Hemodinâmica cardíaca durante assistência ventricular esquerda (FlowVAD)

1. FUNDO

   Nos últimos anos, o uso do dispositivo de suporte circulatório mecânico, HeartMate 3 (HM3) (Abbott Laboratories, Lake Forest, IL), tem atraído atenção significativa no domínio do suporte circulatório para insuficiência cardíaca avançada. As vantagens tangíveis do HM3, incluindo melhor hemocompatibilidade, levando à redução de eventos tromboembólicos e melhores taxas de sobrevivência em comparação com seus antecessores. A transição para o HM3 é particularmente digna de nota, uma vez que o sistema não só provavelmente servirá como uma ponte para o transplante cardíaco ou para a tomada de decisões, mas também será cada vez mais discutido como uma terapia de destino eficaz. Apesar desses avanços, continua sendo imperativo um monitoramento hemodinâmico meticuloso durante qualquer tratamento de suporte circulatório mecânico. Tradicionalmente, a ecocardiografia tem sido predominantemente empregada como modalidade de imagem hemodinâmica. Entretanto, a avaliação ecocardiográfica desses pacientes apresenta desafios notáveis, principalmente no que diz respeito às sombras do metal da bomba, dificultando a compreensão completa da função cardíaca e da hemodinâmica durante o tratamento.

   Na última década, a tomografia computadorizada (TC) teve rápidos avanços, com equipamentos modernos facilitando agora imagens anatômicas de alta resolução do coração ao longo do ciclo cardíaco (TC 4D). Até recentemente, no entanto, a TC também representava um desafio para o exame de pacientes com dispositivos mecânicos de suporte circulatório devido a artefatos metálicos significativos. A recém-introduzida tomografia computadorizada com contagem de fótons (PC-CT), no entanto, agora permite varreduras que produzem imagens de maior resolução com artefatos metálicos reduzidos. A partir da TC resolvida no tempo, as informações funcionais podem posteriormente ser derivadas e extraídas. Foram mostradas anteriormente técnicas para rastreamento automático do movimento da parede cardíaca ao longo do ciclo cardíaco, juntamente com a utilização de dinâmica computacional para resolver numericamente equações mecânicas de fluidos, que provaram permitir simulações de mapas hemodinâmicos intracardíacos.

   As crescentes indicações de tratamento com suporte circulatório mecânico ressaltam a demanda atual por melhoria contínua da qualidade do cuidado e da compreensão clínica dessa opção terapêutica. Embora o tratamento melhore o prognóstico e a qualidade de vida, complicações graves e fatais permanecem recorrentes. Pelo conhecimento dos investigadores, ainda não houve nenhuma pesquisa conduzida abordando a aplicação potencial do novo PC-CT em pacientes com dispositivos mecânicos de suporte circulatório, e certamente nenhuma que tenha estabelecido estruturas numéricas sobre esses dados na tentativa de calcular, visualizar e compreender explorativamente a hemodinâmica intracardíaca durante o tratamento.

   1.2 OBJETIVOS

   1.2.1 OBJETIVO

   O objetivo deste estudo observacional é investigar explorativamente a geometria intracardíaca e a hemodinâmica em pacientes com terapia HeartMate 3 em andamento na região sueca de saúde do sudeste.

   1.2.2 PERGUNTA CIENTÍFICA PRIMÁRIA

   Como os diferentes níveis de fluxo no dispositivo de assistência ventricular esquerda HeartMate 3 influenciam a geometria intracardíaca e a hemodinâmica?

2. MÉTODOS

2.1 DESENHO DO ESTUDO

Este estudo tem um desenho transversal analítico exploratório (múltiplo). O estudo procura descobrir novos insights, padrões e associações dentro dos dados, em parte sem hipóteses predeterminadas. Além disso, o estudo investiga relações ou associações entre variáveis ​​para extrair conclusões significativas dos dados. O estudo examinará três observações distintas das variáveis, em que as configurações do dispositivo dos sujeitos irão variar. Estas observações, no entanto, serão executadas em estreita proximidade temporal, com intervalos de aproximadamente 15 minutos entre cada uma. Como tal, embora o estudo não esteja totalmente em conformidade com os critérios de um desenho de estudo transversal múltiplo, também não se alinha com uma abordagem transversal tradicional de ponto único.

