Name: reduction in left ventricular wall stress and improvement in function in failing hearts using algisyl-lvr
Uploaded: 2013-04-08T13:00:00
Duration: 7 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR at JoVE.com

Deze studie werd ondersteund door de National Heart, Lung, and Blood Institute Grants R01-HL-77921 en -86400 (naar JM Guccione).

1. Algisyl-LVR Implant Procedure (zie video) <ol><li> Algisyl-LVR (LoneStar Hart, Inc Laguna Hills, CA) is een calcium-alginaat hydrogel bestaande uit twee componenten. De Na +-Alginaat component een steriele waterige oplossing met 4,6% mannitol en Ca 2 +-Alginate component uit water onoplosbare deeltjes gesuspendeerd in een steriele 4,6% mannitol-oplossing (00:27). </li><li> De procedure voor implantatie kan worden uitgevoerd met een standaard sternotomie of op een beperkt anterior thoracotomie op het kloppende hart. Cardiopulmonale bypass is niet nodig voor de procedure. </li><li> Vlak voor gebruik, meng de Na +-alginaat-component en de Ca +-Alginaat component door deze twee elementen te combineren in een spuit voor intramyocardiale injecties (00:33). </li><li> Na 2 minuten zal de twee verschillende soorten alginaat-steken koppelen en vormen een gel die klaar is voor implantaten en plaatsing in de hartspier via een injeel. </li><li> Identificeer de vrije wand van de LV in het mid-ventriculaire niveau halverwege tussen de LV apex en basis (00:44) </li><li> Uitgaande van de antero-septum groef in het midden-ventriculaire niveau, breng de naald in een ongeveer 45-graden hoek en injecteer 0.3cc van Algisyl-LVR langzaam (0,1 ml per seconde) in een ononderbroken beweging (1:15). </li><li> Herhaal de injectie (stap 6) op 10 tot 19 plaatsen in een enkele lijn (omtrek) langs de mid-ventriculaire niveau, uitgaande van de antero-septum groove en eindigend bij de postero-septum groove. Het aantal implantaten wordt bepaald door de grootte van de ventrikel, de afstand implantaten ongeveer 1 cm uit elkaar. </li></ol> 2. Kwantificering van Linksventriculaire Stress Met behulp van Mathematical Modeling <ol><li> Voor het gebruik van wiskundige modellen om LV wand stress te kwantificeren, moet men al de korte as en de lange as uitzicht op de magnetische resonantie beelden (MRI) met de LV van de patiënt verkregen. Acquisamenstelling van deze beelden kan worden uitgevoerd met standaard MRI protocol (bijv. Zhang et al.. 20). </li><li> Digitaliseren van de endocardiale oppervlak en epicardiale oppervlak van de LV van de MR beelden met de korte-as (SA) uitzicht op de LV. Dit kan gedaan worden met behulp van de Contour Segmentatie Object (CSO) bibliotheek gevonden in de vrij verkrijgbare software MevisLab. <ol class="lalpha"><li> In ons laboratorium hebben wij een programma op basis van de modules in de CSO bibliotheek van MevisLab gemaakt zodat men eenvoudig &quot;contouren&quot; de endocardiale en epicardiale grens in de SA oog op de MR-beelden met de LV. Punten van het epicard en het endocard in real driedimensionale (3D) ruimte worden dan automatisch gegenereerd op basis van deze contouren. </li></ol></li><li> Importeer de 3D punten uit stap 2 in een commerciële software, Rapidform (INUS Technology, Inc, Sunnyvale, CA), op