de toma de decisiones en torno a la inclusión o exclusión de variables emergentes se documentará meticulosamente para garantizar la transparencia y solidez de la metodología de investigación. Otra consideración importante en este estudio es el uso de simulaciones CFD. Estas simulaciones, si bien son potentes para modelar la dinámica de fluidos dentro del sistema cardiovascular, son susceptibles a sesgos basados ​​en los parámetros de entrada, las condiciones límite y los métodos numéricos empleados. La resolución de malla elegida, los modelos de turbulencia y las suposiciones sobre la reología sanguínea pueden influir en los resultados. Para reforzar la validez de los resultados cuantificados de la CFD, un intento de validación clave en este estudio es la inclusión de evaluaciones ecocardiográficas. Sin embargo, la calidad de la imagen ecocardiográfica variará entre pacientes, lo que en sí mismo puede introducir sesgos y perjudicar las posibilidades de una validación adecuada de las simulaciones CFD.

2.6 TAMAÑO DEL ESTUDIO

Determinar el tamaño de muestra requerido para este proyecto es un desafío debido a que el método no ha sido evaluado previamente. Dado este contexto, los investigadores se basaron en la literatura disponible de estudios de ecocardiografía e intentaron derivar diferencias clínicamente significativas basadas en la configuración de la bomba. El estudio tiene como objetivo reclutar hasta 35 participantes para garantizar resultados interpretables.

2.7 MÉTODOS ESTADÍSTICOS

Las comparaciones entre grupos se realizarán mediante la prueba t de dos muestras. Para evaluar la asociación entre variables, como variables CFD y parámetros geométricos, se realizará un análisis de regresión lineal. Todos los cálculos estadísticos se realizarán utilizando MATLAB R2021b y el nivel de significancia se establecerá en 5%.