Hémodynamique cardiaque pendant l'assistance ventriculaire gauche (FlowVAD)

1. ARRIÈRE-PLAN

   Ces dernières années, l'utilisation du dispositif mécanique d'assistance circulatoire HeartMate 3 (HM3) (Laboratoires Abbott, Lake Forest, Illinois), a attiré une attention significative dans le domaine de l'assistance circulatoire pour l'insuffisance cardiaque avancée. Les avantages tangibles du HM3, notamment une hémocompatibilité améliorée conduisant à une réduction des événements thromboemboliques et à des taux de survie améliorés par rapport à ses prédécesseurs. La transition vers HM3 est particulièrement remarquable dans la mesure où le système est non seulement susceptible de servir de pont vers la transplantation cardiaque ou la prise de décision, mais est de plus en plus considéré comme une thérapie de destination efficace. Malgré ces progrès, il reste impératif d’assurer une surveillance hémodynamique méticuleuse tout au long de tout traitement mécanique d’assistance circulatoire. Traditionnellement, l'échocardiographie a été principalement utilisée comme modalité d'imagerie hémodynamique. Cependant, les évaluations échocardiographiques de ces patients présentent des défis notables, notamment en ce qui concerne les ombres du métal de la pompe, ce qui rend difficile la compréhension complète de la fonction cardiaque et de l'hémodynamique pendant le traitement.

   Au cours de la dernière décennie, la tomodensitométrie (TDM) a connu des progrès rapides, les équipements modernes facilitant désormais l'imagerie anatomique haute résolution du cœur tout au long du cycle cardiaque (TDM 4D). Cependant, jusqu'à récemment, la tomodensitométrie représentait également un défi pour l'examen des patients équipés de dispositifs mécaniques d'assistance circulatoire en raison d'artefacts métalliques importants. Cependant, la tomodensitométrie par comptage de photons (PC-CT) nouvellement introduite permet désormais des analyses qui produisent des images de plus haute résolution avec moins d'artefacts métalliques. À partir de la tomodensitométrie résolue dans le temps, des informations fonctionnelles peuvent ensuite être dérivées et extraites. Des techniques de suivi automatique du mouvement de la paroi cardiaque tout au long du cycle cardiaque, ainsi que l'utilisation de la dynamique informatique pour résoudre numériquement des équations mécaniques des fluides, ont déjà été présentées et se sont révélées efficaces pour permettre des simulations de cartes hémodynamiques intracardiaques.

   Les indications croissantes du traitement par assistance circulatoire mécanique soulignent la demande actuelle d’amélioration continue de la qualité des soins et de la compréhension clinique de cette option thérapeutique. Bien que le traitement améliore à la fois le pronostic et la qualité de vie, les complications graves et mortelles restent récurrentes. À la connaissance des enquêteurs, aucune recherche n'a encore été menée sur l'application potentielle du nouveau PC-CT chez les patients porteurs de dispositifs mécaniques d'assistance circulatoire, et certainement aucune n'a établi de cadres numériques sur ces données dans le but de calculer, visualiser , et comprendre de manière exploratoire l'hémodynamique intracardiaque pendant le traitement.

   1.2 OBJECTIFS

   1.2.1 OBJECTIF

   Le but de cette étude observationnelle est d'étudier de manière exploratoire la géométrie intracardiaque et l'hémodynamique chez les patients recevant une thérapie HeartMate 3 en cours dans la région de santé du sud-est de la Suède.

   1.2.2 QUESTION SCIENTIFIQUE PRINCIPALE

   Comment les différents niveaux de débit dans le dispositif d’assistance ventriculaire gauche HeartMate 3 influencent-ils la géométrie intracardiaque et l’hémodynamique ?

2. MÉTHODES

2.1 CONCEPTION DE L'ÉTUDE

Cette étude a une conception transversale analytique exploratoire (multiple). L’étude cherche à découvrir de nouvelles idées, modèles et associations au sein des données, en partie sans hypothèses prédéterminées. En outre, l'étude examine les relations ou les associations entre les variables afin de tirer des conclusions significatives à partir des données. L'étude examinera trois observations distinctes des variables, dans lesquelles les paramètres de l'appareil des sujets varieront. Ces observations seront cependant exécutées à proximité temporelle étroite, avec des intervalles d'environ 15 minutes entre chacune. En tant que telle, bien que l’étude ne soit pas entièrement conforme aux critères d’une conception d’étude transversale multiple, elle ne s’aligne pas non plus sur une approche transversale traditionnelle à un seul point.

