Fenotyyppinen vasemman kammion vajaatoiminta hemodynaamisten biomarkkereiden avulla 4D-virtausmagneettikuvauksesta (TRANSLATE)
Fenotyyppinen vasemman kammion vajaatoiminta hemodynaamisten biomarkkereiden avulla 4D-virtaus magneettikuvauksesta
Tämän tutkimuksen tavoitteena on parantaa ja tehostaa intrakardiaalisen 4D Flow-magneettikuvaus (MRI) prosessointia lisäämällä automatisointia vasemman kammion (LV) dysfunktion kvantitatiiviseen ja systemaattiseen arviointiin. Tutkimus on suunniteltu saavuttamaan seuraavat kolme tavoitetta.
Päätavoitteena on kehittää konvoluutioneuroverkkoon (CNN) perustuva syväoppimismalli vasemman kammion endokardiaalisen ääriviivan automaattiseen segmentointiin koko sydämen syklin ajan käyttäen intrakaviaarisen MRI-datan. Mallin koulutuksen tukemiseksi luodaan tietokanta vasemman kammion endokardiaalisen seinämän segmentoinneista tasapainotetusta steady-state free precession (bSSFP) -kuvista. Tarkoitukseen rakennettu retrospektiivinen MRI-tietokanta bSSFP-kuvista haetaan koulutusjoukon luomisen nopeuttamiseksi.
Toissijaisena tavoitteena on kehittää numeerinen viitekehystä ei-invasiiviseen MRI-pohjaiseen paine-tilavuus (PV) -silmukan rekonstruointiin ja yksinkertaistettujen hemodynaamisten voimakuvaajien (HDF) laskentaan. Potilaiden prospektiivinen kohortti, joilla on vaikea aorttaläpän ahtauma ja jotka ovat läpikäymässä transkatetraalista aorttaläpän korvausleikkausta (TAVR), rekrytoidaan. Ennen toimenpidettä hankitaan kontrastivapaa 4D Flow -MRI, ja ei-invasiiviset MRI-pohjaiset PV-silmukat verrataan kvantitatiivisesti invasiivisten katetripohjaisten PV-silmukkamittausten kanssa. Lisäksi yksinkertaistettuja HDF:itä verrataan 4D Flow -pohjaisiin HDF:ihin arvioimaan niiden yhteneväisyyttä ja niiden potentiaalia selventää sydämen vajaatoimintaan liittyvän LV-dysfunktion erityispiirteitä.
Kolmantena tavoitteena on luoda perusta yhtenäiselle, itsenäiselle ja kliinisesti käyttöönotettavalle viitekehykselle kattavaan, automaattiseen ja kliinikoille ystävälliseen LV-hemodynamiikan analyysiin perustuen 4D Flow -MRI:hin. Suoritetaan sisäinen testaus, vertailu ja rakenteellinen arviointi kliinisten loppukäyttäjien kanssa, joilla on aiempaa 4D Flow -MRI-tutkimuskokemusta, palautteen keräämiseksi ja jatkokehityksen sekä kliinisen käännöksen ohjaamiseksi.
Tutkimuksen yleiskatsaus
Tila
Yksityiskohtainen kuvaus
Tutkimus sisältää retrospektiivisen ja prospektiivisen haaran, jotka käsittelevät edistyneiden MRI-pohjaisten analyysityökalujen metodologista kehittämistä, kliinistä validointia ja käytännön toteutusta.
Retrospektiivisen haaran puitteissa LV:n lyhyiden akselien kine-tasapainotetun vakiovapaan precession (bSSFP) kuvien tietokanta noudetaan retrospektiivisesti ja anonymisoidaan ennen analyysiä. Aineisto jaetaan harjoitusjoukkoon (noin 75 % tapauksista) ja testijoukkoon (noin 25 %).
Kaikille harjoitusjoukkoon sisältyville MRI-aineistoille LV:n endokardiaaliset ääriviivat piirretään koko sydämen syklin ajan käyttäen puoliautomaattisia segmentointityökaluja (Medviso Segment) manuaalisin korjauksin tarvittaessa tarkkuuden varmistamiseksi.
Harjoitusaineistoa ja vastaavia referenssi-LV-endokardiaalisia segmentointeja käytetään syväoppivan konvoluutioneuroverkon (CNN), esimerkiksi ResNet-arkkitehtuurin, kouluttamiseen LV:n endokardiaalisten ääriviivojen automaattiseen piirtämiseen lyhyiden akselien kine-kuvista.
