Een op magnetische resonantiebeeldvorming gebaseerd computationeel protocol voor analyse van plaquemorfologie en hemodynamica bij patiënten met stenose van de halsslagader

Ons onderzoek beoordeelt fysiologisch relevante risicofactoren voor tandplakembolie en beroerte bij patiënten met inwendige halsslagaderstenose. In het bijzonder kijken we naar hoe de morfologie van plaque en de hemodynamische omgeving verschillen bij patiënten met stenose van de halsslagader. Op het gebied van cerebrovasculair onderzoek zijn recente inspanningen gericht op het identificeren van voorspellers van een beroerte bij patiënten met asymptomatische stenose van de halsslagader met een specifieke focus op patiëntspecifieke risicofactoren, beeldvormingskenmerken en hemodynamische parameters, die kunnen worden gekoppeld aan een verhoogd risico op een beroerte.

Computationele vloeistofdynamica maakt niet-invasieve patiëntspecifieke analyse van de bloedstroom mogelijk, en het wordt steeds vaker gebruikt naast magnetische resonantiebeeldvorming en CTA voor het tellen van fotonen om de structuur en samenstelling van halsslagaderplaques te beoordelen. De huidige magnetische resonantiebeeldvorming wordt beperkt door lange scantijden, complexe beeldinterpretatie en herpositioneringsfouten. En aan de andere kant lijdt computationele vloeistofdynamica onder beperkte patiëntspecifieke gegevens en slechte modelafstemming, waardoor de nauwkeurigheid afneemt.

Onze groep heeft aangetoond dat patiënten met een vergelijkbare mate van vernauwing van de interne halsslagaderstenose verschillende hemodynamische profielen vertonen en dat bij patiënten met bilaterale stenose de mate van ernst van de stenose de hemodynamiek en stroomkenmerken van beide zijden beïnvloedt. En dit onderstreept echt de complexe cerebrovasculaire en hemodynamische interacties bij deze patiënten. Start om te beginnen de CRIMSON-software op een computersysteem.

Importeer geanonimiseerde DICOM-beeldgegevens voor patiëntspecifieke anatomie in CRIMSON met behulp van de importknop in de gegevensmanager. Selecteer met behulp van het venster voor geometriemodellering het bewerken van het vaatpad en maak een vatboom met de gemeenschappelijke halsslagader, de externe halsslagader en de interne halsslagader. Begin de gemeenschappelijke hartlijn van de halsslagader op het niveau van C5 waar de PC MRI-stroomgolfvorm werd verkregen.

Plaats de interne hartlijn van de halsslagader zo dat deze één tot twee centimeter distaal van de stenose eindigt, overeenkomend met de locatie van de PC MRI-golfvorm. Plaats vervolgens het eindpunt van de externe hartlijn van de halsslagader proximaal van de eerste-ordetakken, overeenkomend met de locatie voor het verwerven van de PC MRI-golfvorm. Gebruik nu het venster voor het opnieuw snijden van het schip om de middellijn en de dwarsdoorsnede loodrecht op de middellijn te visualiseren nadat u ten minste twee punten langs elk schip hebt toegevoegd.

Voeg met hetzelfde venster vaartuigcontouren toe om de grenzen van de vaatwand aan te geven. De linkerkant van het venster voor het opnieuw snijden van het schip geeft de originele afbeelding weer, terwijl de rechterkant het afbeeldingsverloop weergeeft voor het definiëren van contouren. Plaats de contouren vaak genoeg om de kromming van het vat en de veranderende geometrie vast te leggen zonder te veel te passen.

Nadat u alle contouren hebt gedefinieerd, gebruikt u de loft-knop in het venster voor het modelleren van scheepscontouren om een gecombineerd 3-dimensionaal solide model te genereren via lofting. Gebruik vervolgens het venster voor het mengen van vaten om het filetalgoritme te selecteren voor het mengen van het vatmodel in één vaste geometrie. Open het installatievenster voor meshing en oplosser en klik op de meshing-knop om meshing-opties weer te geven om mesh-parameters te configureren.

Stel in het venster met algemene opties de grootte van het globale element in op een absolute waarde tussen 0,5 millimeter en 0,75 millimeter. Stel vervolgens het type grenslaag in op geometrische groei, het totale aantal lagen op drie, de eerste laagdikte op 0,2 millimeter en de totale laagdikte op één millimeter. Pas vervolgens krommingsverfijning toe om gaaselementen toe te voegen in gebieden met een hoge kromming, zoals de stenose.

