CC BY
68
УДК 616.8-089
АЛГОРИТМ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ КРОВОИЗЛИЯНИЙ ПРИ ЭМБОЛИЗАЦИИ ЦЕРЕБРАЛЬНЫХ АРТЕРИОВЕНОЗНЫХ МАЛЬФОРМАЦИЙ
Алексей Леонидович КРИВОШАПКИН1,4, Вячеслав Александрович ПАНАРИН1, Кирилл Юрьевич ОРЛОВ14, Вадим Вячеславович БЕРЕСТОВ1, Тимур Салимович ШАЯХМЕТОВ1, Антон Викторович ГОРБАТЫХ1, Дмитрий Сергеевич КИСЛИЦИН1, Александр Павлович ЧУПАХИН23, Александр Александрович ЧЕРЕВКО2,3, Александр Канчерович ХЕ2,3, Глеб Сергеевич СЕРГЕЕВ4, Дмитрий Викторович ЧЕБЫКИН4
1 ФГБУ Новосибирский НИИ патологии кровообращения им. академика Е.Н. Мешалкина Минздрава России
630055, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15
2 ФГБУНИнститут гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 15
3 ФГБОУ ВПО Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2
4 ГБОУ ВПО Новосибирский государственный медицинский университет Минздрава России
630091, г. Новосибирск, Красный пр., 52
В статье рассматриваются гемодинамические механизмы развития периоперационного кровоизлияния при эм-болизации церебральных артериовенозных мальформаций (АВМ). Вводится понятие удельной нагрузки - количества энергии, выделяющейся при прохождении крови через единицу объема АВМ в единицу времени. На математической модели показано резкое возрастание удельной нагрузки при эмболизации 60-70 % объема АВМ, что объясняет феномен разрыва субтотально эмболизированных АВМ. Путем инвазивных измерений давления и скорости кровотока в приносящих и дренирующих сосудах мальформации прибором ComboMap (Volcano, США) и последующих построениях графиков удельной нагрузки у реальных пациентов показано качественное и количественное соответствие клинических и модельных данных. Предложен алгоритм эмболизации с учетом особенностей ангиоархитектоники и полученных новых представлений о гемодинамике АВМ. Двумя специалистами (1 и 2) проведен ретроспективный анализ обезличенных цифровых видеозаписей эндоваскулярных операций 124 последовательных пациентов с АВМ классов А и В по Spetzler-Ponce. Получены две пары статистически однородных групп: пролеченных в соответствии (а) и не в соответствии (b) с алгоритмом. Частота кровоизлияний в группах 1а и 2а составила соответственно 5,1 и 3,9 % (5 из 99 и 4 из 102 пациентов), в группах 1b и 2b - 40 и 50 % (10 из 25 и 11 из 22). Достоверных различий в мнениях специалистов не выявлено. Как в первой, так и во второй паре групп получено достоверное снижение частоты кровоизлияний при соблюдении алгоритма.
Ключевые слова: артериовенозная мальформация, эмболизация, кровоизлияние, математическая модель, фистула, удельная нагрузка.
