Hemodinamika és autonóm és kognitív teljesítmény a carotis revaszkularizációs eljárások után (BAROX)

Hipotézis és szignifikancia: A CAS utáni késői klinikai kimenetel és prognózis az autonóm moduláció, a hemodinamikai remodelling és a kognitív funkciók tekintetében rosszabb lehet, mint a CEA után.

Konkrét cél: 1) Összehasonlítani a CEA és a CAS hatását a hosszú távú posztoperatív baroreceptor működésre és a kognitív agyműködésre, és elemezni a klinikai kimenetelre gyakorolt ​​hatását. A konkrét cél a posztoperatív autonóm és kognitív funkció lehetséges összefüggésének felmérése. 2) Szerkezeti elemzéssel és mechanikai modellezéssel felmérni a CAS okozta ingerlékenységet a carotis falán a CEA-val összehasonlítva. A konkrét cél a stentelés, a falkárosodás, a baroceptor károsodás és a késői neurológiai következmények közötti lehetséges összefüggés felmérése. 3) A posztoperatív carotis hemodinamikának felmérése orvosi képanalízis, klinikai adatok és számítógépes szimulációk kombinálásával. A specifikus cél a lokális (pl. falfeszültség stressz) és a globális jelenségek (kontralaterális áramlás, artériás merevedés) összefüggésbe hozása a baroreflex funkcióval és a posztoperatív neurológiai kimenetelekkel.

Kísérleti tervezés 1. cél: Kis operátor interakciót igénylő számítógépes módszert alkalmazunk a szinoatriális csomópontra irányuló autonóm szimpathovaális egyensúly, a szimpatikus vazomotoros moduláció és a baroreflex erősítés mutatóinak értékelésére, mindezt az R-R intervallum spontán ütemenkénti változásaiból és szisztolés artériás nyomás (SAP) variabilitása, csak a sinus ritmus körülményeit figyelembe véve. Az elektródák és az érzékelők pozicionálása után a pácienseket 10 percig fekvő nyugalmi helyzetben tartják, ami a stabilizáláshoz szükséges, ezt követően a vérnyomás hullámformáit, az elektrokardiogramot és a légzési aktivitást folyamatosan rögzítik egy névleges 5 perces alapvonalon, majd az azt követő 5 perces időszakon keresztül. aktív állásból.

A szív- és érrendszeri jeleket 4 csatornás digitális poligráf veszi fel. Az elektrokardiogramot a páciens mellkasára helyezett két elektródával, a légzésmintát piezoelektromos övvel, az ujjak artériás vérnyomását pedig egy CNAP 500 HD folyamatos noninvazív hemodinamikai monitorral (CNSystems Medizintechnik AG, Ausztria) folyamatosan monitorozzuk. Amint azt korábban leírtuk, (8) az autonóm kardiovaszkuláris modulációt közvetetten tükröző indexek sorozata lesz levezetve az R-R intervallum és az SAP variabilitás spektrális elemzéséből. A posztoperatív kardiovaszkuláris autonóm kontroll összefüggésben lesz a klinikai eredménnyel és a kognitív teljesítmény méréseivel. A beiratkozott betegeket mini mentális állapotvizsgálatnak vetik alá általános kognitív károsodás szűrésére. A kognitív P300 által kiváltott potenciálokat ezután a kezelés előtt és után rögzítik Ag/AgCl elektródákkal Brain Vision Recorder (Brain Products GmbH, Gilching, Németország) segítségével. A P300 kiváltott potenciálok egy binaurálisan bemutatott hangdiszkriminációs paradigma (páratlan golyó paradigma) után jönnek létre, gyakori (80%) 1000 Hz-es hangokkal és ritka (20%) 2000 Hz-es célhangokkal 75 dB HL mellett. A szűrő sávszélessége 0,01 és 30 Hz között lesz. Az aktív elektródákat a Cz (csúcs) és az Fz (elülső) pontokra kell elhelyezni, és az összekapcsolt fülcimpa A1/2 elektródáira kell hivatkozni (10/20 nemzetközi rendszer). A paradigma során a betegeket arra utasítják, hogy tartsák a ritka 2000 Hz-es célhangok mentális számlálását. A figyelem igazolására azokat a P300-as felvételeket, amelyeknél az ingerek tényleges száma és a betegek által számolt száma között 10% feletti eltérés van, el kell utasítani és megismételni. A P300 által kiváltott potenciálrögzítés a pozitív és negatív csúcsok stabil sorozatát eredményezi. A kognitív P300 csúcs latenciáit ezredmásodpercben (ms) kell értékelni. A reprodukálhatóság megerősítése érdekében minden betegnél két P300 méréssorozat kerül rögzítésre.

