In-vitro benchmarking av för närvarande tillgängliga hjärtventilproteser för kirurgisk och perkutan behandling av aortastenos med liten annulus, följt av validering i vivo (SurPASS)

Målet med studien är att testa hydrodynamiska prestationer av olika kirurgiska och transkateterventilproteser, även enligt implantationstekniken. En dedikerad magnetisk resonansavbildning (MRI) kompatibel hålig cirkulationssimulator kommer att implementeras, inklusive en krets fylld med blod-alike-vätska, en pulserande pump och 3D-tryckta kiselfantom av stigande aorta.

Datainsamling kommer att fokusera på strukturella förändringar av proteser som svar på flöde, inklusive broschyrrörelse, gradienter och flöden över ventilen, tagna antingen genom direkttrycksmätningar och 4D -flödes MRI. Som andra steg kommer transvalvulargradienter och ventilprestanda hos patienter implanterade med samma testade ventiler att mätas med ekokardiogram och 4D-flödes-MRI.

Degenerativ aortaventilstenos är en vanlig sjukdom hos människor> 65 år, med en uppskattad hastighet som närmar sig 10% i västländerna. Trots framsteg inom diagnos och terapi representerar invasiva behandlingar fortfarande det enda definitiva alternativet, inklusive kirurgisk aortaventilersättning (SAVR) och nyligen mindre invasiv transkateter aortaventilersättning (TAVR).

Patienter med liten aorta-annulus utgör en utmanande delmängd, där behovet av att minimera både procedurell och långvarig risk för att undvika patientprotes-missanpassning (PPM) och strukturell ventilförsämring (SVD). Den gemensamma nämnaren verkar vara blodflöde, som har visat att spela en viktig roll i sena komplikationer. I själva verket är PPM associerad med tidigare strukturell ventildysfunktion och högre långsiktig dödlighet. För att erhålla större effektivt öppningsområde måste kirurger överväga många olika procedurer (ringformad utvidgning), ventilmodeller (stentade ventiler, subkoronära stentlösa ventiler eller snabba distributionsventiler) eller olika tekniker för ventilsuturering. Men i litteraturen finns det ingen tydlig indikation på den ideala behandlingsstrategin hittills. Hjärtventilproteser genererar turbulent flöde i aortroten och den stigande aorta. Hydrodynamiska instabiliteter och turbulent flöde kan ge kliniskt biverkningar. Därför bör en grundlig utvärdering av hemodynamiska och flödesförhållanden testas för att ge den mest effektiva behandlingsstrategin för varje patient.

Båda enheterna utför regelbundet kirurgiska såväl som perkutana aortaventilutbyten: Patienter från båda centra kommer att registreras för att utvärdera efter implantatventilprestanda med ekokardiogram och MR-avbildning.

Båda enheterna kommer att ha ett lika bidrag med avseende på studiedesign, insamling av patienter, data, analys och tolkning av data, ritning av manuskript.

Dessutom kommer enhet 1 att ställa in och köra det håliga cirkulationssystemet för in vitro-test.

Ventilprestanda kan testas med hjälp av avancerade kardiovaskulära avbildningstekniker i kombination med in vitro -testplattformar. Å ena sidan erbjuder tredimensionella tidsupplösta MR med tre riktningshastighetskodning (4D-flödes-MR) möjligheten att bedöma blodflödesmönster som möjliggör full volumetrisk täckning av regionen av intresse, en detaljerad 3D-visualisering av flödesmönstret och post hoc-kvantifiering av flera hemodynamiska metriker. Å andra sidan är in vitro-inställningen den guldstandardmetoden för att konsekvent undersöka blodtrycksvariabiliteten (BPV) hemodynamik i en fullt kontrollerad miljö, genom ad hoc-systemsensorisering, under en standardiserad installation och protokoll av mätningar, utan inflytande genom förvirrande in vivo-faktorer. Kombinationen av dessa två tekniker möjliggör karakterisering av utvalda hjärtventiler proteser.

3D- och datorsimuleringslaboratoriet (kort sagt C3DLAB) är utrustad med anläggningar som specifikt ägnas åt 3D -medicinsk bildbehandling, inklusive dedikerade kommersiella mjukvaror för 3D -anatomiska rekonstruktioner (t.ex. Mimics Innovation Suite, Materialize). Dedikerade arbetsstationer (Fujitsu Celsius J550/2, Intel® Core¿ I7-7700 CPU 3,60 GHz med 32 GB RAM) finns tillgängliga för förbehandling. C3Dlab-anläggningar inkluderar också en avancerad 3D-skrivare (MJP2500 Plus, av 3D-system) för att erhålla deformerbara och suterbara fantom av hjärt- eller små hjärtstrukturer och en mycket noggrann 3D-skanner (Artec-mikro, av Artec 3D) för att erhålla den digitala modellen av implanterbara enheter eller små hjärtstrukturer. MRI, och specifikt 4D -flödes MR, kan utföras vid IRCCS Policlinico San Donato med en 1,5 T magnetom Aera -maskin (Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland) skanner.