Кривошапкин А.Л. - д.м.н., проф., член-кор. РАМН, руководитель центра ангионеврологии и нейрохирургии, зав. кафедрой нейрохирургии, e-mail: [email protected] Панарин В.А. - врач-нейрохирург, е-mail: [email protected]
Орлов К.Ю. - к.м.н., старший научный сотрудник, зав. отделением нейрохирургии, руководитель научной группы эндоваскулярной нейрохирургии, доцент кафедры нейрохирургии, e-mail: [email protected] Берестов В.В. - младший научный сотрудник группы эндоваскулярной нейрохирургии, e-mail: [email protected] Шаяхметов Т.С. - младший научный сотрудник группы эндоваскулярной нейрохирургии, e-mail: [email protected]
Горбатых А.В. - врач-нейрохирург, e-mail: [email protected] Кислицин Д.С. - врач-нейрохирург, e-mail: [email protected]
Чупахин А.П. - доктор физико-математических наук, зав. лабораторией, проф., зав. кафедрой Черевко А.А. - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, доцент Хе А.К. - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, старший преподаватель Сергеев Г.С. - ординатор кафедры нейрохирургии, e-mail: [email protected] Чебыкин Д.В. - к.м.н., доцент кафедры общественного здоровья и здравоохранения
Артериовенозные мальформации (АВМ) головного мозга остаются серьезной медицинской и социальной проблемой. Более чем у половины пациентов в течение жизни происходит кровоизлияние, 10-30 % из них погибают после первого кровоизлияния и от 10 до 20 % выживших становятся инвалидами. Для АВМ задней черепной ямки показатель летальности после кровоизлияния достигает 50 %. Последующие кровоизлияния имеют еще более неблагоприятный прогноз [4, 6, 7, 18, 24].
Риск разрушительного внутричерепного кровоизлияния диктует агрессивную лечебную тактику в отношении церебральных АВМ. Лечение АВМ требует мультимодального подхода, включающего микрохирургический, эндоваскулярный и радиохирургический методы [5, 11, 22]. До недавнего времени эмболизация рассматривалась как вспомогательный метод лечения перед удалением или облучением АВМ. Ситуация существенно изменилась с появлением в последнее десятилетие неадгезивного эмболизата Onyx (Micro Therapeutics, Inc., Irvine, США). Благодаря своим физико-химическим свойствам этот материал хорошо распределяется в узле АВМ [3]. Применение новой технологии позволило добиться более чем 50 % радикальности эндоваскулярного лечения [12, 15, 21]. В то же время нерешенной проблемой остаются геморрагические осложнения, возникающие в процессе эмболизации или в ближайшем послеоперационном периоде. Частота таких перипроцедуральных кровоизлияний при использовании Onyx, по разным данным, варьирует от 2 до 16,7 % [15].
Для объяснения патофизиологических механизмов развития перипроцедуральных кровоизлияний были выдвинуты различные гипотезы: нарушение венозного оттока из АВМ, повышение давления в питающих артериях в результате эмболизации, феномен прорыва нормального перфузионного давления, гиперемия нормальной мозговой ткани или перераспределение мозгового кровотока в соседние регионы, вторичный венозный тромбоз, вызванный стагнацией в дренирующих венах вследствие существенной облитерации АВМ, воспалительные реакции или некроз сосудистой стенки, вызванные эмболическим материалом, ишемическое размягчение окружающей узел ткани с формированием вторичного кровоизлияния, возрастание нагрузки на «слабые места», такие как интранидальные аневризмы [20]. Как видим, ведущая роль в возникновении периоперационных кровоизлияний отводится изменениям локальной гемодинамики в сосудах мальформации и окружающих узел АВМ «здоровых» сосудах мозга.
При ретроспективном анализе собственных результатов лечения многие авторы выделяют ряд предикторов возникновения периоперацион-ного кровоизлияния. Из особенностей ангиоархи-тектоники АВМ были отмечены следующие: наличие синдрома обкрадывания, многоканальное кровоснабжение, компактное строение узла, долевая локализация АВМ, локализация в функционально значимой зоне, наличие фистулы, наличие варикоза дренирующей вены, интранидальных аневризм. С другой стороны, анализировались детали процедуры эмболизации и индуцированные эмболизацией ангиографические изменения. На развитие периоперационного кровоизлияния могут влиять количество вводимого эмболизата и степень одномоментного выключения узла АВМ. Было показано, что введение более 1 мл клеевой композиции или 6 мл Onyx, одномоментное выключение более 60 % объема АВМ сопряжены с большим риском развития данного осложнения. Некоторые ангиографические признаки могут помочь предсказать высокую вероятность постэм-болизационного кровоизлияния: окклюзия или замедление кровотока в одной из основных дренирующих вен, стагнация контраста в узле маль-формации, субтотальная окклюзия небольшой АВМ, окклюзия прямой фистулы внутри узла с перенаправлением потока, миграция эмболизата в вены [8, 9, 14, 16, 17, 19, 20, 23].
