Tomografía de coherencia óptica basada en el análisis de interacción fluido-estructura biomecánica de la progresión de la aterosclerosis coronaria

Harry J. Carpenter; Mergen H. Ghayesh; Anthony C. Zander; Juanita L. Ottaway; Giuseppe Di Giovanni; Stephen J. Nicholls; Peter J. Psaltis

doi:10.3791/62933

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Artículo de método

Tomografía de coherencia óptica basada en el análisis de interacción fluido-estructura biomecánica de la progresión de la aterosclerosis coronaria

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DOI:

10.3791/62933

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15 de enero de 2022

Harry J. Carpenter¹ , Mergen H. Ghayesh¹ , Anthony C. Zander¹ , Juanita L. Ottaway² , Giuseppe Di Giovanni³ , Stephen J. Nicholls⁴ , Peter J. Psaltis³^,⁵^,⁶

¹School of Mechanical Engineering, University of Adelaide, ²South Australian Health and Medical Research Institute (SAHMRI), ³Vascular Research Centre, Lifelong Health Theme, South Australian Health and Medical Research Institute (SAHMRI), ⁴Monash Cardiovascular Research Centre, ⁵Adelaide Medical School, University of Adelaide, ⁶Department of Cardiology, Central Adelaide Local Health Network

En este artículo

Resumen

Es necesario determinar qué lesiones ateroscleróticas progresarán en la vasculatura coronaria para guiar la intervención antes de que ocurra el infarto de miocardio. Este artículo describe el modelado biomecánico de arterias a partir de la tomografía de coherencia óptica utilizando técnicas de interacción fluido-estructura en un solucionador comercial de elementos finitos para ayudar a predecir esta progresión.

Resumen

En este trabajo, presentamos un flujo de trabajo completo para el análisis biomecánico de la placa aterosclerótica en la vasculatura coronaria. Con la aterosclerosis como una de las principales causas de muerte, morbilidad y carga económica a nivel mundial, se necesitan nuevas formas de analizar y predecir su progresión. Uno de estos métodos computacionales es el uso de la interacción fluido-estructura (FSI) para analizar la interacción entre el flujo sanguíneo y los dominios arteria/placa. Junto con las imágenes in vivo, este enfoque podría adaptarse a cada paciente, ayudando a diferenciar entre placas estables e inestables. Esbozamos el proceso de reconstrucción tridimensional, haciendo uso de la Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) intravascular y la angiografía coronaria invasiva (ICA). La extracción de las condiciones de contorno para la simulación, incluida la replicación del movimiento tridimensional de la arteria, se discute antes de que la configuración y el análisis se realicen en un solucionador comercial de elementos finitos. El procedimiento para describir las propiedades hiperelásticas altamente no lineales de la pared arterial y la velocidad / presión sanguínea pulsátil se describe junto con la configuración del acoplamiento del sistema entre los dos dominios. Demostramos el procedimiento mediante el análisis de una placa no culpable, ligeramente estenótica, rica en lípidos en un paciente después de un infarto de miocardio. Los marcadores establecidos y emergentes relacionados con la progresión de la placa aterosclerótica, como el esfuerzo cortante de la pared y la helicidad local normalizada, respectivamente, se discuten y se relacionan con la respuesta estructural en la pared arterial y la placa. Finalmente, traducimos los resultados a la relevancia clínica potencial, discutimos las limitaciones y describimos áreas para un mayor desarrollo. El método descrito en este artículo es prometedor para ayudar en la determinación de sitios en riesgo de progresión aterosclerótica y, por lo tanto, podría ayudar a controlar la muerte significativa, la morbilidad y la carga económica de la aterosclerosis.

Introducción

La enfermedad arterial coronaria (EAC) es el tipo más común de enfermedad cardíaca y una de las principales causas de muerte y carga económica a nivel mundial¹^,². En los Estados Unidos, aproximadamente una de cada ocho muertes se atribuye a CAD^3,^4,mientras que la mayoría de las muertes globales por CAD ahora se observan en países de ingresos bajos y medios⁵. La aterosclerosis es el principal impulsor de estas muertes, con ruptura de placa o erosión que conduce a la oclusión de la arteria coronaria y al infarto agudo de miocardio....