Klik met de rechtermuisknop op de mesh en klik op de mesh-informatieknop om mesh-statistieken te bekijken, waaronder het aantal elementen, beeldverhoudingen en distributie. Als u randvoorwaarden wilt opgeven, klikt u op het venster voor het instellen van mazen en oplossers. Selecteer het pictogram voor de instelling van de Oplosser en voeg vervolgens een randvoorwaarde toe die is ingesteld met behulp van het BC-pictogram.

Bekijk de randvoorwaarden die momenteel beschikbaar zijn in CRIMSON. Klik nogmaals op het BC-pictogram, selecteer geen slip om stijve, niet-vervormbare muren te implementeren en pas dit toe op alle muren met behulp van de optie toepassen op alle muren. Selecteer vervolgens de voorgeschreven snelheid.

Importeer de eerder gedefinieerde instroomgolfvorm en wijs een parabolisch snelheidsprofiel toe aan de CCA-inlaat. Importeer op dezelfde manier de pulserende uitstroomgolfvorm van de ECA die een parabolisch snelheidsprofiel in kaart brengt naar de ECA-uitgang. Klik nu op het BC-pictogram, kies RCR en vul een Windkessel-model met drie elementen in, bestaande uit proximale weerstand, distale weerstand en condensator.

Wijs de RCR toe aan de ICA-outlet op basis van patiëntspecifieke berekeningen. Om oplosserparameters voor te bereiden, navigeert u naar het venster Meshing en Oplosser, klikt u op het pictogram voor het instellen van de oplosser en kiest u vervolgens oplosserparameters. Stel de stapgrootte in op 0,1 milliseconde gedurende vier hartcycli, vereist residu tot 10 tot de macht min vier en bloeddichtheid tot 1.060 kilogram per kubieke meter.

Gebruik de instellingen van de oplosser om alle invoerbestanden van de simulatie te genereren, inclusief de stroomgegevens, de inlaatstroom bij elke tijdstap, de mesh en randvoorwaarden, het gezicht waarop elke randvoorwaarde wordt toegepast, het nummer van de eerste tijdstap van de simulatie, Windkessel-gegevens met drie elementen, druk en snelheid op elk punt in de mesh en de instructies voor de stroomoplosser. Voeg het Carreau-Yasuda-model toe aan de oplosser. inp en voeg toe aan de simulatiebestanden om bloed te kunnen modelleren als een niet-Newtoniaanse vloeistof.

Voer nu de simulatie uit in het vastevenster van het installatievenster van de oplosser om de CRIMSON Navier-Stokes-stroomoplosser uit te voeren. Geef het aantal processors op in het opdrachtvenster. Wanneer de oplosser begint te draaien, wordt het uitvoerbestand histor.

Dat wordt geprint in de command line en opgeslagen in een nieuwe directory, n-procs-case. Gebruik de Linux-prompt tail f histor. dat om het bestand in realtime te bekijken.

De eerste kolom van het bestand komt overeen met de tijdstap. De tweede kolom is de verstreken tijd. De derde kolom is het niet-lineaire residu en de vierde kolom is de logrestwaarde.

Er werd een mesh van hoge kwaliteit gegenereerd met elementen met een lage aspectverhouding om de geometrie van de bifurcatie van de halsslagader nauwkeurig weer te geven. Een representatief snelheidsprofiel over de halsslagaderbifurcatie en ICA-stenose werd gesimuleerd, met een maximale stroomsnelheid van ongeveer 275 centimeter per seconde bij pieksystole over de stenose. Het in kaart brengen van de druk toonde in één geval een verwaarloosbare drukgradiënt over de stenose, waarbij de proximale en distale druk elkaar bijna overlapten gedurende de hartcyclus.

In een contrasterend geval was de druk proximaal van de stenose significant hoger dan de distale druk, wat een prominente drukval liet zien. De schuifspanning van de muur was laag over de bifurcatie in het niet-stenotische model, vooral in de buitenwanden van de interne en externe halsslagaders. In het stenotische model was de hoge schuifspanning van de wand geconcentreerd bij de interne stenose van de halsslagader.

Oscillerende afschuifindexmapping toonde aan dat laesie-geassocieerde OSI-waarden vóór de operatie lager waren in vergelijking met postoperatieve waarden. HU-matchbeeldvorming identificeerde intraplaque-bloeding door middel van hyperintens signaal op T1-gewogen beeldvorming en verlaagde waarden op de T1-kaart. Verkalkte plaque werd geïdentificeerd door een consistent hypo-intens signaal op donkere bloed-, T1-gewogen en T2-gewogen sequenties.