Решение данной проблемы видится в предоперационном моделировании возможных изменений локальной гемодинамики в результате выключения того или иного объема, того или иного участка мальформации. Однако исключительная сложность пространственной геометрии артериовенозной мальформации, различные механические свойства формирующих ее сосудов, активность их стенок, учет влияния форменных элементов крови, наличие физиологических механизмов регуляции мозгового кровообращения, отсутствие полных экспериментальных данных о кровотоке объясняют отсутствие в настоящее время адекватной гемодинамической модели АВМ [1].
Цель исследования - разработка алгоритма эмболизации церебральных артериовенозных мальформаций, направленного на снижение частоты периоперационных кровоизлияний.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В настоящем исследовании анализируются результаты лечения 124 пациентов с супратен-ториальными АВМ классов А и В по Spetzler-Ponce, госпитализированных в НИИ патологии кровообращения им. академика Е.Н. Мешалкина
с ноября 2009 г. по ноябрь 2013 г. Средний возраст пациентов составил 35,44 ± 1,16 года. Маль-формации задней черепной ямки и АВМ высокой градации (класс С) отличаются не только локализацией, сосудистой архитектоникой, но и особой гемодинамикой. Вследствие этого они имеют иные риски как естественного течения, так и оперативного вмешательства, и будут рассмотрены нами в последующих публикациях.
Результатом настоящей работы явился алгоритм эмболизации АВМ, который приводится в разделе «Результаты и их обсуждение». Для проверки состоятельности разработанного алгоритма обезличенные цифровые видеозаписи эндоваску-лярных операций 124 пациентов были проанализированы двумя экспертами. Пациентам были присвоены идентификационные номера. Специалистам (в дальнейшем 1 и 2) было предложено ответить «да» или «нет» на следующие вопросы.
1. Соответствует ли данная АВМ критериям отбора?
2. При наличии прямой фистулы эмболизация начата с прямой фистулы? (при отсутствии фистулы ответ «Да»).
3. При эмболизации фистулы одноэтапно выключена только фистула без рацемозной части? (при отсутствии фистулы ответ «Да»).
4. В случае, если тотальная эмболизация не достигнута, степень деваскуляризации составила менее 60 %?
При ответе «Да» на все вопросы пациента относили в группу «а» (лечение соответствует алгоритму), при хотя бы одном отрицательном ответе - в группу «b» (расхождение с алгоритмом).
Таким образом, было сформировано две пары групп: группа 1a - 99 пациентов, группа 1b - 25 пациентов, группа 2а - 102 пациента, группа 2b -22 пациента. Созданные группы проверялись на однородность по ряду факторов: полу, возрасту, локализации, типу течения, наличию фистулы, характеру дренажа. С помощью критерия Фишера были оценены расхождения между специалистами по распределению пациентов и кровоизлияний в группах 1.1-2.1 и 1.2-2.2. Статистически значимым считалось значение р < 0,05.
Периоперационное сопровождение. Первичная верификация диагноза проводилась на основании данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) или мультиспиральной компьютерной томографии. Ряду пациентов для определения первичного и остаточного объемов АВМ в до- и послеоперационном периодах выполнялась МРТ головного мозга с внутривенным контрастированием методом TOF на аппарате 1.5Т Signa HD (General Electric, США). Также всем пациентам до и после операции проводилось транскраниаль-
ное дуплексное сканирование с функциональными пробами для оценки ауторегуляторных резервов. Пациентам с симптоматической эпилепсией выполнялась запись ЭЭГ.
Процедура эмболизации проводилась под общей анестезией, в условиях управляемой гипо-тензии, с поддержанием систолического давления в диапазоне 80-100 мм рт. ст.
