Hemodynamica en autonome en cognitieve prestaties na carotis-revascularisatieprocedures (BAROX)

Hypothese en betekenis: laat klinisch resultaat en prognose na CAS kunnen inferieur zijn aan die na CEA in termen van autonome modulatie, hemodynamische remodellering en cognitieve functie.

Specifiek doel: 1) De impact van CEA en CAS op de postoperatieve baroreceptorfunctie op de lange termijn en op de cognitieve hersenfunctie vergelijken, en hun invloed op de klinische uitkomst analyseren. Het specifieke doel is om de mogelijke correlatie tussen postoperatieve autonome en cognitieve functie te beoordelen. 2) Het beoordelen van de aantrekkingskracht op de halsslagader als gevolg van CAS in vergelijking met CEA door middel van structurele analyse en mechanische modellering. Het specifieke doel is om de mogelijke correlatie tussen stenting, wandbeschadiging, baroceptorstoornis en late neurologische gevolgen te beoordelen. 3) Om de postoperatieve hemodynamica van de halsslagader te beoordelen, waarbij medische beeldanalyse, klinische gegevens en computersimulaties worden gecombineerd. Het specifieke doel is gericht op het correleren van zowel lokale (bijv. wandspanning) als globale fenomenen (controlaterale stroming, arteriële verstijving) met baroreflexfunctie en postoperatieve neurologische uitkomsten.

Experimenteel ontwerp Doel 1: Een gecomputeriseerde methode die interactie van een kleine operator vereist, zal worden gebruikt om indices te beoordelen van autonome sympathovagale balans gericht op de sinoatriale knoop, sympathische vasomotorische modulatie en baroreflexversterking, allemaal op basis van spontane slag-voor-slagvariaties van het R-R-interval en systolische arteriële druk (SAP) variabiliteit, waarbij alleen rekening wordt gehouden met sinusritmestoornissen. Na plaatsing van de elektrode en de sensor worden de patiënten gedurende 10 minuten in liggende positie gehouden, noodzakelijk voor stabilisatie, vervolgens worden de bloeddrukgolfvormen, het elektrocardiogram en de ademhalingsactiviteit continu geregistreerd gedurende een nominale basislijn van 5 minuten en daarna gedurende de daaropvolgende periode van 5 minuten van actief staan.

Cardiovasculaire signalen worden verkregen door een 4-kanaals digitale polygraaf. Het elektrocardiogram wordt opgenomen met twee elektroden op de borst van de patiënt, het ademhalingspatroon wordt geregistreerd door een piëzo-elektrische riem en de arteriële bloeddruk van de vingers wordt continu gecontroleerd door een CNAP 500 HD continue niet-invasieve hemodynamische monitor (CNSystems Medizintechnik AG, Oostenrijk). Zoals eerder beschreven, (8) zal een reeks indexen die indirect de autonome cardiovasculaire modulatie weerspiegelen, worden afgeleid uit de spectrale analyse van R-R-interval en SAP-variabiliteit. Postoperatieve cardiovasculaire autonome controle zal worden gecorreleerd aan de klinische uitkomst en metingen van cognitieve prestaties. Ingeschreven patiënten zullen worden onderworpen aan Mini-Mental State Examination voor algemene screening op cognitieve stoornissen. Cognitieve P300 evoked potentials zullen vervolgens worden geregistreerd, voor en na de behandeling, met Ag/AgCl-elektroden met een Brain Vision Recorder (Brain Products GmbH, Gilching, Duitsland). P300 evoked potentials zullen worden gegenereerd volgens een binauraal gepresenteerd toondiscriminatieparadigma (odd-ball paradigma) met frequente (80%) tonen van 1000 Hz en zeldzame (20%) doeltonen van 2000 Hz bij 75 dB HL. De filterbanddoorlaat is 0,01 tot 30 Hz. Actieve elektroden worden respectievelijk op Cz (vertex) en Fz (frontaal) geplaatst en verwezen naar gekoppelde oorlel A1/2-elektroden (10/20 internationaal systeem). Tijdens het paradigma zullen de patiënten worden geïnstrueerd om een ​​lopende mentale telling bij te houden van de zeldzame doeltonen van 2000 Hz. Om de aandacht te verifiëren, worden P300-opnamen met een discrepantie van> 10% tussen het werkelijke aantal stimuli en het aantal dat door de patiënten is geteld, afgewezen en herhaald. P300 evoked potential opname zal resulteren in een stabiele opeenvolging van positieve en negatieve pieken. Latenties in milliseconden (ms) van de cognitieve P300-piek worden beoordeeld. Om de reproduceerbaarheid te bevestigen, worden voor alle patiënten twee sets P300-metingen geregistreerd.