oppervlakken van de LV epicard en het endocard creëren in de Initial Graphics ExchangeSpecification (IGES) formaat. De stappen in het creëren van deze IGES oppervlakken in Rapidform zijn: <ol class="lalpha"><li> Invoegen / Import. </li><li> Maak veelhoekmesh. </li><li> Output IGES oppervlakken. </li></ol></li><li> Importeer de IGES oppervlakken in de commerciële software TrueGrid om een ​​EE-net van de LV te creëren. <ol class="lalpha"><li> Vullen de ruimte tussen de endocardiale en epicardiale oppervlak met de acht-node trilineaire bakstenen element. In het algemeen, een maas met ongeveer 3000 elementen met 3 elementen door de wanddikte is voldoende om de LV 21 model. </li><li> Zodra dit is voltooid, exporteert het gaas als input dek voor de FE solver LS-DYNA (LSTC, Livermore, CA). Meer details over dit proces is te vinden in Guccione et al.. 23. </li></ol></li><li> Wijs de myofiber richtingen met behulp van onze in-house software &quot;Closer&quot; dat de input deck geëxporteerd uit TrueGrid wijzigt. Dichter wijst de myofiber richting elk element als een vector evenwijdig aan de epicardiale lokale raakvlak. Deze vector is georiënteerd in een hoek ten opzichte van de lokale omtreksrichting. In menselijke LV, is deze hoek ingesteld op lineair variëren over de wanddikte van -60 ° in het epicard tot 60 ° bij het ​​endocard 23. </li><li> Schrijf de randvoorwaarden en wijs het myocard materiaal model om de elementen in de input deck van stap 5. <ol class="lalpha"><li> Opleggen nodale verplaatsingen op de LV basis met het trefwoord &quot;SPC&quot; in LS-DYNA. De nodes in het epicardiale-basisring zijn bevestigd en de overige knooppunten de LV base beperkt bewegen slechts het basisvlak. </li><li> Wijs een constitutieve wet of spanning-rek relatie eerder beschreven (zie &quot;Inleiding&quot;) om alle elementen met het trefwoord &quot;MAT&quot; met materiële identiteit 128 in LS-DYNA. </li><li> Definieer de elementaire oppervlakken die deel uitmaken van het endocard en leggen druk randvoorwaarden met het trefwoord &quot;LOAD_Segmenten &quot;. </li><li> Definieer een druk-tijd kromme met het trefwoord &quot;DEFINE_CURVE&quot;. <ol class="lroman"><li> Aan het einde van diastole simuleren, schrijven een druk die snel toeneemt met de tijd om een ​​voorgeschreven eind-diastolische druk (EDP) van 20mmHg. De druk wordt constant gehouden op EDP en voldoende tijd laat men vervolgens de LV de steady-state bereikt. </li><li> Tot eind systole simuleren, schrijven een druk die snel toeneemt met de tijd van het eind-diastolische toestand tot een voorgeschreven eind-systolische druk (ESP) van -125 mmHg bereikt wordt. De druk wordt constant gehouden op ESP en voldoende tijd laat men vervolgens de LV de steady-state bereikt. </li></ol></li></ol></li><li> Importeer de ingevulde inbreng dek in de commerciële FE solver LS-DYNA aan de ventriculaire wand spanningen en de LV holte volume te berekenen aan het einde van diastole en aan het eind van de systole. </li><li> Pas de materiaal parameters die de passieve stijfheid en de contractiliteit van het myocard until de berekende LV holte volume overeenkomt met de MRI-gemeten volume aan het einde van diastole en einde van de systole. </li></ol>

