Biomechanische herbeoordeling van planning voor thoracaal endovasculair aortaherstel (MALAN)

Hypothese en betekenis: Specifieke en consistente vloeistofdynamische patronen en grootte en verdeling van sleepkrachten kunnen worden geïdentificeerd in de PLZ's van de aortaboog, wat waardevolle inzichten oplevert voor de juiste PLZ en stent-graft-selectie tijdens TEVAR-planning.

Specifiek doel: 1) Vaststellen van de sleepkrachten die op verschillende PLZ's van de aortaboog werken door middel van Computed Fluid Dynamic (CFD)-analyse van preoperatieve fasecontrast-Magnetic Resonance (pc-MRI) en Computed Tomography Angiography (CTA)-beelden. Het specifieke doel is om de correlatie te identificeren tussen de verschillende grootte en richting van migratiekrachten en geometrische patronen van de boog om suboptimale landingszones voor plaatsing van stent-grafts te identificeren. 2) In-silico simulaties ontwikkelen en uitvoeren van de inzet van verschillende commercieel verkrijgbare endotransplantaten met patiëntspecifieke randvoorwaarden. Het exacte doel is om de impact van de mechanische kenmerken van een specifiek apparaat op de vaatwand te beoordelen door middel van structurele eindige-elementenanalyse (FEA), en op de weerstandskrachten in verschillende landingszones door middel van CFD, om de meer geschikte endograft te identificeren. 3) Beoordelen van de weerstandskrachten die postoperatief op het endograft worden uitgeoefend door middel van CFD-analyse op basis van vervolgbeelden (d.w.z. pc-MRI en CTA). Het specifieke doel is om de voorspellende waarde van de sleepkrachten die preoperatief in de PLZ's zijn gemeten, te evalueren en de resultaten van in-silico-simulaties te valideren.

Experimenteel ontwerp Doel 1: Preoperatieve medische beeldacquisitie: CTA zal worden uitgevoerd met behulp van een 16-slice-eenheid (150 mAs, 110 kVp; acquisitiedikte 5 mm, pitch 1,5; reconstructiedikte 1,2 mm), voor en na intraveneuze toediening van 100 ml gejodeerd contrastmateriaal. MRI zal worden uitgevoerd met behulp van een 1,5-T-eenheid met een gradiëntvermogen van 40 mT/m (Magneton Sonata Maestro Class, Siemens, Erlangen, Duitsland) en een vierkanaals cardio-thoracale spoel. ECG-getriggerde, vrijademende door het vlak en pc-MRI-sequenties in het vlak zullen worden uitgevoerd voor het in kaart brengen van de fasesnelheid van de aorta- en vertakkingsstroom met de volgende technische parameters: TR/TE = 4/3,2 ms, dikte 5 mm, snelheidscodering van 150 tot 350 ms en temporele resolutie 41 ms.

Medische beeldverwerking: Ad hoc verwerking van preoperatieve CTA's, gebaseerd op 3D multiplanaire reconstructie, zal worden uitgevoerd met 3Mensio Vascular software 8.0® (3Mensio Medical Imaging B.V.), die specifieke functies biedt voor automatische metingen. Patiënten zullen worden gestratificeerd volgens de classificatie van de aortabogen (AAC). De kromtestraal, PLZ's angulatie (raakhoekfunctie) en tortuositeit (tortuositeitshoekfunctie) worden berekend. 3D-segmentatie van CTA, bedoeld voor in-silico simulatiedoeleinden, zal worden uitgevoerd door de software Mimics v18.0 (Materialise, België). Het 3D-model van het aortalumen in stl-formaat zal worden gebruikt om een ​​voor CFD geschikt computationeel domein te creëren, mesh genoemd door vmtk toolkit (www.vmtk.org). In-silico simulaties: State-of-the-art CFD-simulaties voor aorta-hemodynamica zullen worden uitgevoerd door de CFD-oplosser die is ontwikkeld door het project EmPaTHIC (Emory Pavia Testing Hemodynamics) dat LifeV Application Blood Flow bijwerkt door de samenwerking tussen Emory University, Atlanta, Georgië, VS (prof. A. Veneziani) en Universiteit van Pavia (UniPV) (Prof. F.Auricchio). De analyse wordt uitgevoerd op het cluster dat beschikbaar is bij UniPV Nume-Lab. Het project voorziet in het vergroten van de rekenkracht door een extra node toe te voegen aan de beschikbare UniPV-cluster en ook door het opzetten van een server bij Policlinico San Donato (PSD) die is gewijd aan gegevensopslag en visualisatie van de resultaten. Berekening van sleepkrachten: De nabewerking van de simulaties zal worden uitgevoerd door python-scripts op basis van Visualization Toolkit (VTK)-bibliotheken en ParaView-software (Kitware® Inc., Frankrijk). Een dergelijke analyse is gericht op het semi-automatisch berekenen van de hartlijn van de aorta, het splitsen van de aortaboog in vier gebieden (d.w.z. landingszones) en het berekenen van de grootte en richting van de weerstandskrachten in elke zone, gedurende de hele hartcyclus. Er zal een voorbereidende analyse worden uitgevoerd om te beoordelen of de systolische piek het meest relevante tijdsmoment is voor onze doeleinden, om mogelijk de nabewerkingsinspanningen te verminderen.

