Artigo de método

Análise de interação biomecânica de fluido-estrutura biomecânica baseada em coerência óptica da progressão da aterosclerose coronária

DOI:

10.3791/62933

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15 de janeiro de 2022

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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

Neste artigo

Resumo

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Há necessidade de determinar quais lesões ateroscleróticas progredirão na vasculatura coronária para orientar a intervenção antes do infarto do miocárdio ocorrer. Este artigo descreve a modelagem biomecânica das artérias a partir da Tomografia de Coerência Óptica usando técnicas de interação fluido-estrutura em um solucionador de elementos finitos comerciais para ajudar a prever essa progressão.

Resumo

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Neste artigo, apresentamos um fluxo de trabalho completo para a análise biomecânica da placa aterosclerótica na vasculatura coronária. Com a aterosclerose como uma das principais causas de morte global, morbidade e carga econômica, novas formas de analisar e prever sua progressão são necessárias. Um desses métodos computacionais é o uso da interação fluido-estrutura (FSI) para analisar a interação entre o fluxo sanguíneo e os domínios da artéria/placa. Juntamente com imagens in vivo, essa abordagem poderia ser adaptada a cada paciente, auxiliando na diferenciação entre placas estáveis e instáveis. Delineamos o processo de reconstrução tridimensional, fazendo uso da Tomografia de Coerência Óptica intravascular (OCT) e angiografia coronária invasiva (ICA). A extração de condições de fronteira para a simulação, incluindo a replicação do movimento tridimensional da artéria, é discutida antes que a configuração e análise seja conduzida em um solucionador de elementos finitos comerciais. O procedimento para descrever as propriedades hiperelásticas altamente não lineares da parede da artéria e a velocidade/pressão pulsante é delineado juntamente com a configuração do acoplamento do sistema entre os dois domínios. Demonstramos o procedimento analisando uma placa não-culpada, levemente estenótica e rica em lipídios em um paciente após o infarto do miocárdio. Marcadores estabelecidos e emergentes relacionados à progressão da placa aterosclerótica, como o estresse da tesoura de parede e a helicidade normalizada local, respectivamente, são discutidos e relacionados à resposta estrutural na parede e placa da artéria. Finalmente, traduzimos os resultados para potencial relevância clínica, discutimos limitações e delineamos áreas para o desenvolvimento posterior. O método descrito neste artigo mostra a promessa de auxiliar na determinação de locais em risco de progressão aterosclerótica e, portanto, poderia auxiliar na gestão da morte significativa, morbidade e carga econômica da aterosclerose.

Introdução

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A doença arterial coronariana (CAD) é o tipo mais comum de doença cardíaca e uma das principais causas de morte e carga econômica globalmente1,2. Nos Estados Unidos, cerca de uma em cada oito mortes é atribuída ao CAD3,4, enquanto a maioria das mortes globais por CAD são agora vistas em países de baixa e média renda5. A aterosclerose é o condutor predominante dessas mortes, com ruptura de placa ou erosão que leva à oclusão da artéria coronária e infarto agudo do miocárdio (IAM)6. Mesmo após a revasculariz....

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Protocolo

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Os seguintes dados desidentidos foram analisados a partir de um paciente recrutado no ensaio controlado randomizado COCOMO-ACS em curso (ACTRN12618000809235; Número de referência do Hospital Royal Adelaide HREC: HREC/17/RAH/366), com aprovação ética adicional concedida pelos Serviços de Pesquisa da Central Adelaide Local Health Network (CALHN) para fins de simulação biomecânica (CalHN Reference Number 14179). A Figura 1 resume o fluxo de trabalho completo descrito no protocolo a seguir, que pode ser aplicado a qualquer software ou códigos compatíveis com FSI.

1. Avaliação de imagem

  1. Co....

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Resultados

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Os resultados representativos são apresentados tanto para marcadores biomecânicos estabelecidos quanto emergentes da progressão da aterosclerose. Métricas estabelecidas como os resultados derivados do WSS e WSS (incluindo o estresse da tesoura de parede mediana (TAWSS) e o índice de tesoura oscilatória (OSI)) são visualizados na Figura 10. O estresse da cisalhamento da parede sobre o ciclo cardíaco é em grande parte impulsionado pela velocidade do sangue, no entanto, a geometria da artéria e.......

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Discussão

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O uso de métodos FSI para analisar a biomecânica coronária ainda é um campo em desenvolvimento tanto a partir da modelagem numérica quanto dos aspectos do resultado clínico. Aqui descrevemos o esboço da criação de uma análise de FSI específica do paciente, com base nos métodos de elemento finito/volume finito, utilizando OCT e imagem angiográfica. Embora o método que descrevemos aqui utilize um solucionador de elementos finitos comerciais, o procedimento pode ser aplicado a qualquer software capaz de FSI. Ainda há várias.......

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Divulgações

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Os autores não têm conflitos para declarar sobre a elaboração deste artigo. S.J.N. recebeu apoio de pesquisa da AstraZeneca, Amgen, Anthera, Eli Lilly, Esperion, Novartis, Cerenis, The Medicines Company, Resverlogix, InfraReDx, Roche, Sanofi-Regeneron e Liposcience e é consultor da AstraZeneca, Akcea, Eli Lilly, Anthera, Kowa, Omthera, Merck, Takeda, Resverlogix, Sanofi-Regeneron, CSL Behring, Esperion e Boehringer Ingel P.J.P. recebeu apoio de pesquisa da Abbott Vascular, taxas de consultoria da Amgen e Esperion e palestrante honoraria da AstraZeneca, Bayer, Boehringer Ingelheim, Merck Schering-Plough e Pfizer.

Agradecimentos

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Os autores gostariam de reconhecer o apoio da Universidade de Adelaide, do Royal Adelaide Hospital (RAH) e do South Australian Health and Medical Research Institute (SAHMRI). O estudo COCOMO-ACS é um estudo iniciado por pesquisadores financiado por subvenções de projetos do National Health and Medical Research Council (NHMRC) da Austrália (ID1127159) e da National Heart Foundation of Australia (ID101370). H.J.C. é apoiado por uma bolsa de estudos da Westpac Scholars Trust (Future Leaders Scholarship) e reconhece o apoio da Universidade de Adelaide, Escola de Engenharia Mecânica e do Programa de Treinamento em Pesquisa em Educação, Habilidades e Emprego (RTP). S.J.N. r....

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
ANSYS Workbench (versão 19.0)ANSYSCommercial finite element solver
MATLAB (versão 2019b)MathworksCommercial programming platform
MicroDicom/ImageJMicroDicom/ImageJOpen Source DICOM
reader Visual Studio (versão 2019)MicrosoftCommercial Integrated Development Environment

Referências

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  1. American Heart Association. Cardiovascular disease: A costly burden for America projections through 2035. American Heart Association. , (2017).
  2. Gheorghe, A., et al. The economic burden of cardiovascular disea....

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