<ol>
	<li>Yin, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ventricular+wall+stress.">Ventricular wall stress.</a> Circ. Res. 49 (4), 829-842 (1981).</li><li>Grossman, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+hypertrophy:+useful+adaptation+or+pathologic+process.">Cardiac hypertrophy: useful adaptation or pathologic process.</a> Am. J. Med. 69 (4), 576-584 (1980).</li><li>Swynghedauw, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+functional+adaptation+of+contractile+proteins+in+cardiac+and+skeletal+muscles.">Development and functional adaptation of contractile proteins in cardiac and skeletal muscles.</a> Physiol. Rev. 66 (3), 710-771 (1986).</li><li>Komuro, I., Kurabayashi, M., Takaku, F., Yazaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+ofcellular+oncogenes+in+the+myocardium+during+the+developmental+stage+and+pressure-overloaded+hypertrophy+of+the+rat+heart.">Expression ofcellular oncogenes in the myocardium during the developmental stage and pressure-overloaded hypertrophy of the rat heart.</a> Circ. Res. 62 (6), 1075-1079 (1988).</li><li>Schunkert, H., Dzau, V. J., Tang, S. S., Hirsch, A. T., Apstein, C. S., Lorell, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+rat+cardiac+angiotensin+converting+enzyme+activity+and+mRNA+expression+in+pressure+overload+left+ventricular+hypertrophy:+effect+on+coronary+resistance,+contractility,+and+relaxation.">Increased rat cardiac angiotensin converting enzyme activity and mRNA expression in pressure overload left ventricular hypertrophy: effect on coronary resistance, contractility, and relaxation.</a> J. Clin. Invest. 86 (6), 913-920 (1990).</li><li>Aikawa, Y., Rohde, L., Plehn, J., Greaves, S. C., Menapace, F., Arnold, M. O., Rouleau, J. L., Pfeffer, M. A., Lee, R. T., Solomon, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+wall+stress+predicts+ventricular+remodeling+after+anteroseptal+myocardial+infarction+in+the+Healing+and+Early+Afterload+Reducing+Trial+(HEART):+an+echocardiography-based+structural+analysis.">Regional wall stress predicts ventricular remodeling after anteroseptal myocardial infarction in the Healing and Early Afterload Reducing Trial (HEART): an echocardiography-based structural analysis.</a> Am. Heart J. 141 (2), 234-242 (2001).</li><li>Hung, C. L., Verman, A., Uno, H., Shin, S. H., Bourgoun, M., Hassanein, A. H., McMurray, J. J., Velazquez, E. J., Kober, L., Pfeffer, M. A., Solomon, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VALIANT+investigators.+Longitudinal+and+Circumferential+Strain+Rate,+Left+Ventricular+Remodeling,+and+Prognosis+After+Myocardial+Infarction.">VALIANT investigators. Longitudinal and Circumferential Strain Rate, Left Ventricular Remodeling, and Prognosis After Myocardial Infarction.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 56 (22), 1812-1822 (2010).</li><li>Mann, D. L., Acker, M. A., Jessup, M., Sabbah, H. N., Starling, R. C., Kubo, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+evaluation+of+the+CorCap+Cardiac+support+device+in+patients+with+dilated+cardiomyopathy.">Clinical evaluation of the CorCap Cardiac support device in patients with dilated cardiomyopathy.</a> Ann. Thorac. Surg. 84 (4), 1226-1235 (2007).</li><li>Grossi, E. A., Patel, N., Woo, J. Y., Goldberg, J. D., Schwartz, C. F., Subramanian, V., Feldman, T., Bourge, R., Baumgartner, N., Genco, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=for+the+RESTOR-MV+Study+Group.+Outcomes+of+the+RESTOR-MV+trial+(randomized+evaluation+of+a+surgical+treatment+for+off-pump+repair+of+the+mitral+valve).">for the RESTOR-MV Study Group. Outcomes of the RESTOR-MV trial (randomized evaluation of a surgical treatment for off-pump repair of the mitral valve).</a> J. Am. Coll. Cardiol. 56 (24), 1984-1993 (2010).</li><li>Athanasuleas, C. L., Stanley, A. W. H., Buckberg, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoration+of+contractile+function+in+the+enlarged+left+ventricle+by+exclusion+of+remodeled+akinetic+anterior+segment:+surgical+strategy,+myocardial+protection+and+angiographic+results.">Restoration of contractile function in the enlarged left ventricle by exclusion of remodeled akinetic anterior segment: surgical strategy, myocardial protection and angiographic results.</a> J. Card. Surg. 13 (6), 418-428 (1998).</li><li>Jones, R. H., Velazquez, E. J., Michler, R. E., Sopko, G., Oh, J. K., O'Connor, C. M., Hill, J. A., Menicanti, L., Sadowski, Z., Desvigne-Nickens, P., Rouleau, J. L., Lee, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STICH+Hypothesis+2+Investigators.+Coronary+bypass+surgery+with+or+without+surgical+ventricular+reconstruction.">STICH Hypothesis 2 Investigators. Coronary bypass surgery with or without surgical ventricular reconstruction.