2.2 RÉGLAGE GLOBAL

Les sujets de recherche participants sont appelés à subir trois scans PC-CT suivis, ainsi que certaines imagerie échocardiographique, le tout en une seule séance. Le HM3 du sujet de recherche est connecté à un logiciel qui permet des variations du débit de la pompe entre ces collections d'images. Tous les examens seront effectués au Centre de science et de visualisation de l'image médicale (CMIV) de l'Université de Linköping, en Suède. Le recrutement et l'examen au sein de l'étude se dérouleront de janvier à décembre 2023. L'étude a été approuvée par l'autorité suédoise d'examen éthique (numéro de référence : 2022-06934-01).

2.2 PARTICIPANTS

Tous les patients de la région sanitaire du sud-est de la Suède, comprenant les comtés d'Östergötland, Jönköping et Kalmar, qui répondent aux critères d'inclusion et à aucun des critères d'exclusion, seront invités à participer à cette étude en 2023. Le dépistage pour l'inclusion est effectué par les médecins responsables du LVAD au sein du service de cardiologie de l'hôpital universitaire de Linköping.

2.3 VARIABLES

Concernant la spécification des variables qui seront étudiées, il est essentiel de préciser qu'en raison de la nature exploratoire de la recherche et de la dynamique complexe inhérente à l'utilisation de cadres numériques pour le calcul des cartes hémodynamiques intracardiaques et à la nature géométrique dynamique de la tomodensitométrie résolue dans le temps, toutes les variables au début de l’étude ne sont pas prédéfinies. Au fur et à mesure que l’analyse progresse et que toute la profondeur des données devient apparente, des variables supplémentaires peuvent être identifiées et incorporées. Le processus décisionnel ultérieur relatif à l'inclusion ou à l'exclusion de ces variables nouvellement découvertes sera rigoureusement documenté pour garantir la transparence et la robustesse de l'approche de l'étude.

Les variables quantifiées seront comparées par rapport au débit estimé de la pompe (L/min), à la puissance (W), à l'indice de pulsatilité et à la vitesse du rotor (rpm). Dans la mesure du possible, en fonction de la qualité de l'image, les résultats seront également liés et comparés aux mesures échocardiographiques pour discuter de la validité de la méthode. Pour réduire le risque de facteurs de confusion involontaires et minimiser le potentiel de biais, plusieurs données de base concernant les sujets de recherche inclus seront également collectées. Ces variables comprennent l'âge (années), le sexe, la date d'implantation de l'HM3, l'indice de masse corporelle (IMC, kg/m^2) et les codes de diagnostic cardiovasculaire (ICD-10), la formule sanguine (cellules/μL ou x10^9/L), électrolytes (mmol/L), tests de la fonction hépatique (U/L ou µkat/L pour les enzymes, et g/dL ou µmol/L pour les substances), lactate déshydrogénase (U/L), NT-proBNP (pg/mL ou ng /L) et procalcitonine (ng/mL).

2.4 SOURCES DE DONNÉES ET MESURES

2.4.1 EXAMEN PC-CT Les examens PCCT seront effectués à l'aide d'un système de tomodensitométrie par comptage de photons marqué CE (NAETOM Alpha, Siemens Healthineer, Erlangen, Allemagne). Les acquisitions seront effectuées à 120 kVp avec des niveaux de qualité d'image (IQ) fixés à 70. Un protocole d'administration de contraste biphasique sera utilisé pour garantir l'opacification dans les quatre chambres cardiaques. L'intégralité de la plage de numérisation subira des reconstructions multiphasées à des intervalles correspondant à tous les 5 % du cycle cardiaque, culminant en 20 phases distinctes. Les images CT acquises ont été transmises au système d'archivage et de communication d'images de l'établissement (PACS, IDS7, Sectra Medical Systems, Linköping, Suède).

2.4.2 SEGMENTATION ET SUIVI DES MOUVEMENTS DES MURS

Le mouvement de l'endocarde sera suivi à partir des données CT acquises. Dans ce processus, l'endocarde sera semi-automatiquement délimité avec ITK-SNAP (version 3.8.0). La géométrie sera ensuite affinée à l'aide d'Ansys SpaceClaim version 2019 R3 (Ansys Inc, Canonsburg, PA 15317 USA). Suite à cela, la surface endocardique sera remodelée à l'aide d'une méthode itérative non rigide en point fermé pour s'aligner sur les segmentations basées sur des seuils des 19 phases cardiaques restantes.