Loput testijoukosta käytetään koulutetun CNN:n suorituskyvyn arviointiin. Automaattisesti luotuja LV:n endokardiaalisia ääriviivoja verrataan vastaaviin manuaalisiin segmentointeihin segmentointitarkkuuden ja robustisuuden vertailuun.
Osana tutkimuksen prospektiivista haaraa rekisteröityneet potilaat suorittavat kontrastivapaan 4D Flow MRI -tallennuksen ennen suunniteltua transkatetraalista aorttaläppäkorvausleikkausta (TAVR).
MRI-tutkimukset suoritetaan 1,5 teslan skannerilla (MAGNETOM Aera, Siemens Healthcare, Erlangen, Saksa). Lyhyiden ja pitkien akselien LV-näkymiä (viipuksen paksuus 8 mm, viipusten väliä ei, 30 rekonstruoitua sydämen vaihetta) tallennetaan käyttäen standardi bSSFP kine-sekvenssejä retrospektiivisellä EKG-synkronoinnilla. Samassa kuvantamistilaisuudessa 4D Flow MRI -data tallennetaan käyttäen prototyyppiä aikaresoloitua kolmiulotteista gradienttiecho-sekvenssiä kolmisuuntaisella nopeuskoodauksella. Käytetään parasagittaalista kuvantamisaluetta, joka kattaa koko LV:n. Tallennukset suoritetaan vapaassa hengityksessä retrospektiivisellä EKG-laukaisulla ja adaptiivisella hengityssynkronoinnilla. Skannausparametrit noudattavat 4D Flow -kardiovaskulaarisen magneettiresonanssin konsensuslausuman 2023 päivitystä. Kontrastiainetta ei anneta. Myös ei-invasiivinen jatkuva verenpaine ja relevantit hemodynaamiset parametrit tallennetaan sormen valtimopaineaaltomuodosta käyttäen kliinistä laitetta (esim. Finapres® NOVA).
TAVR-toimenpiteen aikana samanaikaiset invasiiviset verenpainemittaukset suoritetaan nousevassa aortassa ja LV:ssä käyttäen kahta sianhäntäkatetria, sekä ennen että jälkeen läppäimplantin asennuksen, kliinisen käytännön vaatimuksena TAVR:n aikana, eikä se vaikuta kliiniseen työnkulkuun.
Profilaksissa tai seurantamenettelyissä ei odoteta muutoksia verrattuna standardikliiniseen käytäntöön. Siksi tutkimukseen osallistumiseen ei liity lisäfyysisiä, psyykkisiä tai sosiaalisia riskejä tai suoria hyötyjä.
4D Flow MRI -datan jälkikäsittely suoritetaan käyttäen dedikoidun työnkulun sisältävää kotitekoista Matlab-ohjelmistoa (The MathWorks Inc., Natick, MA, USA) perustuen aiempaan kokemukseen. Käsittelyvaiheisiin kuuluvat pyörrevirta- ja nopeusaliasing-korjaukset. LV:n onteloiden nopeuskentät erotetaan käyttäen sekä kotitekoista puoliautomaattista segmentointityökalua että retrospektiivisessä haarassa kehitettyä automatisoitua syväoppivaan perustuvaa LV-maskausmenetelmää.
Erotettuja nopeuskenttiä käytetään LV:n verenvirtausenergetiikan arviointiin, mukaan lukien kineettinen energia ja viskoosi energiahäviö, virtakomponenttien jako, intraventrikulaariset painegradientit ja ontelovirta-aiheutetut hemodynaamiset voimat (HDF). Saatavat HDF-vektorit hajotetaan basaali-apikaalisiin, septaali-lateraalisiin ja inferiori-anteriorisiin komponentteihin, ja niiden juuren keskineliöarvot (RMS) lasketaan sydämen syklin yli.
Ei-invasiiviset jatkuvat verenpainesignaalit sormen valtimoaaltomuodoista yhdistetään MRI-pohjaisiin LV:n tilavuuksiin estimoimaan ei-invasiivisia LV:n paine-tilavuus (PV) -silmukoita käyttäen vakiintunutta metodologiaa. Rinnakkain TAVR-toimenpiteen aikana sianhäntäkatetrin kautta kerättyjä invasiivisia LV-painetietoja käytetään katetripohjaisten PV-silmukoiden luomiseen. Ei-invasiivisia MRI-pohjaisia PV-silmukkaparametreja verrataan kvantitatiivisesti katetripohjaisiin mittauksiin käyttäen kliinisesti relevantteja LV-indeksejä.