</a> N. Engl. J. Med. 360 (17), 1705-1717 (2009).</li><li>Buckberg, G. D., Athanasuleas, C. L., Wechsler, A. S., Beyersdorf, F., Conte, J. V., Strobeck, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+STICH+trial+unravelled.">The STICH trial unravelled.</a> Eur. J. Heart Fail. 12 (10), 1024-1027 (2010).</li><li>Sabbah, H. N., Wang, M., Jiang, A., Ilsar, I., Sabbah, M. S., Helgerson, S., Peterson, R., Tarazona, N., Lee, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circumferential+mid-ventricular+intramyocardial+injections+of+alginate+hydrogel+improve+left+ventricular+function+and+prevent+progressive+remodeling+in+dogs+with+chronic+heart+failure.">Circumferential mid-ventricular intramyocardial injections of alginate hydrogel improve left ventricular function and prevent progressive remodeling in dogs with chronic heart failure.</a> Circulation. 120, S912 .</li><li>Yu, J., Christman, K. L., Chin, E., Sievers, R. E., Saeed, M., Lee, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoration+of+left+ventricular+geometry+and+improvement+of+left+ventricular+function+in+a+rodent+model+of+chronic+ischemic+cardiomyopathy.">Restoration of left ventricular geometry and improvement of left ventricular function in a rodent model of chronic ischemic cardiomyopathy.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 137 (1), 180-187 (2009).</li><li>Lee, R. J., Hinson, A., Helgerson, S., Bauerschmitt, R., Sabbah, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-based+restoration+of+left+ventricular+mechanics.">Polymer-based restoration of left ventricular mechanics.</a> Cell Transplant. 22 (3), 529-533 (2013).</li><li>Huisman, R. M., Elzinga, G., Westerhof, N., Sipkema, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+left+ventricular+wall+stress.">Measurement of left ventricular wall stress.</a> Cardiovasc. Res. 14 (3), 142-153 (1980).</li><li>Zhang, Z., Tendulkar, A., Sun, K., Saloner, D. A., Wallace, A. W., Ge, L., Guccione, J. M., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+Young-Laplace+law+and+finite+element+based+calculation+of+ventricular+wall+stress:+implications+for+post+infarct+and+surgical+ventricular+remodeling.">Comparison of the Young-Laplace law and finite element based calculation of ventricular wall stress: implications for post infarct and surgical ventricular remodeling.</a> Ann. Thorac. Surg. 91 (1), 150-156 (2011).</li><li>Guccione, J. M., McCulloch, A. D., Waldman, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+material+properties+of+intact+ventricular+myocardium+determined+from+a+cylindrical+model.">Passive material properties of intact ventricular myocardium determined from a cylindrical model.</a> J. Biomech. Eng. 113 (1), 42-55 (1991).</li><li>Guccione, J. M., Waldman, L. K., McCulloch, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+active+contraction+in+cardiac+muscle:+Part+II--Cylindrical+models+of+the+systolic+left+ventricle.">Mechanics of active contraction in cardiac muscle: Part II--Cylindrical models of the systolic left ventricle.</a> J. Biomech. Eng. 115 (1), 82-90 (1993).</li><li>Zhang, P., Guccione, J. M., Nicholas, S. I., Walker, J. C., Crawford, P. C., Shamal, A., Acevedo-Bolton, G., Guttman, M. A., Ozturk, C., McVeigh, E. R., Saloner, D. A., Wallace, A. W., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endoventricular+patch+plasty+for+dyskinetic+anteroapical+left+ventricular+aneurysm+increases+systolic+circumferential+shortening+in+sheep.">Endoventricular patch plasty for dyskinetic anteroapical left ventricular aneurysm increases systolic circumferential shortening in sheep.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 134 (4), 1017-1024 (2007).</li><li>Wenk, J. F., Klepach, D., Lee, L. C., Zhang, Z., Ge, L., Tseng, E. E., Martin, A., Kozerke, S., Gorman, J. H. 3. r. d., Gorman, R. C., Guccione, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+evidence+of+depressed+contractility+in+the+border+zone+of+a+human+myocardial+infarction.">First evidence of depressed contractility in the border zone of a human myocardial infarction.</a> Ann. Thorac. Surg. 93 (4), 1188-1193 (2012).</li><li>Guccione, J. M., Kassab, G. S., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Computational cardiovascular mechanics: modeling and applications in heart failure. , (2010).</li><li>Streeter, D. D., Spotnitz, H. M., Patel, D. P., Ross, J., Sonnenblick, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+Orientation+in+the+Canine+Left+Ventricle+during+Diastole+and+Systole.">Fiber Orientation in the Canine Left Ventricle during Diastole and Systole.</a> Circ. Res. 24 (3), 339-347 (1969).</li></ol>

