Kwantitatieve beeldvorming van het aneurysma in de abdominale aorta met behulp van intravasculaire en 3-dimensionale echografie

Ruptuur van een abdominale aorta met aneurysma (AAA) is een belangrijke
doodsoorzaak in de westerse wereld. Om een ruptuur te voorkomen, worden AAA*s
gecontroleerd. Een chirurgische ingreep is noodzakelijk wanneer de diameter van
het aneurysma groter is dan 5,5 cm of als het binnen 6 maanden meer dan 0,5 cm
is gegroeid. Deze methode kent echter beperkingen, aangezien er gevallen zijn
gemeld van geruptureerde aneurysma's onder de drempel van 5,5 cm[1] en sommige
aneurysma*s die stabiel bleven, zelfs boven 8 cm[2].

Er is een betere beoordeling van het risico op ruptuur nodig, niet gebaseerd op
diameter, maar op de specifieke kenmerken van de aortawand[3][4]. Minimaal
invasieve globale en lokale karakterisering van elastisch gedrag van de
aneurysmawand kan een aanzienlijke verbetering opleveren bij het voorspellen
van het ruptuurrisico van AAA's [5][6]. In deze studie worden globale en lokale
karakteristieken van elastisch gedrag van de aortawand en trombus bepaald met
behulp van intravasculaire en 3D echografie beelden.

Het voordeel van deze studie, vergeleken met andere studies in de literatuur,
is het gebruik van multi-perspectieve beelden verkregen door de combinatie van
intravasculaire beelden[7] en niet-invasieve 3D echografie beelden[8]. Eerder
onderzoek voor het bepalen van het ruptuurrisico van AAA's gebruikten
voornamelijk Computed Tomography (CT)[10] en sporadisch Magnetic Resonance
Imaging (MRI)[11]. Vanwege de blootstelling aan straling, het gebruik van
nefrotoxische contrastmiddelen en het gebrek aan tijdsresolutie, kan CT echter
niet worden gebruikt als routinematige screeningsmethode voor patiënten met
AAA. MRI heeft een hoog contrast voor zacht weefsel, maar het is duur en heeft
beperkingen wat betreft de resolutie. Daarom is echografie de ideale methode
van beeldvorming met een hoge temporele resolutie, de mogelijkheid voor
real-time 3D-beeldvorming en de lage kosten.

Terwijl onderzoekers tegenwoordig nog vaak uitgaan van een gelijkmatig
verdeelde wanddikte van 2 mm over de gehele AAA [11], zal de toevoeging van
intravasculaire echografie beelden de mogelijkheid bieden om de wanddikte
lokaal en met hoge precisie te meten. Door intravasculaire en 3D echografie
gecombineerd te gebruiken, kunnen de volledige geometrie, de globale
uitzetbaarheid en lokale elasticiteit van de aortawand en trombus worden
bepaald [12]. Bovendien kan een stressanalyse worden uitgevoerd met dezelfde
gegevens als essentiële input.

Tenslotte is deze studie bedoeld om het risico op ruptuur van de AAA nauwkeurig
te bepalen. Dit zou screening, diagnose en klinische besluitvorming kunnen
ondersteunen voor het bepalen van de noodzaak van een EVAR-procedure.

1. Darling, R et al. Autopsy study of un-operated abdominal aortic aneurysms.
The case for early resection, Circulation, 1977, Vol. 56, No. 3 pp. 161-4.
2. Conway, K et al. Prognosis of patients turned down for conventional
abdominal aortic aneurysm repair in the endovascular and sonographic era :
Szilagyi revisited, Journal of vascular surgery, 1977, Vol. 33, No. 4 pp. 752-
757.
3. Pape L et al. Aortic Diameter >5.5 cm Is Not a Good Predictor of Type A
Aortic Dissection. Observations from the International Registry of Acute Aortic
Dissection (IRAD). Circulation. 2007;116:1120-1127
4. Neri E et al. Limited role of aortic size in the genesis of acute type A
aortic dissection. European Journal of Cardio-thoracic Surgery 2005;89 857-863
5. Fillinger M et al. Prediction of rupture risk in abdominal aortic aneurysm
during observation: wall stress versus diameter., Journal of vascular surgery,
2003Vol. 37, No. 4 pp. 724-32.
6. Gasser, T et al. Biomechanical rupture risk assessment of abdominal aortic
aneurysms: model complexity versus predictability of finite element
simulations., European journal of vascular and endovascular surgery: the
official journal of the European Society for Vascular Surgery, 2010, Vol. 40,
No. 2 pp. 176-85.
7. van Essen, J. A., Gussenhoven, E. J., van der Lugt, A., Huijsman, P. C., van
Muiswinkel, J. M., van Sambeek, M. R., ... & van Urk, H. (1999). Accurate
assessment of abdominal aortic aneurysm with intravascular ultrasound scanning:
validation with computed tomographic angiography. Journal of vascular surgery,
29(4), 631-638.
8. Petterson, N. J., van Disseldorp, E. M., van Sambeek, M. R., van de Vosse,
F. N., & Lopata, R. G. (2019). Including surrounding tissue improves
ultrasound-based 3D mechanical characterization of abdominal aortic aneurysms.
Journal of biomechanics, 85, 126-133.
9. Speelman, L et al. The influence of wall stress on AAA growth and
biomarkers., European journal of vascular and endovascular surgery : the
official journal of the European Society for Vascular Surgery, 2010, Vol. 39,
No. 4 pp. 410-6.
10. Speelman, L et al. Patient-specific AAA wall stress analysis: 99-percentile
versus peak stress., European journal of vascular and endovascular surgery :
the official journal of the European Society for Vascular Surgery, 2008, Vol.
36, No. 6 pp. 668-76.
11. De Putter, S et al. Patient-specific initial wall stress in abdominal
aortic aneurysms with a backward incremental method., Journal of biomechanics,
2007, Vol. 40, No. 5 pp. 1081-90
12. Karatolios K. et al. Measurement of aortic wall strain with 3D speckle
tracking. Thorac Cardiovasc Surg 2012; 60;111

Hoofddoel:
Het hoofddoel van deze studie is het bepalen van de patiënt specifieke
geometrie van de gehele AAA. De vorm en de dikte van de trombus en aortawand
worden zijn hier onderdeel van.