Эндоваскулярные вмешательства выполнялись на установках Infinix (Toshiba, Япония). Для суперселективной катетеризации афферентов АВМ в большинстве случаев использовались микрокатетеры с отделяемым дистальным кончиком Apollo 1,5F (Covidien, США) и Sonic 1,2 и 1,5F (Balt Extrusion, Франция). До появления микрокатетеров с отделяемым кончиком использовался микрокатетер Marathon 1,5F (Covidien, США), который также применялся для катетеризации аф-ферентов из бассейна наружной сонной артерии.
В качестве основного эмболизата использовался Onyx 18 (Covidien, США) по стандартной методике. Цианакрилаты (Hystoacryl, B. Brown, Германия) и n-BCA (Codman, J&J, США) использовались главным образом для закрытия прямых фистул, а также в случае перфорации сосуда.
В послеоперационном периоде поддерживалась системная нормотензия, всем пациентам назначались стероиды, антиконвульсанты по показаниям.
Интраоперационные измерения давления и скорости в сосудах АВМ. Девяти пациентам в ходе операции были проведены инвазивные измерения давления и скорости кровотока в аф-ферентах и дренирующей вене АВМ с помощью прибора ComboMap (Volcano, США). Данный прибор позволяет проводить синхронное измерение давления и скорости кровотока в сосуде благодаря комбинированному внутрисосудистому датчику ^mboWire, состоящему из датчика давления и ультразвукового допплеровского датчика скорости (частота 12 МГц). Датчик имеет диаметр 0,36 мм, монтирован на низкопрофильной гибкой системе доставки, что дает возможность корректно и безопасно производить измерения в сосудах диаметром от 1,5 мм.
Безопасность и высокая информативность внутрисосудистых измерений в клинике показана при исследовании коронарного русла, имеется сообщение об использовании данного прибора в интракраниальных сосудах для исследования гемодинамики аневризм [6, 10, 13].
Для проведения измерений отбирались первичные (ранее не леченые) пациенты с полу-шарным АВМ классов А и В по Spetzler-Ponce, с единственной дренирующей веной.
Пяти пациентам измерения проводились только в афферентных артериях, четверым - в артериях и дренирующей вене. Датчик ComboWire заводился в микрокатетер и устанавливался в относительно прямолинейный отрезок афферента АВМ на максимально возможном приближении к узлу. После снятия данных со всех афферен-тов выполнялась эмболизация, при этом датчик ComboWire устанавливался в эмболизируемый афферент, графики давления и скорости выводились на экран прибора в режиме реального времени. По окончании процедуры эмболизации повторно снимались данные в тех же точках со всех афферентов. В процессе эмболизации проводились этапные ангиографии; эти моменты фиксировались в приборной записи скорости и давления. В дальнейшем при обработке информации анализировался выключенный объем АВМ совместно с соответствующими показателями скорости и давления. Все данные, полученные с помощью прибора ComboMap, через аналого-цифровой преобразователь записывались на жесткий диск компьютера. Была создана специальная программа, с помощью которой полученные цифровые массивы обрабатывались и очищались от шумов. После выделения значимых фрагментов данных проводился их математический компьютерный анализ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В целях понимания причин развития периопе-рационных геморрагических катастроф и на этой основе разработки принципов предотвращения таких осложнений мы предприняли математическое моделирование процесса внутрисосудистой облитерации АВМ.
Математическая модель АВМ. Рассмотрим течение крови через сосуд. Обозначим в некотором сечении сосуда давление как p, среднюю по сечению скорость течения крови как v, а площадь выбранного сечения сосуда как S.
Введем в рассмотрение следующие гидродинамические величины:
- расход Q = vS - объем крови, проходящий через сечение сосуда в единицу времени;
- полное давление P = p + apv2 / 2 - энергия (сумма потенциальной и кинетической), несомая одной единицей объема крови;
- поток энергии E = QP - полная энергия, проносимая кровью через сечение сосуда в единицу времени.