Experimenteel ontwerp Doel 2: Verwerving van medische beelden: De preoperatieve beelden die zijn verkregen voor Doel 1 zullen worden gebruikt. Medische beeldverwerking: de 3D-modellen van het aortalumen die zijn afgeleid van de verwerking die is uitgevoerd voor doel 1 zullen worden gebruikt. In-silico simulaties. Er zullen twee soorten analyses worden uitgevoerd: 1) Simulatie van TEVAR door FEA om endograft-appositie te voorspellen; 2) CFD-analyse om post-TEVAR hemodynamica te berekenen. Deze simulaties zullen op een seriële manier worden uitgevoerd en een rekenraamwerk definiëren, dat al is ontwikkeld en getest. FEA van TEVAR: Zoals eerder gerapporteerd door onze Groep, lijken de geometrische modellen van de geïmplanteerde endotransplantaten op de belangrijkste kenmerken van echte endotransplantaten; mechanische eigenschappen zijn ontleend aan beschikbare literatuur. ABAQUSv16 (Simulia, Dassault Systèmes®, FR) wordt gebruikt als FEA-oplosser. CFD voor post-TEVAR hemodynamica: Uitgaande van de configuratie van het endotransplantaat voorspeld door de FEA, wordt het computationele domein, dat lijkt op de aorta met het endovasculaire implantaat, gebouwd met behulp van beeldafstandstechniek. De analyse wordt vervolgens uitgevoerd zoals beschreven in Doel 1. Berekening van weerstandskrachten: Zoals beschreven in Doel 1, zal het ontwikkelde hulpmiddel voor nabewerking worden gebruikt om de grootte en richting van de weerstandskrachten langs de boog te berekenen, en ook aan de binnenzijde. oppervlak van het ontplooide endograft.

Experimenteel ontwerp Doel 3: Acquisitie van postoperatieve medische beelden: CTA- en MRI-onderzoeken en ad-hocanalyse van de beelden zullen worden uitgevoerd na 6 maanden follow-up bij gerekruteerde patiënten zoals beschreven in Doel 1. In-silico-simulaties: CFD-analyses zullen worden uitgevoerd zoals beschreven in Doel 1. Verwerking van medische beelden: Dezelfde benadering en dezelfde hulpmiddelen als voorgesteld in Doel 1 zullen worden gebruikt. Segmentatie van postoperatieve CTA zal worden uitgevoerd om een ​​3D-model van het aortalumen en van de stutten van de ontplooide endotransplantaten te reconstrueren. Berekening van weerstandskrachten en validatie: Net als in doel 1 zal 3D-segmentatie van postoperatieve CTA gecombineerd met stroomgegevens van pc-MRI worden gebruikt om CFD-analyse uit te voeren om: 1) de voorspellende waarde van de preoperatieve gemeten weerstandskrachten te beoordelen (doel 1); 2) Valideer de resultaten van in-silico simulaties (doel 2).