Torakaalisen endovaskulaarisen aortan korjauksen suunnittelun biomekaaninen uudelleenarviointi (MALAN)

Hypoteesi ja merkitys: Spesifiset ja johdonmukaiset nesteen dynaamiset kuviot ja vastusvoimien suuruus ja jakautuminen voidaan tunnistaa aorttakaaren PLZ:istä, mikä tarjoaa arvokkaita näkemyksiä oikeasta PLZ- ja stenttisiirteiden valinnasta TEVAR-suunnittelun aikana.

Erityinen tavoite: 1) Arvioida aorttakaaren erilaisiin PLZ-alueisiin vaikuttavia vastusvoimia ennen leikkausta otetun kontrasti-magneettiresonanssin (pc-MRI) ja tietokonetomografian angiografian (CTA) kuvien laskennallisen nestedynaamisen (CFD) analyysin avulla. Tarkoituksena on tunnistaa korrelaatio erisuuruisten ja -suuntien vaellusvoimien ja kaaren geometristen kuvioiden välillä, jotta voidaan tunnistaa suboptimaaliset laskeutumisvyöhykkeet stenttigraftin käyttöönotolle. 2) Kehittää ja suorittaa in-silico simulaatioita erilaisten kaupallisesti saatavien endosiirteiden käyttöönotosta potilaskohtaisilla rajaolosuhteilla. Tarkoituksena on arvioida tietyn laitteen mekaanisten ominaisuuksien vaikutus suonen seinämään rakenteellisella elementtianalyysillä (FEA) ja vastusvoimiin eri laskeutumisvyöhykkeillä CFD:llä sopivamman endograftin tunnistamiseksi. 3) Arvioida leikkauksen jälkeen endograftiin kohdistuvat vastusvoimat CFD-analyysin avulla, joka perustuu seurantakuviin (eli pc-MRI ja CTA). Tarkoituksena on arvioida PLZ:issä ennen leikkausta mitattujen vastusvoimien ennakoivaa arvoa ja validoida in-silico-simulaatioiden tulokset.

Kokeellinen suunnittelu Tavoite 1: Preoperatiivisten lääketieteellisten kuvien hankinta: CTA suoritetaan käyttämällä 16-leikkausyksikköä (150 mAs, 110 kVp; kuvauspaksuus 5 mm, jakoväli 1,5; rekonstruktiopaksuus 1,2 mm) ennen ja jälkeen 100 ml:n suonensisäisen annon. jodattua kontrastimateriaalia. MRI suoritetaan käyttämällä 1,5-T-yksikköä, jonka gradienttiteho on 40 mT/m (Magneton Sonata Maestro Class, Siemens, Erlangen, Saksa) ja nelikanavaista sydän-rintakehäkelaa. EKG-laukaisemat, vapaasti hengittävät tasossa ja tasossa olevat pc-MRI-sekvenssit suoritetaan aortan ja haarojen virtauksen vaihenopeuden kartoittamiseksi seuraavilla teknisillä parametreilla: TR/TE = 4/3,2 ms, paksuus 5 mm, nopeuskoodaus 150 - 350 ms ja ajallinen resoluutio 41 ms.

Lääketieteellisten kuvien käsittely: Preoperatiivisten CTA-kuvien tilapäinen käsittely, joka perustuu 3D-monitasorekonstruktioon, suoritetaan 3Mensio Vascular -ohjelmistolla 8.0® (3Mensio Medical Imaging B.V.), joka tarjoaa erityisiä toimintoja automaattisia mittauksia varten. Potilaat ositetaan aorttakaarien luokituksen (AAC) mukaan. Lasketaan kaarevuussäde, PLZ-kulmaukset (tangenttikulmafunktio) ja mutkaisuus (kiertymiskulmafunktio). CTA:n 3D-segmentointi, joka on tarkoitettu in-silico-simulointitarkoituksiin, suoritetaan ohjelmistolla Mimics v18.0 (Materialise, Belgia). Aortan luumenin 3D-mallia stl-muodossa käytetään luomaan CFD-soveltuva laskennallinen verkkoalue, jota vmtk toolkit (www.vmtk.org) kutsuu meshiksi. In-silico-simulaatiot: Aortan hemodynamiikan huippuluokan CFD-simulaatioita suorittaa EmPaTHIC-projektin (Emory Pavia Testing Hemodynamics) kehittämä CFD-ratkaisija, joka päivittää LifeV Application Blood Flow -sovelluksen yhteistyössä Atlantan Emory Universityn, Georgia, USA (Prof. A. Veneziani) ja Pavian yliopisto (UniPV) (prof. F. Auricchio). Analyysi suoritetaan UniPV Nume-Labin klusterissa. Hankkeessa on tarkoitus lisätä laskentatehoa lisäämällä toinen solmu saatavilla olevaan UniPV-klusteriin ja myös Policlinico San Donatoon (PSD) asennettava palvelin, joka on omistettu tietojen tallentamiseen ja tulosten visualisointiin. Vastusvoimien laskenta: Simulaatioiden jälkikäsittely suoritetaan python-skripteillä, jotka perustuvat Visualization Toolkit (VTK) -kirjastoihin ja ParaView-ohjelmistoon (Kitware® Inc., Ranska). Tällaisen analyysin tavoitteena on laskea puoliautomaattisesti aortan keskiviiva, jakaa aortan kaari neljään alueeseen (eli laskeutumisvyöhykkeisiin) ja laskea vetovoimien suuruus ja suunta kullakin alueella koko sydämen syklin ajan. Alustava analyysi tehdään sen arvioimiseksi, onko systolinen huippu tarkoituksiinmme sopivin ajanhetki, jotta voidaan mahdollisesti vähentää jälkikäsittelyponnisteluja.