Здесь p - плотность крови, a - коэффициент Кориолиса, связанный с неоднородным распределением скорости потока по сечению сосуда. Для установившегося течения крови коэффициент Кориолиса принимается равным двум.
При течении крови через АВМ происходит потеря энергии потока вследствие ее рассеивания на внутренних структурных элементах. Количество энергии, рассеиваемое на всей АВМ в единицу времени, вычисляется по формуле W = E1 - E2. Здесь E1 - количество энергии, приносимое в АВМ через все афференты, а E2 - количество энергии, уходящее из АВМ с оттоком по дренирующей вене. Будем называть величину W нагрузкой на АВМ.
Введем основное для нас понятие «удельной нагрузки» на единицу объема АВМ: w = W/V, где V - объем мальформации. Величина удельной нагрузки показывает, сколько энергии рассеивается в единице объема АВМ в единицу времени, т.е. это локальная характеристика нагрузки. Чем больше удельная нагрузка, тем более вероятно разрушение АВМ выделяющейся энергией кровотока.
Построим простую гидравлическую модель мальформации, качественно описывающую возрастание удельной нагрузки при эмболизации. Будем моделировать АВМ пакетом параллельных трубок (рис. 1 слева). Для учета перераспределения потока крови при эмболизации включим эту модель АВМ в систему трубок, приведенную на рис. 1 справа. На нем трубка, идущая из узла 3 в узел 1, моделирует идущие параллельно АВМ здоровые сосуды. Будем считать, что сопротивление трубок, обозначенных на рисунках штриховыми линиями, пренебрежимо мало.
В
— АВМ
-—-•я
Рис. 1. Гидравлическая модель АВМ: слева - трубочная модель АВМ, справа - АВМ, включенная в систему нормальных сосудов
Сделаем следующие предположения:
- все трубки в пакете являются одинаковыми;
- будем считать течение в трубках стационарным течением Пуазейля, соответствующим ос-редненному по времени реальному течению;
- эмболизацию будем моделировать, уменьшая количество трубок в пакете;
- расход Qin на входе в сосудистую систему и давления Pj, P2 на выходе из нее считаются постоянными в процессе эмболизации.
Введем обозначения для величин, описывающих пакет трубок: k - количество трубок в пакете, l - длина трубки, d - диаметр трубки, Q -общий расход через пакет трубок. Поскольку все трубки считаются одинаковыми, то мощность, рассеиваемая всем пакетом трубок, отнесенная к объему этого пакета трубок, равна удельной нагрузке на пакет трубок. Она вычисляется по
формуле w — 2 6 2 , где m - коэффициент p d k
вязкости крови. Удельная нагрузка, выражен-
d2
ная через объем пакета V — pk — l имеет вид
32 ml2 Q2 4
w — — ,2 т/2— . В процессе эмболизации V обо-
(л V
значает неэмболизированный объем. Из последней формулы для удельной нагрузки видно, что для ее определения остается найти расход через пакет трубок Q. Все остальные переменные не зависят от окружения пакета трубок.
Запишем формулу потока Q через АВМ (см. рис. 2 справа):
сДж/см 8-
Q
(pd4i( pi - p2) + 128 //A, Qin) d2 V 32 m(pl d34 + 4131 d2 V)
w
(pd34i(pi - p2) +128 m Qm)2 d212 32 m (p l2 d34, + 4131 d2 V)
о
20
40
60
80
"i-1
%
где 131, d31 - длина и диаметр обходной трубки, Qin - расход на входе (0). Подставляя это выражение в формулу для удельной нагрузки, окончательно получим:
}4 ! „ „ \ , юо .. 1 Л \2 „|2 12
Типичное поведение удельной нагрузки на построенной гидравлической модели иллюстрируется рис. 2.