Mr Hinson is een medewerker van LoneStar Heart, Inc

Algisyl-LVR injectie therapie Injectie van materiaal in de LV vrije wand van ventriculaire wand stress is een nieuwe behandeling ontwikkeld voor patiënten met verwijde cardiomyopathie. Deze behandeling heeft aangetoond grote belofte in zowel preklinische en klinische studies 15. Een gerandomiseerde, gecontroleerde studie naar deze behandeling als een methode van LV augmentatie voor patiënten met ernstig hartfalen (vergroten-HF) te evalueren is aan de gang sinds februari 2012. Meerdere iteraties van het product worden ontwikkeld die inwerken op verschillende segmenten arts en klinische behoeften. In de chirurgische productversie voor cardiothoracale chirurgen, wordt het alginaat geleverd in een standaard spuit en naald maat ontworpen voor chirurgen om de injecties te voeren via een kleine incisie in de borst (minimale thoracotomie). De implantatieprocedure wordt uitgevoerd op een kloppend hart. De fysische eigenschappen van het alginaat hydRogel bij injectie in het myocardium zijn vergelijkbaar met die van de diastolische myocardium en een permanent implantaat. De totale duur van de operatie wordt naar verwachting minder dan 60 minuten in de meeste gevallen, de blootstelling van de patiënt aan een minimale tijd anesthesie. Een tweede versie van het product kunnen de patiënten met hartfalen een procedure die kan worden uitgevoerd door interventionele cardiologen en, in enkele geïsoleerde gevallen, andere specialisten in een niet-invasieve of hybride cardiologie laboratorium. Het zou ook kunnen acute effecten worden bestudeerd. Kwantificering van de linker ventrikel spanning met behulp van wiskundige modellering De methode van het gebruik van wiskundige modellering met de FE-methode is op dit moment de enige manier om precies te kwantificeren in-vivo regionale muur stress in de ventrikels. Combineren van wiskundige modellering met medische beeldvorming zoals MRI maakt het mogelijk om in-vivo regionale wandspanning berekenen in patiëntspecifieke ventricles zo te helpen begrijpen van de functionele staat van deze ventrikels en kwantificeren van de mechanische effecten van de injectie behandeling bij patiënten. Hoewel we de LV hebben beschouwd als een homogeen materiaal hier kunnen deze methode (en is) uitgebreid in vivo ventriculaire wandspanning kwantificeren in niet-homogene ventrikels, vooral bij myocardinfarct aanwezig is. In dergelijke gevallen, de grenzen van het infarct en de aangrenzende borderzone moet geïdentificeerd van MRI met gadolinium als contrastmiddel. Deze grenzen worden ingevoerd in TrueGrid elementen die zuiver bevinden, veroorzaken binnen elke afzonderlijke regio, namelijk het infarct, de borderzone en de externe omgeving. Materiaal parameters die pathologische veranderingen in elke regio kan worden toegewezen door de respectievelijke elementen in LS-DYNA. Deze parameters zijn in een patiënt met een myocardinfarct met in-vivo myocardiale stam gemeten vanaf gelabeld MRI21. Patiënten die chirurgische revascularisatie nodig zullen ervaren vaak atriumfibrilleren tijdens de post-operatieve periode, die wordt geassocieerd met slechte kwaliteit getagd MRI data. Dergelijke patiënten vereisen ook een paar dagen om te herstellen van een operatie. Zo 3D echocardiografie en spikkel-tracking is een meer geschikte beeldvormende modaliteit en myocardiale stam meettechniek dan MRI voor acute effecten van chirurgische procedures bestuderen getagd zijn. Tenslotte gebruikten we de commerciële software Rapidform, Truegrid en LS-DYNA in het proces van het genereren patiëntspecifieke wiskundige modellen van de ventrikels omdat we vonden ze algemeen efficiënt in het vervullen van hun respectieve taken. Echter, andere software beschikbaar, zoals Cubit (voor het opwekken FE mesh) en Abaqus (a FE solver) die ook geschikt kunnen zijn voor het maken van mathematische modellen van de ventrikels.