Experimenteel ontwerp Doel 2: De computergebaseerde simulatie van CAS wordt uitgevoerd door gebruik te maken van een computationeel raamwerk, dat kan worden gebruikt om zowel de appositie van de stent als de spanning in de vaatwand op een virtuele manier te analyseren. Het raamwerk is goed voor twee hoofdonderdelen: het vatmodel en het stentmodel. Preoperatieve en postoperatieve medische beelden (inclusief contrastversterkte (CE)-MRI met hoge resolutie en computertomografie-angiografie (CTA)) zullen de input vormen voor het bouwen van een patiëntspecifiek halsslagadermodel. Het 3D-lumenprofiel van het vat wordt gereconstrueerd door de segmentatie van DICOM-beeldstapel met behulp van tools zoals ITK-SNAP (www.itksnap.org) of VMTK (www.vmtk.org). Het computationele domein (de zogenaamde mesh), dat wordt gebruikt om de evenwichtsvergelijkingen op te lossen die de structurele stent-vat-interactie bepalen, wordt gecreëerd door een intern ontwikkelde procedure, gecodeerd in Matlab (The Mathworks Inc., Natick, MA, VS). . De niet-lineaire mechanische respons van het arteriële weefsel wordt gereproduceerd door een anisotrope hyperelastische rek-energiefunctie aan te nemen, rekening houdend met twee vezelfamilies, georiënteerd langs een voorkeursrichting met een zekere mate van spreiding. De modelparameters zullen worden gekalibreerd met betrekking tot experimentele trekproeven van het carotisweefsel. Het arteriële model wordt vervolgens in de simulatieomgeving samengesteld met een bepaald stentmodel, gekozen uit een vooraf gedefinieerde bibliotheek van stentontwerpen (de generatie van stentgaas is gebaseerd op geometrische metingen uitgevoerd op micro-CT met hoge resolutie van stentmonsters). De CAS-simulatie wordt uitgevoerd door middel van structurele eindige-elementenanalyse (FEA); de commerciële FEA-oplosser Abaqus (Simulia, Dassault Systemes, FR) wordt gebruikt om de simulaties uit te voeren. De technische resultaten van de simulaties (d.w.z. het nodale verplaatsingsveld, spanningstensor en spanning op elk integratiepunt van de mesh), zijn uitgewerkt om klinisch relevante parameters van stentprestaties te beoordelen (bijv. lumentoename, rechttrekken van bloedvaten, grootte van stentcellen). De output zal worden gebruikt als input van de Computational Fluid Dynamics-analyse om de impact van het geïmplanteerde ontwerp op de lokale hemodynamiek te evalueren (bijv. Wandschuifspanning, oscillerende schuifindex, enz.). Evenzo zal de structurele analyse van CEA worden uitgevoerd door middel van virtuele drukverhoging van de postoperatieve arteriële geometrie.

Experimenteel ontwerp 3: Uitgaande van Computational Fluid Dynamics en Fluid-Structure Interaction analysis, zijn de onderzoekers van plan een specifiek model te introduceren om de baroreflexfunctie te beschrijven en dit kan worden beïnvloed door de twee verschillende soorten behandeling (CEA en CAS). Hiervoor is het opzetten van een zogenaamd "geometrisch meerschalig" model nodig. Hiermee bedoelen de onderzoekers een numeriek model dat een lokale beschrijving van de hemodynamica (ontwikkeld in Aim 2) koppelt aan een meer systemische weergave. Dit laatste bestaat uit twee componenten:

a) een 1D-netwerk wiskundig beschreven door een systeem van partiële differentiaalvergelijkingen die de voortplanting van de drukgolf langs de arteriële boom weergeven; elk segment van het netwerk wordt gegeven door een hyperbolisch systeem genaamd "Euler-vergelijkingen" b) een compartimentmodel voor het weergeven van de perifere microcirculatie en voor het opnemen van de feedbackmechanismen die worden geïnduceerd door de baroreflexfunctie. Hierna wordt dit weergegeven door een systeem van gewone differentiaalvergelijkingen waarbij weerstanden correct afhangen van de baroreflexfunctie.

In dit doel plannen de onderzoekers twee subdoelen:

1. Opzetten van een computationeel multischaalmodel in het kader van de LifeV-oplosser, een C++-objectgeoriënteerde bibliotheek voor algemene doeleinden met eindige elementen, ontwikkeld door A. Veneziani en zijn medewerkers (in Milan Politecnico en Lausanne EPFL) www.lifev.org en vrij te downloaden. In dit stadium zullen de onderzoekers het algemene model van Blanco et al reproduceren. In het bijzonder zal de identificatie van de parameters voor de twee verschillende niveaus van modellen (1D en Lumped Parameters) worden uitgevoerd volgens de voorgestelde procedure. Validatie van de oplosser zal ook profiteren van de benchmarks die in dit document worden gepresenteerd.
2. Overname van de oplosser die eerder is ontwikkeld voor de testgevallen die in doel 2 zijn overwogen. Dit betekent dat het 3D-model dat in doel 2 is ontwikkeld, zal worden overgenomen voor het 3D-gedeelte van het geometrische meerschalige model. Dit zal het mogelijk maken om een ​​kwantitatieve analyse te geven van de verschillende impact van de twee behandelingen en uiteindelijk om in een virtueel scenario te beoordelen hoe de veranderingen in de compliantie van de halsslagader de baroreflexfunctie kunnen aantasten. Alle CAS- en CEA-zaken die in doel 2 worden overwogen, zullen worden uitgerust met dit multischaalkader. De verwachte resultaten van dit doel zijn daarom: a) een gevalideerde open source geometrische multischaaloplosser inclusief de baroreflexfunctie die systematisch moet worden gebruikt in patiëntspecifieke omgevingen. b) uitgebreide vergelijking van de prestaties van de verschillende opties.