На примере интраоперационных измерений у четырех пациентов продемонстрируем характерные изменения скорости кровотока, давления, общей и удельной нагрузок в процессе эмболизации (рис. 3). Для построения графиков нагрузок, помимо значений скорости и давления в приносящих и отводящих сосудах, необходимо знать исходный объем мальформации и его уменьшение
Рис. 2. Типичная кривая роста удельной нагрузки (сДж/см3) для гидравлической модели АВМ в процессе эмболизации
в процессе эмболизации. Исходный объем АВМ рассчитывался по результатам постобработки МРТ изображений пациентов, выполненных методом TOF с контрастированием, а степень ин-траоперационной деваскуляризации узла АВМ -с помощью разработанного нами программного обеспечения [2]. Из сравнения графиков общей и удельной нагрузок можно сделать важный вывод: по мере эмболизации общая нагрузка на АВМ падает в связи с уменьшением расхода через АВМ. В то же время уменьшается объем АВМ, входящий в знаменатель формулы для удельной нагрузки. Измерения показывают, что объем V АВМ убывает быстрее, чем нагрузка W. В результате величина удельной нагрузки повышается, причем резкое возрастание удельной нагрузки начинается при достижении 60-70 % эмболизации АВМ. Видно качественное совпадение с модельным графиком (см. рис. 2). Это может объяснить наблюдаемую в клинике тенденцию к разрыву субтотально эмболизированных АВМ.
На основании литературных данных [8, 9, 14, 16, 17, 19, 20, 23], анализа собственных результатов и проведенных модельных расчетов мы разработали алгоритм эндоваскулярного лечения АВМ.
1. Лечение АВМ следует начинать с выключения фистульного компонента [1].
2. В случаях, когда выключение высокопоточной фистулы приводит к выраженной ангио-графической перестройке, следует, независимо от размеров АВМ, ограничиться на данном этапе выключением фистулы.
3. Одноэтапная эмболизация допустима при АВМ класса А по Spetzler-Ponce, а также неболь-
ших АВМ глубинной локализации класса В. Таким образом, решающим в разделении эмболи-зации на этапы является объем АВМ и наличие/ отсутствие прямой фистулы.
мм рт. ст. 120
Давление
■ пациент И
■ пациент К
сДж/см
Скорость
20 40 60 80 Удельная нагрузка
100
100
■ пациент Т
■ пациент С
Рис. 3. Изменение давления, скорости, нагрузки и удельной нагрузки в зависимости от степени эмболизации АВМ
Таблица
Результаты лечения пациентов с супратенториальными АВМ
Признак Класс А Класс В Всего
Количество пациентов 45 79 124
Количество эмболизационных сессий 59 157 216
Количество тотальных эмболизаций 27 (60 %) 19 (24 %) 46 (37,1 %)
Количество эмболизационных сессий среди тотально эмболизированных 36 29 65
Среднее количество сессий/пациента среди тотально эмболизированных 1,3 1,53 1,4
Количество законченных случаев (мультимодальный подход) 37 (82,2 %) 42 (53 %) 79 (63,7 %)
Из них микрохирургическое удаление: планово 2 8 10
экстренно 3 5 8
Экстренные вмешательства без удаления АВМ (НВД, удаление гематомы, декомпрессивная трепанация) 1 5 6
Радиохирургия* 3 2 5
Геморрагические осложнения (гемодинамические, без учета манипуляционных) 5 10 15
% геморрагических осложнений/пациента 11,1 % 3,3 % 12,1 %
% геморрагических осложнений/процедуру 8,5 % 2,9 % 6,9 %
Инвалидизация/летальность в результатате периоперационного кровоизлияния 2 (4,4 %) 5 (6,3 %) 7 (5,6 %)
Летальность 1 (2,2 %) 0 1 (0,8 %)
Примечание. * - нет отдаленных результатов.
