Tomografia a coerenza ottica basata sull'analisi dell'interazione fluido-struttura biomeccanica della progressione dell'aterosclerosi coronarica

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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Articolo metodologico

Tomografia a coerenza ottica basata sull'analisi dell'interazione fluido-struttura biomeccanica della progressione dell'aterosclerosi coronarica

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DOI:

10.3791/62933

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15 gennaio 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

In questo articolo

Sommario

È necessario determinare quali lesioni aterosclerotiche progrediranno nella vascolarizzazione coronarica per guidare l'intervento prima che si verifichi l'infarto miocardico. Questo articolo delinea la modellazione biomeccanica delle arterie dalla tomografia a coerenza ottica utilizzando tecniche di interazione fluido-struttura in un risolutore commerciale agli elementi finiti per aiutare a prevedere questa progressione.

Abstract

In questo articolo, presentiamo un flusso di lavoro completo per l'analisi biomeccanica della placca aterosclerotica nella vascolarizzazione coronarica. Con l'aterosclerosi come una delle principali cause di morte globale, morbilità e onere economico, sono necessari nuovi modi di analizzare e prevedere la sua progressione. Uno di questi metodi computazionali è l'uso dell'interazione fluido-struttura (FSI) per analizzare l'interazione tra il flusso sanguigno e i domini arteriosi / placca. Accoppiato con l'imaging in vivo, questo approccio potrebbe essere adattato a ciascun paziente, aiutando a distinguere tra placche stabili e instabili. Delineiamo il processo di ricostruzione tridimensionale, facendo uso della tomografia a coerenza ottica intravascolare (OCT) e dell'angiografia coronarica invasiva (ICA). L'estrazione delle condizioni al contorno per la simulazione, compresa la replica del movimento tridimensionale dell'arteria, viene discussa prima che l'impostazione e l'analisi siano condotte in un risolutore commerciale agli elementi finiti. La procedura per descrivere le proprietà iperelastiche altamente non lineari della parete arteriosa e la velocità / pressione pulsatile del sangue è delineata insieme alla configurazione dell'accoppiamento del sistema tra i due domini. Dimostriamo la procedura analizzando una placca non colpevole, leggermente stenotica, ricca di lipidi in un paziente a seguito di infarto miocardico. I marcatori stabiliti ed emergenti relativi alla progressione della placca aterosclerotica, come lo stress da taglio della parete e l'elicità normalizzata locale, rispettivamente, sono discussi e correlati alla risposta strutturale nella parete arteriosa e nella placca. Infine, traduciamo i risultati in potenziale rilevanza clinica, discutiamo i limiti e delineiamo le aree per l'ulteriore sviluppo. Il metodo descritto in questo documento mostra la promessa di aiutare nella determinazione dei siti a rischio di progressione aterosclerotica e, quindi, potrebbe aiutare a gestire la morte significativa, la morbilità e l'onere economico dell'aterosclerosi.

Introduzione

La malattia coronarica (CAD) è il tipo più comune di malattia cardiaca e una delle principali cause di morte e onere economico a livello globale^1,^2. Negli Stati Uniti, circa un decesso su otto è attribuito a CAD³^,⁴, mentre la maggior parte dei decessi globali da CAD sono ora visti nei paesi a basso e medio reddito⁵. L'aterosclerosi è il driver predominante di queste morti, con rottura della placca o erosione che porta all'occlusione dell'arteria coronaria e all'infarto miocardico acuto (AMI)⁶. Anche dopo ....