Vermindering van ventriculaire wandspanning wordt beschouwd als een hoeksteen in de behandeling van hartfalen 1. In zijn eenvoudigste vorm van de wet van Laplace, ventriculaire wand stress is recht evenredig met de diameter van de ventrikel en de ventriculaire druk en is omgekeerd evenredig met de wanddikte van de ventrikel. Het wordt algemeen aangenomen dat verhoogde ventriculaire wandspanning is verantwoordelijk voor de negatieve remodeling proces waarin de ventrikels geleidelijk verwijd raken, uiteindelijk leidend tot hartfalen 2. Klinische en dierproeven hebben aangetoond dat verhoogde wandspanning induceert veranderingen in eiwitten, contractiele element synthese en genexpressie die het vernieuwingsproces 3,4,5 ondersteunen. Verhoogde wandspanning is ook aangetoond dat een onafhankelijke voorspeller van latere remodeling 6,7 zijn. Veel nieuwe chirurgische behandelingen en inrichtingen ontwikkeld met acentral doel het verminderen van ventriculaire wand stress in een poging om de progressie van hartfalen bij patiënten 8,9,10 voorkomen en omgekeerd. Hoewel deze behandelingen hebben hetzelfde doel, bereiken ze het anders. Bijvoorbeeld, de chirurgische procedure verlaging ventriculaire 10 beoogt ventriculaire wandspanning verminderen door chirurgisch verkleinen gedilateerd linker ventrikel, maar het resultaat is een onderwerp van controverse 11,12. Onlangs, de injectie van een biocompatibel materiaal, Algisyl-LVR, in de linker ventrikel als behandeling voor gedilateerde cardiomyopathie vergaard veel aandacht in de medische gemeenschap. Deze behandeling is effectief gebleken in het voorkomen of omkeren van de progressie van hartfalen in dierstudies 13,14 en onlangs, in een menselijke klinische proef 15 is. Anders dan andere inrichtingen, deze behandeling beoogt de ventriculaire wand stress door het injecteren van materiaal inde linker ventriculaire wand te verdikken. Gedetailleerde kennis van ventriculaire wandspanning, met name in mensen, blijft echter ongrijpbaar. Dit gebrek aan kennis vooral omdat krachten of spanningen niet direct in de intacte ventrikels 16 gemeten. Hoewel gesloten-vorm analytische vergelijkingen, zoals de wet van Laplace kan linker ventrikel wand spanning te schatten, werden ze ontwikkeld op basis van beperkende veronderstellingen die as-symmetrie van de LV, materiaal isotropie en homogeniteit binnen de LV bevatten. Als gevolg van deze factoren, de voorspelling van de ventriculaire wand stress in werkelijke LV met de wet van Laplace is onjuist 17. Om deze beperkingen te verwijderen en meer nauwkeurige voorspelling van de ventriculaire wand stress, mathematische modellering met de eindige elementen (FE) methode patiëntspecifieke ventriculaire geometrie vinden worden gebruikt in plaats van de vereenvoudigde wet van Laplace 17. De FE-methode is numerical techniek die vaak wordt gebruikt om een ​​set van partiële differentiaalvergelijkingen (PDE) beschrijft een randwaardeprobleem lossen. Deze werkwijze is bijzonder nuttig wanneer een gesloten vorm oplossing moeilijk of niet analytisch worden verkregen. In de context van een mathematisch model LV gebruikt om ventriculaire wandspanning kwantificeren, de set van PDEs zijn de beschrijvende vergelijkingen mechanische evenwicht (evenwicht van impuls) de LV beweging beschrijven bij druk of kracht wordt uitgeoefend op de LV de endocardiale oppervlak. Wanneer de FE methode wordt gebruikt, wordt de LV wand splitsen in onderling verbonden sub-domeinen of elementen (meestal hexahedron met 8 hoekknooppunten) die vervormen volgens een voorgeschreven spanning-rek verhouding van het myocardium. Spannings-rek relatie beschrijft grote vervormingen van de LV tijdens passieve vulling in diastole en tijdens actieve contractie in systole zijn eerder gevalideerd in grote dierstudies. De LV wordt gemodelleerdom ongeveer drie keer stijver in de myofiber richting dan in richtingen loodrecht op de myofiber richting tijdens diastole 18. Actieve contractie tijdens systole wordt gemodelleerd door het verhogen van de stijfheid van de LV langs de myofiber richting. Deze toename van de stijfheid is een functie van tijd en afhankelijk experimenteel bepaalde variabelen zoals de intracellulaire calciumconcentratie en sarcomeer lengte 19. Met deze voorgeschreven spanning-rek verhouding van het myocardium, berekent de FE werkwijze de nieuwe knooppunten posities gebaseerd op lading (s) toegepast op de LV. Nadat de nieuwe knoop posities worden berekend, kan de gevormde stam (een maat voor vervorming) en stress in elk afzonderlijk element van de spanning en spanningsverdeling in de LV produceren. Hier schetsen we de stappen die nodig zijn om Algisyl-LVR implanteren bij patiënten en de bijbehorende patiënt-specifieke LV creërenwiskundige modellen voor en na behandeling van de LV wandspanning kwantificeren.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>REGENTS</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Na+-Alginate </td>
 <td>LoneStar Heart, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ca2+-Alginate </td>
 <td>LoneStar Heart, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>EQUIPMENT</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MevisLab</td>
 <td>Mevis Medical Solution</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TrueGrid</td>
 <td>XYZ Scientific Application, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Rapidform</td>
 <td>Inus Technology, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>LS-Dyna</td>
 <td>Livermore Software Technology Corporation</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

reduction in left ventricular wall stress and improvement in function in failing hearts using algisyl-lvr

