頸動脈血行再建術後の血行動態と自律神経および認知能力 (BAROX)

仮説と意義: 自律神経調節、血行動態リモデリング、および認知機能の点で、CAS 後の後期の臨床転帰と予後は、CEA 後のそれよりも劣る可能性があります。

特定の目的: 1) CEA と CAS の長期術後圧受容器機能と認知脳機能への影響を比較し、臨床転帰への影響を分析する。 具体的な目標は、術後の自律神経機能と認知機能の間の潜在的な相関関係を評価することです。 2) 構造解析と機械的モデリングを通じて、CEA と比較して CAS による頸動脈壁の勧誘を評価する。 具体的な目標は、ステント留置術、壁損傷、圧受容器障害、後期神経学的後遺症の間の潜在的な相関関係を評価することです。 3) 医用画像解析、臨床データ、コンピューター シミュレーションを組み合わせて、術後の頸動脈血行動態を評価する。 具体的な目標は、局所的 (壁応力など) および全体的な現象 (制御側の流れ、動脈硬化) を圧反射機能および術後の神経学的転帰と相関させることを目的としています。

実験計画 目的 1: オペレータの小さな操作を必要とするコンピュータ化された方法を使用して、洞房結節に向けられた自律神経性交感神経迷走神経バランスの指標、交感神経血管運動調節、および圧反射ゲインを評価します。洞調律条件のみを考慮した、収縮期動脈圧 (SAP) の変動性。 電極とセンサーを配置した後、安定化に必要な仰臥位で 10 分間、患者を安静に保ちます。その後、血圧波形、心電図、呼吸活動を公称 5 分間のベースラインとその後の 5 分間継続的に記録します。アクティブスタンディングの。

心血管信号は、4 チャネルのデジタル ポリグラフによって取得されます。 心電図は患者の胸部に配置された 2 つの電極で記録され、呼吸パターンは圧電ベルトによって記録され、指動脈血圧は CNAP 500 HD 連続非侵襲的血行動態モニター (CNSystems Medizintechnik AG、オーストリア) によって継続的に監視されます。 前述のように、(8) 自律神経心血管変調を間接的に反映する一連の指標は、R-R 間隔と SAP 変動性のスペクトル分析から導き出されます。 術後の心血管自律神経制御は、臨床転帰および認知能力の測定値と相関します。 登録された患者は、一般的な認知障害スクリーニングのためにMini-Mental State Examinationに提出されます。 次いで認知Ｐ３００誘発電位を、治療前および治療後に、Ｂｒａｉｎ Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ（Ｂｒａｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＧｍｂＨ、Ｇｉｌｃｈｉｎｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ）を備えたＡｇ／ＡｇＣｌ電極で記録する。 P300 誘発電位は、1000 Hz の頻繁な (80%) トーンと 75 dB HL で 2000 Hz のまれな (20%) ターゲット トーンを使用して、バイノーラルで提示されたトーン弁別パラダイム (奇数ボール パラダイム) の後に生成されます。 フィルターのバンドパスは 0.01 ～ 30 Hz になります。アクティブ電極は、それぞれ Cz (頂点) と Fz (正面) に配置され、リンクされた耳たぶ A1/2 電極 (10/20 国際システム) を参照します。 パラダイムの間、患者はまれな 2000 Hz のターゲット トーンのランニング メンタル カウントを維持するように指示されます。 注意を確認するために、刺激の実際の数と患者によってカウントされた数との間の不一致が 10% を超える P300 記録は拒否され、繰り返されます。 P300 誘発電位記録は、正と負のピークの安定したシーケンスになります。 コグニティブ P300 ピークのミリ秒 (ms) 単位のレイテンシが評価されます。 再現性を確認するために、すべての患者について 2 セットの P300 測定値が記録されます。