Onteloiden painegradientit lasketaan Navier-Stokes-yhtälöistä johtaen HDF-vektorit jokaiselle sydämen kuvakehykselle integroimalla painegradientit koko LV:n tilavuuden yli. HDF-vektorit projisoidaan kolmeen ortogonaaliseen anatomiseen suuntaan (basaali-apikaalinen, septaali-lateraalinen, inferiori-anteriorinen), ja kunkin komponentin juuren keskineliöarvot (RMS) lasketaan sydämen syklin yli. Yksinkertaistettuja HDF:itä lasketaan käyttäen äskettäin kehitettyä menetelmää, joka ei vaadi 4D Flow MRI -dataa, ja niitä verrataan systemaattisesti standardeihin 4D Flow MRI-pohjaisiin HDF:eihin potilaskohtaisesti. Validoinnin vuoksi sekä yksinkertaistettuja että 4D Flow-pohjaisia HDF:itä verrataan myös vastaaviin mittauksiin, jotka on saatu kaupallisen Medis Suite MR -ohjelmiston prototyyppi-HDF-työkalulla.
Myös perinteiset MRI-pohjaiset parametrit, joita käytetään rutiinisti LV:n toiminnan arviointiin, mukaan lukien endodiastolinen tilavuus, endsystolinen tilavuus ja globaali pitkittäinen venymä, kerätään.
Demografiset muuttujat (esim. ikä ja sukupuoli), relevantit kliiniset ominaisuudet, annettu lääkehoito, TAVR-toimenpiteen tiedot ja samanaikaiset lääkitykset kerätään ja anonymisoidaan ennen analyysiä.
Tässä tutkimuksessa ei suunnitella seurantakäyntejä tai arviointeja.
Standalone-sovellus sydämen sisäisen 4D Flow MRI -analyysin suorittamiseksi suunnitellaan inkrementaalisen kehitysmallin mukaisesti. Prosessi keskittyy järjestelmävaatimusmäärittelyn (SyRS), ohjelmistoravaatimusmäärittelyn (SRS) ja kokonaisvaltaisen ohjelmistoarkkitehtuurin määrittelyyn.
Suoritetaan kriittinen arvio olemassa olevista huippuluokan 4D Flow MRI -työnkuluista, joita käytetään kliinisessä tutkimuksessa, ja prototyyppityökaluista, joita on saatavilla kaupallisissa ohjelmistoissa (esim. Medis Suite MR), vahvuuksien ja rajoitteiden tunnistamiseksi. Kehitys etenee peräkkäisten vaiheiden kautta, jossa jokainen vaihe toteuttaa tietyn toiminnallisen komponentin kokonaiskehyksestä.
Standalone-sovellus perustuu olemassa oleviin kotitekoisiin Matlab-pohjaisiin algoritmeihin, mutta se toteutetaan käännetyssä ohjelmointikielessä, mahdollistaen suorittamisen ilman esiasennettua ohjelmistoa loppukäyttäjän järjestelmässä. Kehitystä tuetaan erikoistuneella konsultointipalvelulla.
Standalone-sovelluksen alustava versio käy läpi sisäisen testauksen, vertailutestauksen ja rakenteellisen arvioinnin pienellä ryhmällä kliinisiä loppukäyttäjiä, joilla on aiempaa kokemusta 4D Flow MRI -tutkimuksesta. Käyttäjät testaavat ohjelmistoa itsenäisesti ennalta määritellyissä käyttötapauksissa. Kliinistä palautetta, kritiikkiä ja kehitysehdotuksia kerätään rakenteellisten kyselylomakkeiden tai haastatteluiden kautta ja niitä käytetään ohjaamaan myöhempää hienosäätöä ja kliinistä siirtoa.
Opintotyyppi
Ilmoittautuminen (Arvioitu)
Vaihe
- Ei sovellettavissa
Yhteystiedot ja paikat
Opiskeluyhteys
- Nimi: Giandomenico Disabato, MD
- Puhelinnumero: +390252774804
- Sähköposti: giandomenico.disabato@grupposandonato.it
Tutki yhteystietojen varmuuskopiointi
- Nimi: Francesco Sturla, PhD
- Puhelinnumero: +390252774353
- Sähköposti: francesco.sturla@grupposandonato.it
Opiskelupaikat
-
-
-
San Donato Milanese, Italia, 20097
- Rekrytointi
- IRCCS Policlinico San Donato
-
Alatutkija:
- Francesco Bedogni, MD
-
Alatutkija:
- Massimo Lombardi, MD
-
Alatutkija:
- Sofia Di Filippo, MSc
-
Ottaa yhteyttä:
- Francesco Sturla, MD
- Puhelinnumero: +390252774353
- Sähköposti: francesco.sturla@grupposandonato.it
-
Alatutkija:
- Riccardo Gorla, PhD
-
-
Osallistumiskriteerit
Kelpoisuusvaatimukset
Opintokelpoiset iät
- Aikuinen
- Vanhempi Aikuinen
Hyväksyy terveitä vapaaehtoisia
Kuvaus
Sisällyttämiskriteerit:
- Aikuispotilaat (ikä > 18 vuotta);
- Vakavan AS:n diagnoosi ESC-ohjeiden mukaisesti TAVR-indikaatiolla;
- Vakava aorttaläpän ahtaus sekä normaali/korkea virtauksen tilassa että matalan virtauksen tilassa;
- Allekirjoitettu kirjallinen tietoon perustuva suostumus.
