Гемодинамика, вегетативные и когнитивные функции после процедур реваскуляризации сонных артерий (BAROX)

Гипотеза и значимость. Поздний клинический исход и прогноз после КАС могут быть хуже, чем после КЭА, с точки зрения вегетативной модуляции, гемодинамического ремоделирования и когнитивной функции.

Конкретная цель: 1) Сравнить влияние КЭА и КАС на долгосрочную послеоперационную функцию барорецепторов и на когнитивную функцию мозга, а также проанализировать их влияние на клинический исход. Конкретная цель состоит в том, чтобы оценить возможную корреляцию между послеоперационной вегетативной и когнитивной функцией. 2) Оценить воздействие на стенку сонной артерии из-за CAS по сравнению с CEA посредством структурного анализа и механического моделирования. Конкретная цель состоит в том, чтобы оценить возможную корреляцию между стентированием, повреждением стенок, нарушением барорецепторов и поздними неврологическими последствиями. 3) Оценить послеоперационную каротидную гемодинамику, сочетая анализ медицинских изображений, клинические данные и компьютерное моделирование. Конкретная цель направлена ​​на корреляцию как локальных (например, напряжение стенок), так и глобальных явлений (контролатеральный кровоток, жесткость артерий) с функцией барорефлекса и послеоперационными неврологическими исходами.

Экспериментальный план Цель 1: компьютеризированный метод, требующий небольшого вмешательства оператора, будет использоваться для оценки показателей вегетативного симпатовагального баланса, направленного на синоатриальный узел, симпатической вазомоторной модуляции и усиления барорефлекса, все из спонтанных колебаний интервала R-R и вариабельность систолического артериального давления (САД) с учетом только условий синусового ритма. После установки электрода и датчика пациенты будут находиться в течение 10 минут в положении лежа на спине, что необходимо для стабилизации, после чего будут непрерывно записываться кривые артериального давления, электрокардиограмма и дыхательная активность в течение номинального 5-минутного исходного уровня, а затем в течение последующих 5-минутных периодов. активного стояния.

Сердечно-сосудистые сигналы будут получены с помощью 4-канального цифрового полиграфа. Электрокардиограмма будет записываться с помощью двух электродов, размещенных на груди пациента, характер дыхания будет регистрироваться с помощью пьезоэлектрического пояса, а артериальное давление в пальцах будет непрерывно контролироваться с помощью непрерывного неинвазивного монитора гемодинамики CNAP 500 HD (CNSystems Medizintechnik AG, Австрия). Как описано ранее, (8) ряд индексов, косвенно отражающих вегетативную сердечно-сосудистую модуляцию, будет получен из спектрального анализа интервала R-R и вариабельности SAP. Послеоперационный автономный сердечно-сосудистый контроль будет коррелировать с клиническим исходом и показателями когнитивных функций. Зарегистрированные пациенты будут отправлены на мини-обследование психического состояния для скрининга общих когнитивных нарушений. Затем когнитивные вызванные потенциалы P300 будут записываться до и после лечения с помощью электродов Ag/AgCl с регистратором Brain Vision (Brain Products GmbH, Гильхинг, Германия). Вызванные потенциалы P300 будут генерироваться после бинаурально представленной парадигмы различения тонов (парадигма нечетного шара) с частыми (80%) тонами 1000 Гц и редкими (20%) целевыми тонами 2000 Гц при 75 дБ HL. Полоса пропускания фильтра будет от 0,01 до 30 Гц. Активные электроды будут размещены в точках Cz (макушка) и Fz (лобная часть) соответственно и привязаны к связанным электродам A1/2 мочки уха (международная система 10/20). Во время парадигмы пациенты будут проинструктированы вести мысленный подсчет редких целевых тонов частотой 2000 Гц. Для проверки внимания записи P300 с расхождением >10% между фактическим количеством стимулов и числом, подсчитанным пациентами, будут отклонены и повторены. Запись вызванного потенциала P300 приведет к стабильной последовательности положительных и отрицательных пиков. Будут оцениваться задержки в миллисекундах (мс) когнитивного пика P300. Для подтверждения воспроизводимости для всех пациентов будут записаны два набора измерений P300.