実験計画の目的 2: CAS のコンピューター ベースのシミュレーションは、コンピューターのフレームワークを利用して実行されます。これは、仮想的な方法でステントの並置と血管壁の応力の両方を分析するために使用できます。 このフレームワークは、血管モデルとステント モデルの 2 つの主要部分を占めています。 術前および術後の医療画像 (高解像度造影 (CE) MRI およびコンピューター断層撮影血管造影 (CTA) を含む) は、患者固有の頸動脈モデルを構築するための入力を表します。 血管の 3D 内腔プロファイルは、ITK-SNAP (www.itksnap.org) などのツールを使用して DICOM 画像スタックをセグメンテーションすることで再構築されます。 または VMTK (www.vmtk.org)。 構造的なステントと容器の相互作用を支配する平衡方程式を解くために使用される計算領域 (いわゆるメッシュ) は、Matlab (The Mathworks Inc.、Natick、MA、USA) でコード化された社内で開発された手順によって作成されます。 . 動脈組織の非線形の機械的応答は、異方性の超弾性ひずみエネルギー関数を採用して再現され、繊維の 2 つのファミリーを説明し、ある程度の分散で優先方向に沿って配向されます。 モデル パラメーターは、頸動脈組織の実験的引張試験に関して校正されます。 動脈モデルは、シミュレーション環境で、ステント デザインの定義済みライブラリから選択された特定のステント モデルを使用して組み立てられます (ステント メッシュの生成は、ステント サンプルの高解像度マイクロ CT で実行された幾何学的測定に基づいています)。 CAS シミュレーションは、構造有限要素解析 (FEA) によって実行されます。シミュレーションの実行には、市販の FEA ソルバー Abaqus (Simulia、Dassault Systemes、FR) が採用されています。 シミュレーションの工学的結果 (つまり、メッシュの各積分点での節点変位場、応力テンソル、およびひずみ) を精査して、ステント留置性能の臨床的に関連するパラメータを評価します (例: ルーメンゲイン、血管矯正、ステントセルサイズ)。 出力は計算流体力学解析の入力として使用され、移植された設計が局所血行動態に及ぼす影響を評価します (例: 壁せん断応力、振動せん断指数など)。 同様に、CEA の構造解析は、術後の動脈形状の仮想加圧によって実行されます。

実験計画 3: 計算流体力学と流体構造相互作用解析から移行して、研究者は圧反射機能を説明する特定のモデルを導入することを計画しており、これは 2 つの異なるタイプの治療 (CEA と CAS) の影響を受ける可能性があります。 これには、いわゆる「幾何学的マルチスケール」モデルの設定が必要です。 これにより、研究者は、血行動態の局所的な記述 (目的 2 で開発されたもの) をより体系的な表現と結び付けた数値モデルを意味します。 後者は、次の 2 つのコンポーネントで構成されます。

a) 動脈樹に沿った圧力波の伝播を表す偏微分方程式系によって数学的に記述された 1D ネットワーク。ネットワークの各セグメントは、「オイラー方程式」と呼ばれる双曲線系によって与えられます。b) 末梢微小循環を表し、圧反射機能によって誘導されるフィードバック メカニズムを含めるためのコンパートメント モデル。 次に、抵抗が圧反射機能に適切に依存する常微分方程式のシステムによってこれを表します。

この目的で、調査員は 2 つのサブ目的を計画します。

1. A. Veneziani と彼の共同研究者 (ミラノ工科大学とローザンヌ EPFL) www.lifev.org によって開発された有限要素汎用 C++ オブジェクト指向ライブラリである LifeV ソルバーのフレームワーク内での計算マルチスケール モデルのセットアップ。 オープンにダウンロードできます。 この段階で、研究者はブランコらの一般的なモデルを再現します。 特に、モデルの 2 つの異なるレベル (1D および集中パラメーター) のパラメーターの識別は、提案された手順に従って実行されます。 ソルバーの検証では、このホワイト ペーパーで示したベンチマークも利用します。
2. 目的 2 で検討されたテスト ケース用に以前に開発されたソルバーの採用。これは、目的 2 で開発された 3D モデルが、幾何学的マルチスケール モデルの 3D 部分に採用されることを意味します。 これにより、2 つの治療のさまざまな影響を定量的に分析し、最終的に仮想シナリオで頸動脈コンプライアンスの変化が圧反射機能を損なう可能性を評価することができます。 目標 2 で考慮されるすべての CAS および CEA のケースには、このマルチスケール フレームワークが装備されます。 したがって、この目的の期待される成果物は次のとおりです。a) 患者固有の設定で体系的に使用される圧反射機能を含む、検証済みのオープン ソースの幾何学的マルチスケール ソ​​ルバー。 b) さまざまなオプションのパフォーマンスの広範な比較。