Poissulkemiskriteerit:
- Kontraindikaatio sydän-MRI:lle aiempien ferromagneettisten komponenttien implanttien vuoksi;
- Huono MRI-laatu, joka vaikeuttaa kuvien jälkikäsittelyä;
- Klaustrofobia;
- Haluttomuus allekirjoittaa tietoon perustuvaa suostumusta.
Opintosuunnitelma
Miten tutkimus on suunniteltu?
Suunnittelun yksityiskohdat
- Ensisijainen käyttötarkoitus: Diagnostiikka
- Jako: Ei käytössä
- Inventiomalli: Yksittäinen ryhmätehtävä
- Naamiointi: Ei mitään (avoin tarra)
Aseet ja interventiot
Osallistujaryhmä / Arm |
Interventio / Hoito |
|---|---|
|
Muut: TRANSLATE-tutkimuksen kohdejoukkio
Retrospektiivisessa vaiheessa mukana on aikuispotilaita, jotka ovat aiemmin käyneet kliinisesti indikoidussa sydämen MRI:ssä vasemman kammion toiminnan arviointia varten.
Prospektiivisessa vaiheessa mukana on potilaita, joilla on vaikea aorttaläpän ahtauma ja jotka käyvät läpi transkatetteraorttaläpän korvausta; heille suoritetaan lisäksi kontrastivapaa 4D-virtaus-MRI ja vakiomuotoiset invasiiviset hemodynaamiset mittaukset osana rutiinikliinistä hoitoa.
Molempien vaiheiden aineistoja käytetään automaattisten MRI-pohjaisten analyysimenetelmien kehittämiseen ja validoimiseen.
|
Sydänmagneettikuvaus, mukaan lukien standardi cine-kuvaus ja kontrastittoman 4D Flow MRI -tallennus. Tulevaisuuteen suunnatussa vaiheessa invasiiviset ja ei-invasiiviset hemodynaamiset signaalit, joita kerätään rutiininomaisesti transkatetri-aorttaläpän korvausleikkauksen aikana, tallennetaan tutkimusanalyysiä varten. Lisätoimenpiteitä standardikliinisen käytännön ulkopuolelta ei vaadita. Tämä on vähän interventioon liittyvä interventiotutkimus, jossa kaikki kuvantamistallenteet ja hemodynaamiset mittaukset suoritetaan standardikliinisen käytännön mukaisesti ilman diagnostisten tai terapeuttisten reittien muutoksia.
Muut nimet:
|
Mitä tutkimuksessa mitataan?
Ensisijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Automaattisen vasemman kammion endokardiaalisen segmentoinnin tarkkuus
Aikaikkuna: Sydän-MRI-aineistojen retrospektiivisen analyysin valmistuminen (6 kuukautta)
|
Konvoluutioneuroverkkoon (CNN) perustuvan mallin tarkkuus vasemman kammion (LV) endokardiaalisen ääriviivan automaattisessa piirtämisessä lyhyitä akselia käyttävistä kineettisistä tasapainotilassa olevista vapaasta precessionista (bSSFP) MRI-kuvista koko sydämen syklin ajan.
Automaattisesti generoidut ääriviivat verrataan asiantuntijoiden manuaalisiin segmentaatioihin (referenssiarvot).
Segmentaation suorituskyky kvantifioidaan käyttäen Dice-yhtäläisyysindeksiä (DICE) ja Hausdorff-etäisyyttä (HD).