Kokeellinen suunnittelu Tavoite 2: Lääketieteellisten kuvien hankinta: Tavoitteeseen 1 hankittuja preoperatiivisia kuvia käytetään. Lääketieteellisten kuvien käsittely: Aortan luumenin 3D-malleja, jotka on johdettu tavoitteen 1 käsittelystä, käytetään. In-silico-simulaatiot, Suoritetaan kahden tyyppinen analyysi: 1) FEA:n suorittama TEVAR-simulaatio endosiirteen apposition ennustamiseksi; 2) CFD-analyysi TEVAR-jälkeisen hemodynamiikan laskemiseksi. Nämä simulaatiot suoritetaan sarjamuodossa määrittäen laskennallisen kehyksen, joka on jo kehitetty ja testattu. TEVARin ​​FEA: Kuten ryhmämme aiemmin raportoi, implantoitujen endosiirteiden geometriset mallit muistuttavat todellisten endograftinäytteiden pääpiirteitä; mekaaniset ominaisuudet on johdettu saatavilla olevasta kirjallisuudesta. FEA-ratkaisijana käytetään ABAQUSv16:ta (Simulia, Dassault Systèmes®, FR). CFD TEVARin ​​jälkeiseen hemodynamiikkaan: FEA:n ennustamasta endosiirteen konfiguraatiosta alkaen laskennallinen alue, joka muistuttaa aorttaa endovaskulaarisen implantin kanssa, rakennetaan käyttämällä kuvaetäisyystekniikkaa. Analyysi suoritetaan sitten tavoitteessa 1 kuvatulla tavalla. Vastusvoimien laskenta: Kuten tavoitteessa 1 on kuvattu, kehitettyä jälkikäsittelytyökalua käytetään laskemaan vetovoimien suuruus ja suunta kaaria pitkin ja myös sisäpuolella. levinneen endosiirteen pinta.

Kokeellinen suunnittelu Tavoite 3: Leikkauksen jälkeisten lääketieteellisten kuvien hankinta: CTA- ja MRI-tutkimukset sekä kuvien ad hoc -analyysit suoritetaan 6 kuukauden seurannassa rekrytoiduilla potilailla tavoitteessa 1 kuvatulla tavalla. In-silico-simulaatiot: CFD-analyysit suoritetaan suoritetaan tavoitteessa 1 kuvatulla tavalla. Lääketieteellisten kuvien käsittely: Käytetään samaa lähestymistapaa ja samoja työkaluja, joita tavoitteessa 1 ehdotettiin. Leikkauksen jälkeisen CTA:n segmentointi suoritetaan 3D-mallin rekonstruoimiseksi aortan luumenista ja sijoitettujen endograftien tukijaloista. Vastusvoimien laskenta ja validointi: Kuten tavoitteessa 1, leikkauksen jälkeisen CTA:n 3D-segmentointia yhdistettynä pc-MRI:n virtaustietoihin käytetään CFD-analyysin suorittamiseen, jotta: 1) Arvioidaan ennen leikkausta mitattujen vastusvoimien ennustearvo. (Tavoite 1); 2) Vahvista in-silico-simulaatioiden tulokset (tavoite 2).