4. При АВМ средних и крупных размеров лечение должно быть этапным, причем за одну сессию не следует превышать выключения 60 % объема АВМ.
5. Приоритетными в выключении, помимо фистульных компонентов, являются компартмен-ты АВМ, содержащие интранидальные аневризмы как потенциальные источники геморрагии.
6. При достижении субтотального тромбиро-вания АВМ необходимо стремиться довести эм-болизацию до конца; при невозможности добиться полного выключения АВМ эндоваскулярным методом следует в ближайшее время прибегнуть к микрохирургическому удалению или радиохирургическому лечению. Последнее менее предпочтительно из-за отсроченного эффекта и должно рассматриваться по остаточному принципу.
Результаты лечения 124 пациентов приведены в таблице. Полученные результаты сопоставимы с данными, опубликованными в мировой литературе [15].
Как было сказано выше, для проверки рабочей гипотезы по результатам опроса двух экспертов было сформировано две пары групп. Частота кровоизлияний в группах, где тактика эмболиза-ции соответствовала алгоритму, составила 5,1 и 3,9 % (соответственно 5 из 99 и 4 из 102 пациентов), в группах несоответствия алгоритму - 40 и 50 % (10 из 25 и 11 из 22). Статистический анализ результатов показал отсутствие значимых различий между оценками специалистов в количественном распределении пациентов по группам ^ = 0,75; р > 0,05). Качественно распределение различалось по 5 пациентам (отнесение одного пациента в разные группы по результатам опросников). Как в первой, так и во второй паре групп получено достоверное снижение частоты кровоизлияний при соблюдении алгоритма = 4,08, р < 0,01; F2 = 4,994, р < 0,01 соответственно).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Введено понятие удельной нагрузки - количества энергии, выделяющейся при прохождении крови через единицу объема АВМ в единицу времени. На созданной математической гидравлической модели АВМ показано резкое увеличение удельной нагрузки при достижении 60 % выключения сосудистой сети.
2. На серии интраоперационных измерений продемонстрировано стереотипное поведение удельной нагрузки, качественно и количественно соответствующее модельному.
3. Математически и экспериментально обоснован критический объем одноэтапного выключения АВМ, равный 60 %, что соответствует
клиническим наблюдениям. На модели показан приоритет выключения прямых фистул.
4. Предложена последовательность и этап-ность проведения эндоваскулярного выключения АВМ с учетом особенностей ангиоархитектони-ки и полученных представлений об интраопера-ционных изменениях локальной гемодинамики АВМ.
5. У пациентов, оперированных в соответствии с разработанным алгоритмом, выявлено статистически достоверное снижение количества периоперационных кровоизлияний.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 12-01-31112, № 13-01-00270), Президиума СО РАН (грант ИП №44), ОЭММПУ РАН (грант № 2.13.4).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Панарин В.А., Орлов К.Ю., Кривошапкин А.Л. и др. Использование гидродинамических расчетов в выборе сценария эмболизации церебральной арте-риовенозной мальформации с фистульным компонентом // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2012. (3). 39-43.
2. Сергеев Г.С., Орлов К.Ю., Кривошапкин А.Л. и др. Программное обеспечение для оценки степени деваскуляризации артериовенозных мальформаций // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2013. (1). 25-28.
3. Ayad M., Eskioglu E., Mericle R.A. Onyx: a unique neuroembolic agent // Expert Rev. Med. Devices. 2006. 3. (6). 705-715.
4. Brown R.D. Jr., Wiebers D.O., Forbes G. et al. The natural history of unruptured intracranial arteriovenous malformations // J. Neurosurg. 1988. 68. (3). 352-357.
5. Deruty R., Pelissou-Guyotat I., Amat D. et al. Multidisciplinary treatment of cerebral arteriovenous malformations // Neurol. Res. 1995. 17. (3). 169-177.