Kísérleti tervezés 2. cél: A CAS számítógépes szimulációja egy számítási keretrendszer felhasználásával valósul meg, amely felhasználható mind a stent felhelyezése, mind az érfal feszültségének virtuális elemzésére. A keret két fő részből áll: az érmodellből és a stent modellből. A műtét előtti és posztoperatív orvosi felvételek (beleértve a nagy felbontású kontrasztjavított (CE)-MRI-t és a számítógépes tomográfiás angiográfiát (CTA)) jelentik a bemenetet a betegspecifikus carotis modell felépítéséhez. Az ér 3D lumenprofilja a DICOM képcsomag szegmentálásával rekonstruálható olyan eszközökkel, mint az ITK-SNAP (www.itksnap.org). vagy VMTK (www.vmtk.org). A strukturális sztent-ér kölcsönhatást szabályozó egyensúlyi egyenletek megoldására használt számítási tartományt (az úgynevezett mesh-t) egy saját fejlesztésű eljárással hozzák létre, amelyet a Matlab programban kódolnak (The Mathworks Inc., Natick, MA, USA) . Az artériás szövet nemlineáris mechanikai válaszát egy anizotróp hiperelasztikus feszültség-energia függvényt alkalmazva reprodukálják, két rostcsaládot figyelembe véve, egy előnyös irány mentén, bizonyos fokú diszperzióval. A modell paramétereit a nyaki nyaki szövet kísérleti szakítószilárdsági vizsgálatai alapján kalibráljuk. Az artériás modellt ezután a szimulációs környezetben egy adott stentmodellel állítják össze, amelyet a sztenttervek előre meghatározott könyvtárából választanak ki (a stentháló létrehozása a stentminták nagy felbontású mikro-CT-jén végzett geometriai méréseken alapul). A CAS szimuláció strukturális végeselem-elemzés (FEA) segítségével történik; a kereskedelmi FEA-megoldó Abaqus (Simulia, Dassault Systemes, FR) a szimulációk futtatására szolgál. A szimulációk mérnöki eredményeit (azaz a csomóponti elmozdulási mezőt, a feszültségtenzort és a feszültséget a háló minden egyes integrációs pontján) a stentelési teljesítmény klinikailag releváns paramétereinek (pl. lumenerősítés, érkiegyenesedés, stent sejtméret). A kimenetet a Computational Fluid Dynamics analízis bemeneteként fogják használni a beültetett terv helyi hemodinamikára (pl. fal nyírófeszültségére, oszcillációs nyírási indexre stb.) gyakorolt ​​hatásának értékelésére. Hasonlóképpen, a CEA szerkezeti elemzését a posztoperatív artériás geometria virtuális nyomás alá helyezésével végzik el.

3. kísérleti terv: A számítási folyadékdinamika és a folyadék-struktúra kölcsönhatás elemzése helyett a kutatók egy speciális modell bevezetését tervezik a baroreflex funkció leírására, és ezt a két különböző kezelési mód (CEA és CAS) befolyásolhatja. Ehhez egy úgynevezett "geometrikus többléptékű" modell felállítása szükséges. A kutatók ezzel egy numerikus modellt értenek, amely a hemodinamika lokális leírását (a 2. célban kidolgozott) egy szisztematikusabb reprezentációval kapcsolja össze. Ez utóbbi két részből áll:

a) egy 1D hálózat, amelyet matematikailag leírnak egy parciális differenciálegyenlet-rendszerrel, amely reprezentálja a nyomáshullám terjedését az artériás fa mentén; a hálózat minden szegmensét egy hiperbolikus rendszer, az úgynevezett "Euler-egyenletek" adja meg b) egy kompartment modell a perifériás mikrokeringés reprezentálására és a baroreflex függvény által kiváltott visszacsatolási mechanizmusok bevonására. Ezt követően ezt egy közönséges differenciálegyenlet-rendszerrel ábrázoljuk, ahol az ellenállások megfelelően függenek a baroreflex függvénytől.

E cél érdekében a nyomozók két részcélt terveznek:

1. Számítógépes többléptékű modell felállítása a LifeV megoldó keretein belül, egy végeselemes általános célú C++ objektumorientált könyvtár, amelyet A. Veneziani és munkatársai fejlesztettek ki (Milan Politecnico és Lausanne EPFL) www.lifev.org és nyíltan letölthető. Ebben a szakaszban a kutatók reprodukálják Blanco és munkatársai általános modelljét. Különösen a két különböző szintű modell (1D és összevont paraméterek) paramétereinek azonosítása a javasolt eljárás szerint történik. A megoldó érvényesítése az ebben a cikkben bemutatott referenciaértékeket is kihasználja.
2. A 2. célban vizsgált tesztesetekhez korábban kifejlesztett megoldó átvétele. Ez azt jelenti, hogy a 2. célban kifejlesztett 3D modellt alkalmazzuk a geometriai többléptékű modell 3D részére. Ez lehetővé teszi a két kezelés eltérő hatásának kvantitatív elemzését, és végül virtuális forgatókönyvben annak felmérését, hogy a carotis compliance változásai hogyan ronthatják a baroreflex funkciót. A 2. célban figyelembe vett összes CAS és CEA eset fel lesz szerelve ezzel a többléptékű kerettel. Ennek a célnak a várható eredményei tehát a következők: a) egy validált nyílt forráskódú geometriai többléptékű megoldó, amely magában foglalja a baroreflex funkciót is, amelyet szisztematikusan kell használni a beteg-specifikus beállításokban. b) a különböző lehetőségek teljesítményének átfogó összehasonlítása.