Secundaire doel(en):
Karakterisering van het mechanische gedrag van de AAA op basis van IVUS
beelden, met als doel het verbeteren van aneurysma modellen. Globale en locale
karakteristieken van het mechanische gedrag zullen het elastische gedrag en de
spanning van de aortawand en trombus omschrijven. Een nieuw multi-perspectief
echografie platform, die hoog frequente intravasculaire en 3D echografie
combineert, geeft de mogelijkheid voor deze kwantitatieve, functionele
beeldvorming.

Dit is een studie voor patiënten die een reeds geplande EVAR-procedure zullen
ondergaan. Wanneer de patiënt instemt met deelname aan het onderzoek, wordt ten
eerste een aanvullende niet-invasieve 3D-echografie van de AAA gemaakt.
3D-echografie is zonder enig risico en kost geen extra tijd. Ten tweede wordt
de patiënt voorbereid op de EVAR-procedure. Deze procedure brengt bepaalde
risico's met zich mee, waaronder schade aan het bloedvat, bloeding op de plek
van incisie en infectie. Deze risico's worden veroorzaakt door het plaatsen van
de voerdraad, dat nodig is voor de EVAR-procedure. Deze risico's zijn al
aanwezig en worden niet veroorzaakt door de toevoeging van de metingen voor dit
onderzoek. Voordat de endoprothese daadwerkelijk wordt geplaatst, wordt de
reeds geplaatste voerdraad gebruikt voor een aanvullende intravasculaire
echografische meting van de AAA. De katheter wordt teruggetrokken met een
snelheid van 0,5 mm/s met behulp van een gemotoriseerd apparaat. De risico's
van intravasculaire echografie zijn verwaarloosbaar, aangezien deze metingen
worden uitgevoerd met dezelfde voerdraad die al nodig is voor de
EVAR-procedure. Deze intravasculaire echo duurt maximaal 10-15 minuten. Ten
slotte wordt op dezelfde positie een laatste niet-invasieve 3D-echografie van
de AAA gemaakt. Deze 3D-echografie beelden bevatten de voerdraad die nodig is
voor registratie.

Meerdere patiëntspecifieke datasets, waaronder zowel intravasculaire als
3D-echografie, zijn nodig om het globale en lokale mechanische gedrag en de
karakteristieken van de aneurysmawand te bepalen.

Offline analyse zal worden uitgevoerd op de intravasculaire en 3D echografie
datasets. De nabewerking van de data bestaat uit wand en trombus segmentatie,
registratie van het mechanische gedrag en elastografie. Ook zal een nieuw
multi-perspectief echografie platform worden gebruikt, dat hoogfrequente
intravasculaire echografie en 3D-echografie combineert. Bovendien zal een
patiëntspecifiek eindige-elementenmodel worden gebruikt om het elastische
gedrag en de wandspanning te simuleren op basis van de multi-perspectieve
beelden. Deze methoden zullen worden ontwikkeld met behulp van Matlab© en
ABAQUS© software en worden toegepast op de beschikbare data om het elastische
gedrag en de mechanische eigenschappen van de aortawand en trombus in de tijd
te bepalen. Deze nabewerking wordt uitgevoerd door de hoofdonderzoeker, bij en
in samenwerking met de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Als een
secundaire gebruiker, zullen Philips en gelieerde ondernemingen de data voor
nabewerking ontvangen.

Dit is een haalbaarheidsstudie waarin we onzeker zijn over het percentage
patiënten waarvan we succesvolle metingen kunnen doen. Alle patiënten die aan
dit onderzoek willen deelnemen, zijn opgenomen. Het benodigde aantal van 50
patiënten is gebaseerd op het totaal aantal patiënten dat gepland staat voor
een EVAR procedure in het Catharina Ziekenhuis Eindhoven, dat zijn ongeveer 80
patiënten per jaar. Daarom zal het haalbaar zijn om de komende twee jaar
ongeveer 50 patiënten op te nemen.

Participatie aan deze studie levert geen voordelen op voor de deelnemer. Het
onderzoek kost de patiënt maximaal 10-15 minuten extra tijd. De katheter voor
de intravasculaire echografie grebruik de voerdraad die al op zijn plaats zit
voor het plaatsen van de prothese tijdens de EVAR-procedure. Elke procedure
waarbij een katheter in een bloedvat wordt geplaatst, brengt bepaalde risico's
met zich mee. De risico's zijn onder meer schade aan het bloedvat, bloeding op
de plek van incisie en infectie. Deze risico's worden veroorzaakt door het
plaatsen van de voerdraad, dat nodig is voor de EVAR-procedure. De risico's die
gepaard gaan met de extra intravasculaire echografie pullbacks zelf kunnen
daarom als verwaarloosbaar worden beschouwd.

Samenvattend, worden de patiënten slechts 10-15 minuten van hun tijd gevraagd,
en in ruil daarvoor zullen ze bijdragen aan een kennistoename over de invloed
van trombus en de risicobeoordeling die uiteindelijk het monitoren op basis van
diameter zal vervangen. Daarnaast dragen ze bij aan het voorkomen van het
voortijdig scheuren van AAA's, aan het voorkomen van overbehandeling van AAA's
en het verminderen van de risico's en kosten van een operatie.