2.4.3 SIMULATIONS CFD

La vitesse du flux sanguin, la pression absolue, l'énergie cinétique des turbulences et la stase sanguine et d'autres variables hémodynamiques potentielles seront dérivées à l'aide de simulations de dynamique des fluides computationnelle (CFD), en tenant compte du mouvement de la paroi cardiaque spécifique au participant. Les simulations CFD seront réalisées à l'aide d'Ansys Fluent version 2019 R3, sur la base du processus préalablement validé à l'aide de l'IRM en flux 4D. Deux modèles cardiaques seront appliqués. Le modèle de gauche comprendra les veines pulmonaires, l'oreillette gauche, le ventricule gauche, le HM3, le greffon de sortie, la voie de sortie du ventricule gauche et l'aorte ascendante. Le bon modèle comprendra la veine cave supérieure, la veine cave inférieure, l'oreillette droite, le ventricule droit, la voie d'éjection du ventricule droit et l'artère pulmonaire. Toutes les ouvertures seront modélisées comme des ouvertures de pression, le débit résultant du mouvement de l'endocarde.

2.4.3 VARIABLES DE LA POMPE ET TENSION ARTÉRIELLE

Avant chaque tomodensitométrie individuelle, le débit estimé (L/min), la puissance (W), l'indice de pulsatilité et la vitesse du rotor (rpm) seront acquis à partir du moniteur du système HeartMate 3 avec la pression artérielle systolique (mmHg), acquise utilisant la technologie Doppler de l’artère radiale. Ces détails seront transférés vers un ensemble de données établi au sein du projet.

2.4.5 ÉCHOCARDIOGRAPHIE

Une imagerie échocardiographique sélectionnée sera réalisée entre chaque tomodensitométrie. Le protocole spécifié pour l'étude est dérivé du protocole clinique de routine utilisé pour examiner ce groupe de patients, mais est sélectionné en fonction de l'aspect temporel de l'examen complet du projet de recherche. Le personnel clinique expérimenté dans ces examens effectuera les tests.

2.4.6 CARACTÉRISTIQUES DES PATIENTS

Les variables caractéristiques des sujets de recherche seront obtenues à partir du dossier médical des sujets de recherche. De plus, les résultats des analyses sanguines cliniques les plus récentes seront obtenus. Ces détails seront transférés vers un ensemble de données établi au sein du projet.

2.5 BIAIS

En raison de la nature exploratoire de l’étude, il existe des risques inhérents de biais systématiques et non systématiques. Premièrement, les variables à étudier ne sont pas entièrement prédéfinies au départ en raison du design exploratoire de la recherche, ce qui peut introduire des biais. Pour contrecarrer cela, le processus décisionnel entourant l'inclusion ou l'exclusion de variables émergentes sera méticuleusement documenté pour garantir la transparence et la robustesse de la méthodologie de recherche. Une autre considération importante dans cette étude est l’utilisation de simulations CFD. Ces simulations, bien que puissantes pour modéliser la dynamique des fluides au sein du système cardiovasculaire, sont sensibles aux biais basés sur les paramètres d’entrée, les conditions aux limites et les méthodes numériques utilisées. La résolution du maillage choisie, les modèles de turbulence et les hypothèses concernant la rhéologie du sang peuvent tous influencer les résultats. Pour renforcer la validité des résultats quantifiés de CFD, une tentative de validation clé dans cette étude est l'inclusion d'évaluations par échocardiographie. Cependant, la qualité de l'image échocardiographique varie d'un patient à l'autre, ce qui en soi peut introduire un biais et nuire aux possibilités de validation adéquate des simulations CFD.

2.6 TAILLE DE L'ÉTUDE

Déterminer la taille d'échantillon requise pour ce projet est un défi car la méthode n'a pas été évaluée auparavant. Compte tenu de ce contexte, les enquêteurs se sont donc appuyés sur la littérature disponible sur les études d'échocardiographie et ont tenté d'en déduire des différences cliniquement significatives basées sur les réglages de la pompe. L'étude vise à recruter jusqu'à 35 participants pour garantir des résultats interprétables.

2.7 MÉTHODES STATISTIQUES

Des comparaisons inter-groupes seront effectuées à l'aide d'un test t à deux échantillons. Pour évaluer l'association entre les variables, telles que les variables CFD et les paramètres géométriques, une analyse de régression linéaire sera effectuée. Tous les calculs statistiques seront effectués à l'aide de MATLAB R2021b et le niveau de signification sera fixé à 5 %.