Экспериментальный дизайн Цель 2: Компьютерное моделирование CAS выполняется с использованием вычислительной основы, которую можно использовать для анализа как положения стента, так и напряжения стенки сосуда в виртуальном режиме. Каркас состоит из двух основных частей: модели сосуда и модели стента. Предоперационные и послеоперационные медицинские изображения (включая МРТ с контрастным усилением (CE) высокого разрешения и компьютерно-томографическую ангиографию (CTA)) будут представлять собой исходные данные для построения модели сонной артерии для конкретного пациента. Трехмерный профиль просвета сосуда реконструируется путем сегментации стека изображений DICOM с использованием таких инструментов, как ITK-SNAP (www.itksnap.org). или ВМТК (www.vmtk.org). Расчетная область (так называемая сетка), используемая для решения уравнений равновесия, управляющих структурным взаимодействием стент-сосуд, создается с помощью собственной разработанной процедуры, закодированной в Matlab (The Mathworks Inc., Натик, Массачусетс, США). . Нелинейная механическая реакция артериальной ткани воспроизводится с использованием анизотропной гиперупругой функции напряжения-энергии, учитывающей два семейства волокон, ориентированных вдоль предпочтительного направления с определенной степенью дисперсии. Параметры модели будут откалиброваны по отношению к экспериментальным испытаниям ткани сонной артерии на растяжение. Затем артериальная модель собирается в среде моделирования с заданной моделью стента, выбранной из предопределенной библиотеки конструкций стентов (генерация сетки стента основана на геометрических измерениях, выполненных на микро-КТ образцов стента с высоким разрешением). Моделирование CAS выполняется посредством структурного анализа методом конечных элементов (FEA); коммерческий решатель FEA Abaqus (Simulia, Dassault Systemes, FR) используется для моделирования. Инженерные результаты моделирования (т. е. поле смещения узлов, тензор напряжения и деформации в каждой точке интегрирования сетки) разрабатываются для оценки клинически значимых параметров эффективности стентирования (например, увеличение просвета, выпрямление сосудов, размер ячейки стента). Выходные данные будут использоваться в качестве входных данных для анализа вычислительной гидродинамики для оценки влияния имплантированной конструкции на локальную гемодинамику (например, напряжение сдвига стенки, индекс колебательного сдвига и т. д.). Точно так же структурный анализ CEA будет выполняться посредством виртуального повышения давления послеоперационной артериальной геометрии.

Экспериментальный план 3: Переходя от вычислительной гидродинамики и анализа взаимодействия жидкости и конструкции, исследователи планируют ввести конкретную модель для описания функции барорефлекса, и на нее могут повлиять два разных типа лечения (CEA и CAS). Это требует создания так называемой «геометрической многомасштабной» модели. При этом исследователи имеют в виду численную модель, сочетающую локальное описание гемодинамики (разработанное в задаче 2) с более системным представлением. Последний состоит из двух компонентов:

а) одномерная сеть, математически описываемая системой дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих распространение волны давления по артериальному дереву; каждый сегмент сети задается гиперболической системой, называемой «уравнениями Эйлера». б) компартментной моделью для представления периферической микроциркуляции и включения механизмов обратной связи, индуцированных функцией барорефлекса. Далее это будет представлено системой обыкновенных дифференциальных уравнений, где сопротивления должным образом зависят от функции барорефлекса.

В этой цели исследователи планируют две подцели:

1. Создание вычислительной многомасштабной модели в рамках решателя LifeV, объектно-ориентированной библиотеки C++ общего назначения с конечными элементами, разработанной А. Венециани и его сотрудниками (в Политехническом университете Милана и Лозанне, EPFL) www.lifev.org и открыто загружаемый. На этом этапе исследователи воспроизведут общую модель Blanco et al. В частности, идентификация параметров для двух разных уровней моделей (1D и сосредоточенные параметры) будет выполняться в соответствии с предложенной процедурой. При проверке решателя также будут использоваться тесты, представленные в этой статье.
2. Принятие решателя, ранее разработанного для тестовых случаев, рассмотренных в цели 2. Это означает, что 3D-модель, разработанная в цели 2, будет принята для 3D-части геометрической многомасштабной модели. Это позволит провести количественный анализ различного воздействия двух методов лечения и, в конечном итоге, оценить в виртуальном сценарии, как изменения податливости сонных артерий могут ухудшить функцию барорефлекса. Все случаи CAS и CEA, рассмотренные в задаче 2, будут оснащены этой многомасштабной структурой. Таким образом, ожидаемыми результатами этой цели являются: а) проверенный геометрический многомасштабный решатель с открытым исходным кодом, включающий функцию барорефлекса, который будет систематически использоваться в условиях конкретного пациента. б) подробное сравнение характеристик различных вариантов.