2.2 CONFIGURAÇÃO GERAL

Os participantes da pesquisa serão submetidos a três exames PC-CT seguidos, bem como a determinadas imagens ecocardiográficas, tudo em uma sessão. O HM3 do sujeito da pesquisa está conectado a um software que permite variações na vazão da bomba entre essas coleções de imagens. Todos os exames serão realizados no Centro de Ciência e Visualização de Imagens Médicas (CMIV) da Universidade de Linköping, Suécia. O recrutamento e o exame no âmbito do estudo serão realizados de janeiro a dezembro de 2023. O estudo foi aprovado pela autoridade sueca de revisão ética (número de referência: 2022-06934-01).

2.2 PARTICIPANTES

Todos os pacientes da região de saúde do sudeste sueco, abrangendo os condados de Östergötland, Jönköping e Kalmar, que atendam aos critérios de inclusão e nenhum dos critérios de exclusão, serão convidados a participar deste estudo durante 2023. A triagem para inclusão é conduzida pelos médicos responsáveis ​​pelo LVAD do Departamento de Cardiologia do Hospital Universitário de Linköping.

2.3 VARIÁVEIS

Quanto à especificação das variáveis ​​que serão estudadas, é fundamental esclarecer que devido ao caráter exploratório da pesquisa e à intrincada dinâmica inerente tanto ao uso de referenciais numéricos para cálculo de mapas hemodinâmicos intracardíacos quanto à natureza geométrica dinâmica da TC com resolução temporal, todos as variáveis ​​no início do estudo não são pré-definidas. À medida que a análise avança e toda a profundidade dos dados se torna aparente, variáveis ​​adicionais podem ser identificadas e incorporadas. O processo subsequente de tomada de decisão relativo à inclusão ou exclusão destas variáveis ​​recentemente descobertas será rigorosamente documentado para garantir transparência e robustez na abordagem do estudo.

As variáveis ​​quantificadas serão comparadas em relação à vazão estimada da bomba (L/min), potência (W), índice de pulsatilidade e velocidade do rotor (rpm). Sempre que possível, com base na qualidade da imagem, os resultados também serão relacionados e comparados com medidas ecocardiográficas para discutir a validade do método. Para reduzir o risco de fatores de confusão não intencionais e para minimizar o potencial de viés, também serão coletados vários dados de base relativos aos sujeitos de pesquisa incluídos. Essas variáveis ​​incluem idade (anos), sexo, índice de massa corporal da data de implantação do HM3 (IMC, kg/m^2) e códigos de diagnóstico cardiovascular (CID-10), hemograma (células/μL ou x10^9/L), eletrólitos (mmol/L), testes de função hepática (U/L ou µkat/L para enzimas e g/dL ou µmol/L para substâncias), lactato desidrogenase (U/L), NT-proBNP (pg/mL ou ng /L) e procalcitonina (ng/mL).

2.4 FONTES DE DADOS E MEDIÇÕES

2.4.1 EXAME PC-CT Os exames PCCT serão realizados utilizando um sistema de tomografia computadorizada com contagem de fótons com marca CE (NAETOM Alpha, Siemens Healthineer, Erlangen, Alemanha). As aquisições serão efetuadas em 120 kVp com níveis de qualidade de imagem (IQ) fixados em 70. Um protocolo de administração de contraste bifásico será empregado para garantir a opacificação em todas as quatro câmaras cardíacas. Toda a faixa de varredura passará por reconstruções multifásicas em intervalos correspondentes a cada 5% do ciclo cardíaco, culminando em 20 fases distintas. As imagens de tomografia computadorizada adquiridas foram retransmitidas para o Sistema de Arquivamento e Comunicação de Imagens da instituição (PACS, IDS7, Sectra Medical Systems, Linköping, Suécia).

2.4.2 SEGMENTAÇÃO E RASTREAMENTO DE MOVIMENTO DE PAREDE

O movimento do endocárdio será rastreado a partir dos dados adquiridos da TC. Neste processo, o endocárdio será delineado de forma semiautomática com ITK-SNAP (versão 3.8.0). A geometria será então refinada usando o Ansys SpaceClaim versão 2019 R3 (Ansys Inc, Canonsburg, PA 15317 EUA). Depois disso, a superfície endocárdica será remodelada usando um método de ponto fechado iterativo não rígido para alinhar com segmentações baseadas em limiares das 19 fases cardíacas restantes.

