颈动脉血运重建术后的血流动力学和自主神经及认知表现 (BAROX)

假设和意义：在自主神经调节、血流动力学重塑和认知功能方面，CAS 后的晚期临床结果和预后可能不如 CEA 后。

具体目的：1）比较CEA和CAS对术后远期压力感受器功能和认知脑功能的影响，分析其对临床结局的影响。 具体目标是评估术后自主神经和认知功能之间的潜在相关性。 2) 通过结构分析和机械建模，与 CEA 相比，评估 CAS 对颈动脉壁的征集。 具体目标是评估支架置入术、壁损伤、压力感受器损伤和晚期神经后遗症之间的潜在相关性。 3) 结合医学图像分析、临床数据和计算机模拟评估术后颈动脉血流动力学。 具体目标旨在将局部（例如壁应力）和全局现象（控制侧流、动脉硬化）与压力反射功能和术后神经结果相关联。

实验设收缩动脉压 (SAP) 变异性，仅考虑窦性心律情况。 电极和传感器定位后，患者将保持仰卧休息姿势 10 分钟，这是稳定所必需的，随后将在标称 5 分钟基线期间连续记录血压波形、心电图和呼吸活动，然后在随后的 5 分钟内记录积极的地位。

心血管信号将通过 4 通道数字测谎仪采集。 心电图将通过放置在患者胸部的两个电极记录，呼吸模式将通过压电带记录，手指动脉血压将通过 CNAP 500 HD 连续无创血液动力学监测仪（CNSystems Medizintechnik AG，奥地利）连续监测。 如前所述，（8）一系列间接反映自主心血管调节的指标将来自R-R间期和SAP变异性的光谱分析。 术后心血管自主控制将与临床结果和认知表现测量相关。 入组患者将提交简易精神状态检查以进行一般认知障碍筛查。 然后在治疗前后用 Ag/AgCl 电极和脑视觉记录仪（Brain Products GmbH，Gilching，德国）记录认知 P300 诱发电位。 P300 诱发电位将在双耳呈现的音调辨别范式（奇球范式）后产生，频率为 1000 Hz 的频繁 (80%) 音调和 75 dB HL 下的 2000 Hz 稀有 (20%) 目标音调。 滤波器带通将为 0.01 至 30 Hz。有源电极将分别放置在 Cz（顶点）和 Fz（额叶），并参考连接的耳垂 A1/2 电极（10/20 国际系统）。 在范例期间，将指示患者对罕见的 2000 Hz 目标音调进行持续的心理计数。 为了验证注意力，P300 记录的实际刺激数量与患者计数的数量之间的差异 > 10% 将被拒绝并重复。 P300 诱发电位记录将产生稳定的正负峰序列。 将评估认知 P300 峰值的毫秒 (ms) 延迟。 为确认可重复性，将为所有患者记录两组 P300 测量值。

实验设计目标 2：CAS 的基于计算机的模拟是利用计算框架执行的，该计算框架可用于以虚拟方式分析支架并置和血管壁应力。 该框架包括两个主要部分：血管模型和支架模型。 术前和术后医学图像（包括高分辨率对比增强 (CE)-MRI 和计算机断层扫描血管造影 (CTA)）将代表构建患者特定颈动脉模型的输入。 使用 ITK-SNAP (www.itksnap.org) 等工具通过 DICOM 图像堆栈的分割重建血管的 3D 管腔轮廓 或 VMTK (www.vmtk.org)。 用于求解控制结构支架-血管相互作用的平衡方程的计算域（所谓的网格）是由内部开发的程序创建的，在 Matlab 中编码（The Mathworks Inc.，Natick，MA，USA） . 动脉组织的非线性机械响应采用各向异性超弹性应变能函数再现，占两个纤维族，沿首选方向定向，具有一定的色散度。 模型参数将根据颈动脉组织的实验拉伸测试进行校准。 然后在仿真环境中使用从预定义的支架设计库中挑选的给定支架模型组装动脉模型​​（支架网格生成基于对支架样品的高分辨率显微 CT 进行的几何测量）。 CAS 模拟通过结构有限元分析 (FEA) 进行；采用商业 FEA 求解器 Abaqus（Simulia，Dassault Systemes，FR）来运行模拟。 仿真的工程结果（即节点位移场、网格每个积分点处的应力张量和应变）被详细阐述以评估支架性能的临床相关参数（例如 管腔增益、血管矫直、支架单元尺寸）。 输出将用作计算流体动力学分析的输入，以评估植入设计对局部血液动力学的影响（例如，壁剪切应力、振荡剪切指数等）。 同样，CEA 的结构分析将通过术后动脉几何形状的虚拟加压进行。

实验设计 3：从计算流体动力学和流固耦合分析出发，研究人员计划引入一个特定模型来描述压力反射功能，这可能会受到两种不同类型治疗（CEA 和 CAS）的影响。 这需要建立所谓的“几何多尺度”模型。 有了这个，研究人员意味着一个数值模型，将血液动力学的局部描述（在目标 2 中开发的）与更系统的表示相结合。 后者由两个部分组成：

a) 由代表压力波沿动脉树传播的偏微分方程组数学描述的一维网络；网络的每个部分都由称为“欧拉方程”的双曲线系统给出 b) 用于表示外周微循环并包括由压力反射功能引起的反馈机制的隔室模型。 接下来，这将由一个常微分方程系统表示，其中阻力适当地取决于压力反射函数。

在这个目标中，研究人员计划了两个子目标：

1. 在 LifeV 求解器框架内建立计算多尺度模型，LifeV 求解器是一个有限元通用 C++ 面向对象库，由 A. Veneziani 和他的合作者（在米兰理工大学和洛桑 EPFL）开发 www.lifev.org 并且可以公开下载。 在此阶段，研究人员将重现 Blanco 等人的一般模型。 特别是，两个不同级别模型（一维和集总参数）的参数识别将按照建议的程序进行。 求解器的验证也将利用本文中提供的基准。
2. 采用先前为目标 2 中考虑的测试用例开发的求解器。这意味着目标 2 中开发的 3D 模型将用于几何多尺度模型的 3D 部分。 这将允许对两种治疗的不同影响进行定量分析，并最终在虚拟场景中评估颈动脉顺应性的变化如何损害压力反射功能。 目标 2 中考虑的所有 CAS 和 CEA 案例都将配备此多尺度框架。 因此，这一目标的预期交付成果是：a) 一个经过验证的开源几何多尺度求解器，包括将在特定患者环境中系统使用的压力反射功能。 b) 广泛比较不同选项的性能。