Injectie van Algisyl-LVR een behandeling onder klinische ontwikkeling, is bedoeld om patiënten met verwijde cardiomyopathie behandelen. Deze behandeling is recentelijk voor het eerst bij patiënten die symptomatisch hartfalen hadden. Bij alle patiënten cardiale functie van de linker ventrikel (LV) aanzienlijk verbeterd, zoals blijkt uit consequente verlaging van het volume en LV wandspanning. Hier deze nieuwe behandeling procedure en de methoden die worden gebruikt om de effecten op de LV wand stress en functie kwantificeren beschrijven we. Algisyl-LVR een biopolymeer gel bestaande uit Na +-alginaat en Ca 2 +-Alginate. De behandeling procedure werd uitgevoerd door mengen van deze twee componenten en ze te combineren in een injectiespuit intramyocardiale injecties. Dit mengsel werd geïnjecteerd op 10-19 plaatsen halverwege tussen de basis en de top van de LV vrije wand in patiënten. Magnetische resonantie beeldvorming (MRI), samenmet mathematische modellen, werd gebruikt om de effecten van deze behandeling kwantificeren patiënten voor behandeling en op verschillende tijdstippen tijdens het herstel. De epicardiale en endocardiale oppervlakken werden eerst gedigitaliseerd van de MR beelden naar de LV geometrie reconstrueren eind-systole en eind-diastole. Linker ventrikel holte volumes werden vervolgens gemeten van deze gereconstrueerde oppervlakken. Wiskundige modellen van de LV werden gemaakt van deze MRI-gereconstrueerde oppervlakken regionale myofiber stress te berekenen. Elk LV model werd geconstrueerd dat 1) vervormt volgens een eerder gevalideerd spanning-rek verhouding van het myocardium, en 2) de voorspelde LV holte volume van deze modellen overeenkomt met de overeenkomstige MRI-gemeten volume eind diastole en systole end- . Diastolische vulling werd gesimuleerd door het laden van de LV endocardiale oppervlak met een voorgeschreven eind-diastolische druk. Systolische contractie werd gesimuleerd door het gelijktijdig laden van het eindeocardial oppervlak met een voorgeschreven end-systolische druk en het toevoegen van actieve contractie in de myofiber richting. Regionale myofiber stress op het eind-diastole en end-systole werd berekend op basis van de vervormde LV gebaseerd op het spannings-rek relatie.

Injectie van Algisyl-LVR in de LV vrije wand dikker is en continu vermindert de grootte van de LV in de tijd. De verdikking van de LV wand en verkleining van de LV blijkt uit de MRI van de LV in een patiënt aan het eind van systole, voor en 6 maanden nadat Algisyl-LVR (figuur 1). Figuur 2 toont het resultaat van elke stap bij de kwantificering van de linker ventriculaire wand stress. In figuur 2a, werden de epicardiale en endocardiale de randen geïdentificeerd van een korte-as gezien de LV in de MRI en de contouren met MevisLab. De resulterende IGES endocardiale oppervlak (blauw) en de epicardiale oppervlak (rood) gemaakt van Rapidform met de contouren punten zijn weergegeven in Figuur 2b. Na deze, werd de ruimte tussen de endocardiale en epicardiale oppervlakken gevuld met 8-noded trilineaire bakstenen element aan met TrueGrid (figuur 2c </strong&gt;). Vectoren definiëren van de myofiber richting in elk element werd vervolgens berekend met Closer. Deze vectoren worden weergegeven als zwarte pijlen in figuur 2d en een deel van de LV wand (blauw) toont de variatie van myofiber richting over de LV wand zoals eerder beschreven. In figuur 2e, de randvoorwaarden, namelijk de druk en de nodale verplaatsing van de LV opgelegde weergegeven. De toegepaste druk wordt getoond als pijlen in de richting van de endocardiale wand. Knooppunten epicardiale-basisring (weergegeven als bolletjes) werden beperkt beweegt in alle richtingen terwijl de rest van de basale nodes (weergegeven als kubussen) werden beperkt tot alleen verplaatsen in het basisvlak (figuur 2e). Tenslotte Figuur 2f toont de berekende ventriculaire wand stress in de myofiber richting aan het einde van de diastole van een patiënt vóór de behandeling. Het is duidelijk uit de figuur dat verhoogde spanningen vinden op het endocardium en in gebieden waar deLV wand is dun. <img src="/files/ftp_upload/50096/50096fig1.jpg" alt="Figuur 1" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50096/50096fig1highres.jpg"/> Figuur 1. Effecten van Algisyl op LV een patiënt (aangegeven door pijl) na 6 maanden, zoals op magnetische resonantie beelden. De beelden tonen dat LV is gekrompen en de wanddikte is toegenomen na 6 maanden. <img src="/files/ftp_upload/50096/50096fig2.jpg" alt="Figuur 2" fo:content-width="4.71in" fo:src="/files/ftp_upload/50096/50096fig2highres.jpg" /> Figuur 2. Stappen die betrokken zijn bij de kwantificering van de linker ventriculaire wand stress. (A) Digitaliseren de MR-beelden. (B) Het creëren IGES oppervlakken. (C) Het creëren van de EE-net. (D) toewijzen de oriëntatie myofiber. (E)Het opleggen van de randvoorwaarden. (F) Berekening van de ventriculaire wand stress (hier afgebeeld aan het einde van diastole). Raadpleeg tekst voor uitleg.