Specifikt mål 1 för att klassificera och jämföra ventiler enligt faktisk uppmätt storlek och hemodynamisk prestanda (tryckgradienter och härledda mått), snarare än etikettstorlek.

I den kirurgiska gruppen kommer de två vanligaste implantationsteknikerna att jämföras: intra-annulära kontra supra-annulära positionering, erhållna genom att placera avbrutna ständiga och icke-everting pledeterade suturer. Ventilproteser kommer att delas upp i tre grupper och testas i enlighet därmed:

• Vävnadsventiler: Stentad perikardial.
• Sutureless/snabb distribution.
• Bi-Leaflet Mechanical Ventiles. I transkateter Aortic Valve Implantation (TAVI) -gruppen beror ventilpositionen på valet av val. Vid tidpunkten för ventilens utplacering bör dessutom kommissionell anpassning beviljas för att undvika flödesnedsättning till kranskärlet Ostia på grund av stor överlappning av proteskommissionerna. Detta kan vara en nästan dödlig händelse och leder till en redo-tavi-förfarande. Dessutom tyder nyligen på bevis på att kommissionell anpassning efter Tavi kan påverka ventilhemodynamik och hållbarhet.

Transkateterventilproteser kommer att delas upp i två huvudgrupper:

• Självutvidgningsbara (SE)
• Ballong-expanderables (BE)
• Båda ventilgrupperna utvärderas också i ventil-i-ventilpositionen.

Specifikt syfte 2 Utredarens antagande är att hemodynamisk prestanda kanske inte är den enda faktorn att beakta vid ventilval, men andra kan påverka långsiktig hållbarhet och risk för anordningsrelaterade komplikationer såsom tidig degeneration, trombo-emboliska händelser och endokardit.

Därför kommer analys och klassificering av testade protesventiler att utföras, med flödesmönster, skjuvkrafter och turbulens som verkar genom ventilöppningen, strukturerna och på broschyrerna.

Tredimensionell tidsupplöst MRT med tre riktningshastighetskodning (4D-flödes-MR) erbjuder möjligheten att bedöma blodflödesmönster som möjliggör full volymetrisk täckning av regionen av intresse.

4D-flödes-MR-sekvensen inkluderar en prototyp tidsupplöst 3D-gradienteko-sekvens med tre-riktad hastighetskodning. Flera vätskedynamiska parametrar kan extraheras från 4D -flödes -MRI med användning av avancerade numeriska scheman, inklusive tryckgradienter, kinetisk energi och viskös energiförlust. Dessutom kan strömlinjer och väglinjer användas för att visuellt utvärdera blodflödesbanor.

Specifikt AIM 3 In-Vivo-validering av resultat. Mätningar kommer att tas från ett tillräckligt antal patienter implanterade med samma ventiltyper och modeller som testades in-vitro.

Transthoracic ekokardiografi är en enkel, billig och allmänt antagen teknik som representerar standarden för vård i postoperativ uppföljning av patienter med protesventiler. Den kritiska aspekten för fullständig protesutvärdering är:

• Morfologi (flail/avulserad, förtjockning, förkalkning, pannus) och/eller rörlighet (överdriven, reducerad) av de bioprotetiska ventilbroschyrerna och korrekta protesstentposition.
• Hemodynamic data: integrate evaluation of peak and mean transvalvular gradients, effective orifice area (EOA) by the continuity equation and Doppler velocity index (DVI) to evaluate correct prosthetic function and differentiate between valve dysfunction and PPM in case of elevated trans-valvular gradient prosthetic regurgitation: distinguish between intra-valvular jet (rare) and paravalvular läckage (PVL - oftare) som kombinerar ett antal Doppler -parameter: Antal, plats och omkretsutveckling av PVL -hastighetsvågformdensitet och jetavsnittsfrekvens (CWD), diastolisk flödesomvändning (PWD) i nedgången aorta/ buken aorta, vena contracta widch och area (2D/ 3D cd)
• Kvantitativ analys: Regurgitant Volume, Regurgitant Fraktion och effektivt regurgitantöppningsområde (EROA).

Beträffande 4D-flödes-MR, kommer insamlade parametrar att likna de som analyseras in vitro: tryckgradienter, kinetisk energi, viskös energiförlust samt strömlinjer och väglinjer.

Utredarna antar att systemet tillåter att förutsäga flödesdynamik och dess förändringar, bättre än de som redan finns, och närmare återspeglar den hemodynamiska prestanda hos implantat i vivo.

Målet är att ge en opartisk insikt om vilken behandling som är bäst i olika undergrupper av patienter för att hjälpa till att vägleda kliniska beslut.