2.4.3 SIMULAÇÕES CFD

Velocidade do fluxo sanguíneo, pressão absoluta, energia cinética de turbulência e estase sanguínea e outras variáveis ​​hemodinâmicas potenciais serão derivadas usando simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), considerando o movimento da parede cardíaca específico do participante. As simulações de CFD serão realizadas utilizando o Ansys Fluent versão 2019 R3, com base no processo previamente validado utilizando ressonância magnética de fluxo 4D. Dois modelos cardíacos serão aplicados. O modelo esquerdo incluirá veias pulmonares, átrio esquerdo, ventrículo esquerdo, HM3, enxerto de saída, via de saída do ventrículo esquerdo e aorta ascendente. O modelo certo incluirá a veia cava superior, a veia cava inferior, o átrio direito, o ventrículo direito, a via de saída do ventrículo direito e a artéria pulmonar. Todas as aberturas serão modeladas como aberturas de pressão, com a vazão resultante do movimento do endocárdio.

2.4.3 VARIÁVEIS DA BOMBA E PRESSÃO ARTERIAL

Antes de cada tomografia computadorizada individual, o fluxo estimado (L/min), a potência (W), o índice de pulsatilidade e a velocidade do rotor (rpm) serão adquiridos do monitor do sistema HeartMate 3 juntamente com a pressão arterial sistólica (mmHg), adquirida usando tecnologia doppler da artéria radial. Esses detalhes serão transferidos para um conjunto de dados estabelecido dentro do projeto.

2.4.5 ECOCARDIOGRAFIA

Imagens ecocardiográficas selecionadas serão realizadas entre cada tomografia computadorizada. O protocolo especificado para o estudo é derivado do protocolo clínico de rotina usado para examinar este grupo de pacientes, mas é selecionado com base no aspecto temporal do exame completo no projeto de pesquisa. Equipe clínica com experiência nesses exames realizará os testes.

2.4.6 CARACTERÍSTICAS DO PACIENTE

Variáveis ​​características dos sujeitos da pesquisa serão obtidas nos prontuários dos sujeitos da pesquisa. Além disso, serão obtidos os resultados dos exames clínicos de sangue mais recentes. Esses detalhes serão transferidos para um conjunto de dados estabelecido dentro do projeto.

2.5 VIÉS

Devido à natureza exploratória do estudo, existem riscos inerentes de viés sistemático e não sistemático. Em primeiro lugar, as variáveis ​​a estudar não estão totalmente predefinidas à partida devido ao desenho exploratório da investigação, o que pode introduzir vieses. Para contrariar esta situação, o processo de tomada de decisão em torno da inclusão ou exclusão de variáveis ​​emergentes será meticulosamente documentado para garantir transparência e robustez na metodologia de investigação. Outra consideração significativa neste estudo é o uso de simulações CFD. Essas simulações, embora poderosas na modelagem da dinâmica de fluidos no sistema cardiovascular, são suscetíveis a vieses com base nos parâmetros de entrada, nas condições de contorno e nos métodos numéricos empregados. A resolução da malha escolhida, os modelos de turbulência e as suposições sobre a reologia do sangue podem influenciar os resultados. Para reforçar a validade dos resultados quantificados da CFD, uma tentativa chave de validação neste estudo é a inclusão de avaliações ecocardiográficas. No entanto, a qualidade da imagem ecocardiográfica irá variar entre os pacientes, o que por si só pode introduzir vieses e prejudicar as possibilidades de validação adequada das simulações de CFD.

2.6 TAMANHO DO ESTUDO

Determinar o tamanho amostral necessário para este projeto é um desafio devido ao método não ter sido previamente avaliado. Dado este contexto, os investigadores basearam-se na literatura disponível em estudos de ecocardiografia e tentaram derivar diferenças clinicamente significativas com base nas configurações da bomba. O estudo visa recrutar até 35 participantes para garantir resultados interpretáveis.

2.7 MÉTODOS ESTATÍSTICOS

As comparações intergrupos serão realizadas usando o teste t de duas amostras. Para avaliar a associação entre variáveis, como variáveis ​​CFD e parâmetros geométricos, será realizada análise de regressão linear. Todos os cálculos estatísticos serão feitos em MATLAB R2021b e o nível de significância será fixado em 5%.