Manuaalisen segmentaation inter- ja intraoperaattorivaihtelua sekä manuaalisten ja automaattisten ääriviivojen välistä sopivuutta arvioidaan myös Bland-Altman-analyysin avulla.
|
Sydän-MRI-aineistojen retrospektiivisen analyysin valmistuminen (6 kuukautta)
|
Toissijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Sopimus ei-invasiivisten MRI-pohjaisten ja invasiivisten paine-tilavuussilmukkamuuttujien välillä
Aikaikkuna: Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
Kvantitatiivinen yhteensopivuus ei-invasiivisesti magneettikuvauksella (MRI) määritettyjen vasemman kammion paine-tilavuus (PV) -silmukkamuuttujien ja invasiivisesti katetripohjaisilla PV-silmukkamittauksilla, jotka on suoritettu transkatetri-aorttaläpän korvausleikkauksen (TAVR) yhteydessä.
Yhteensopivuutta ja korrelaatiota arvioidaan kliinisesti merkityksellisille LV-muuttujille käyttäen korrelaatioanalyysiä ja yhteensopivuusrajoja.
|
Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
|
Sopimus yksinkertaistettujen ja 4D Flow MRI -perusteisten hemodynaamisten voimien välillä
Aikaikkuna: Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
Yksinkertaistettujen hemodynaamisten voimien kuvaajien (HDF) ja standardin mukaisella intrakardiaalisella 4D Flow MRI -analyysillä (vertailustandardi) laskettujen HDF:ien välisen yhtäpitävyyden ja korrelaation taso.
Vertailut suoritetaan basaalis-apikaalisille, septaalis-lateraalisille ja inferioreille-anterioreille voimakomponenteille korrelaatioanalyysiä ja Bland-Altman-menetelmiä käyttäen.
Validointi sisältää myös vertailun kaupallisen prototyyppiohjelmiston avulla saatujen HDF-mittausten kanssa.
|
Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
|
Hemodynaamisten voimien ja vasemman kammion tilavuuksien välinen korrelaatio
Aikaikkuna: Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
Korrelaatio vasemman kammion hemodynaamisten voimien (mitattu käyttäen 4D Flow MRI:a ja yksinkertaistettua kineettisen MRI:hin perustuvaa menetelmää) ja vasemman kammion tilavuuksien, nimittäin vasemman kammion loppudiastolisen tilavuuden (LVEDV, ilmaistuna ml) ja vasemman kammion loppusystolisen tilavuuden (LVESV, ilmaistuna ml), välillä.
Eri korrelaatiot lasketaan erikseen LVEDV:lle ja LVESV:lle.
|
Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
|
Hemodynaamisten voimien ja LV:n globaalin pitkittäis- ja kehäjännityksen välinen korrelaatio
Aikaikkuna: Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
Korrelaatio vasemman kammion hemodynaamisten voimien (mitattu 4D-virtaus-MRI:llä ja yksinkertaistetulla kineettisen MRI:hen perustuvalla menetelmällä) ja vasemman kammion endokardisen muodonmuutoksen parametrien, nimittäin globaalin pitkittäisvenymän (GLS) ja globaalin kehänsuuntaisen venymän (GCS), välillä.
Venymäarvot ilmaistaan prosentuaalisena (%) muodonmuutoksena, ja GLS:n ja GCS:n korrelaatiot lasketaan erikseen.
|
Enintään 1 viikko TAVR:n jälkeen
|
Yhteistyökumppanit ja tutkijat
Sponsori
Tutkijat
- Päätutkija: Giandomenico Disabato, MD, IRCCS Policlinico S. Donato
Opintojen ennätyspäivät
Opi tärkeimmät päivämäärät
Opiskelun aloitus (Todellinen)
Ensisijainen valmistuminen (Arvioitu)
Opintojen valmistuminen (Arvioitu)
Opintoihin ilmoittautumispäivät
Ensimmäinen lähetetty
Ensimmäinen toimitettu, joka täytti QC-kriteerit
Ensimmäinen Lähetetty (Todellinen)
Tutkimustietojen päivitykset
Viimeisin päivitys julkaistu (Todellinen)
Viimeisin lähetetty päivitys, joka täytti QC-kriteerit
Viimeksi vahvistettu
Lisää tietoa
Tähän tutkimukseen liittyvät termit
Avainsanat
Muita asiaankuuluvia MeSH-ehtoja
Muut tutkimustunnusnumerot
- TRANSLATE (Alias Study Number)
Lääke- ja laitetiedot, tutkimusasiakirjat
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää lääkevalmistetta
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää laitetuotetta
Nämä tiedot haettiin suoraan verkkosivustolta clinicaltrials.gov ilman muutoksia. Jos sinulla on pyyntöjä muuttaa, poistaa tai päivittää tutkimustietojasi, ota yhteyttä register@clinicaltrials.gov. Heti kun muutos on otettu käyttöön osoitteessa clinicaltrials.gov, se päivitetään automaattisesti myös verkkosivustollemme .