Watch this Scientific Journal Video about Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR at JoVE.com

Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR

Dit artikel beschrijft de procedures voor het implanteren van een roman hydrogel in falende harten en kwantificeren van het effect op de linker ventrikel wand stress en functie. Deze procedures zijn met succes toegepast bij honden en mensen.

Vermindering van Linksventriculaire Muur Stress en verbetering in functie in gebreke Harten behulp Algisyl-LVR

Injection of  Algisyl-LVR, a treatment under clinical development, is intended to treat  patients with dilated cardiomyopathy. This treatment was recently ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

De beoordeling van de hartfunctie en Energetica in geïsoleerde Mouse Hearts gebruik 31 P NMR-spectroscopie

Bioengineered mouse models have become powerful research tools in determining causal relationships between molecular alterations and models of ...

A Strategy to Identify de Novo Mutations in Common Disorders such as Autism and Schizophrenia

Een strategie om de Novo Mutaties Leg in voorkomende aandoeningen zoals autisme en schizofrenie

There are several lines of evidence supporting the role of de novo mutations as a mechanism for common disorders, such as autism and schizophrenia. First, ...

Assessment of Right Ventricular Structure and Function in Mouse Model of Pulmonary Artery Constriction by Transthoracic Echocardiography

Beoordeling van de rechter ventrikel structuur en functie in een muismodel van longslagader Vernauwing door Transthoracale Echocardiografie

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, ...

Intramyocardial Cell Delivery: Observations in Murine Hearts

Intramyocardiale Cell Levering: Waarnemingen in Muizen Harten

Previous studies showed that cell delivery promotes cardiac function amelioration by release of cytokines and factors that increase cardiac tissue ...

Carotid Artery Infusions for Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Analysis of Taxanes in Mice

Halsslagader Infusions voor farmacokinetische en farmacodynamische analyse van Taxanen in Muizen

When proposing the use of a drug, drug combination, or drug delivery into a novel system, one must assess the pharmacokinetics of the drug in the study ...

Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet

Chronische trombo-embolische pulmonale hypertensie en beoordeling van rechter ventrikel functie in de Piglet

An original piglet model of Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) associated with chronic Right Ventricular (RV) dysfunction is described. ...

A Method for Quantifying Upper Limb Performance in Daily Life Using Accelerometers

Een methode voor het kwantificeren van de bovenste ledematen optreden in het dagelijks leven gebruik maakt van versnellingsmeters

A key reason for referral to rehabilitation services after stroke and other neurological conditions is to improve one's ability to function in daily life. ...

Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy

Techniek van minimaal invasieve dwarse aorta vernauwing in muizen voor inductie van links ventriculaire hypertrofie

Transverse aortic constriction (TAC) in mice is one of the most commonly used surgical techniques for experimental investigation of pressure ...

Studying Left Ventricular Reverse Remodeling by Aortic Debanding in Rodents

Het bestuderen van Linker Ventriculaire Omgekeerde Remodeling door Aorta Debanding in Knaagdieren

To better understand the left ventricular (LV) reverse remodeling (RR), we describe a rodent model wherein, after aortic banding-induced LV remodeling, ...

Using a Chemical Biopsy for Graft Quality Assessment

Met behulp van een chemische biopsie voor Graft Quality Assessment

Kidney transplantation is a life-saving treatment for a large number of people with end-stage renal dysfunction worldwide. The procedure is associated ...