6. Ferns S.P., Schneiders J.J., Siebes M. et al. Intracranial blood-flow velocity and pressure measurements using an intra-arterial dual-sensor guidewire // AJNR Am. J. Neuroradiol. 2010. 31. (2). 324-326.
7. Graf C.J., Perret G.E., Torner J.C. Bleeding from cerebral arteriovenous malformations as part of their natural history // J. Neurosurg. 1983. 58. (3). 331-337.
8. Haw C.S., ter Brugge K., Willinsky R. et al. Complications of embolization of arteriovenous malformations of the brain // J. Neurosurg. 2006. 104. 226-232.
9. Heidenreich J.O., Hartlieb S., Stendel R. et al. Bleeding complications after endovascular therapy of cerebral arteriovenous malformations // AJNR Am. J. Neuroradiol. 2006. 27. 313-316.
10. Hoole S.P., Heck P.M., White P.A. et al. Stunning and cumulative left ventricular dysfunction occurs late after coronary balloon occlusion in humans insights from simultaneous coronary and left ventricular hemodynamic assessment // JACC Cardiovasc. Interv. 2010. 3. (4). 412-418.
11. Jafar J.J., Davis A.J., Berenstein A. et al. The effect of embolization with N-butyl cyanoacrylate prior to surgical resection of cerebral arteriovenous malformations // J. Neurosurg. 1993. 78. (1). 60-69.
12. Katsaridis V., Papagiannaki C., Aimar E. Curative embolization of cerebral arteriovenous malformations (AVMs) with Onyx in 101 patients // Neuroradiology. 2008. 50. (7). 589-597.
13. Kolli K.K., Helmy T.A., Peelukhana S.V. et al. Functional diagnosis of coronary stenoses using pressure drop coefficient: A pilot study in humans // Catheter Cardiovasc. Interv. 2013. doi: 10.1002/ ccd.25085.
14. Ledezma C.J., Hoh B.L., Carter B.S. et al. Complications of cerebral arteriovenous malformation embolization: Multivariate analysis of predictive factors // J. Neurosurg. 2006. 58. 602-611.
15. Liu L., Jiang C., He H. et al. Periprocedural bleeding complications of brain AVM embolization with Onyx // Interv. Neuroradiol. 2010. 16. (1). 47-57.
16. Maimon S., Strauss I., Frolov V et al. Brain arteriovenous malformation treatment using a combination of Onyx and a new detachable tip microcatheter, SONIC: short-term results // AJNR Am. J. Neuroradiol. 2010. 31. (5). 947-954;
17. Massoud T.F., Hademenos G.J., Young W.L. et al. Can induction of systemic hypotension help prevent
nidus rupture complicating cerebral arteriovenous malformations embolization? Analysis underlying mechanisms achieved using a theoretical model // Am. J. Neuroradiol. 2000. 21. 1255-1267.
18. Ondra S.L., Troupp H., George E.D. et al. The natural history of symptomatic arteriovenous malformations of the brain: a 24-year follow-up assessment // J. Neurosurg. 1990. 73. (3). 387-391.
19. Perez-Higueras A., Lopez R.R., Tapia D.Q. Endovascular treatment of cerebral AVM: our experience with Onyx // Interv. Neuroradiol. 2005. 11. 141-157.
20. Picard L., Da Costa E., Anxionnat R. et al. Acute spontaneous hemorrhage after embolization of brain arteriovenous malformation with N-butyl-cyanoacrylate // J. Neuroradiol. 2001. 28. 147-165.
21. Saatci I., Geyik S., Yavuz K., Cekirge H.S. Endovascular treatment of brain arteriovenous malformations with prolonged intranidal Onyx injection technique: long-term results in 350 consecutive patients with completed endovascular treatment course // J. Neurosurg. 2011. 115. (1). 78-88.
22. Spetzler R.F., Martin N.A. A proposed grading system for arteriovenous malformations // J. Neurosurg. 1986. 65. (4). 476-483.
23. Strauss I., Frolov V., Buchbut D. et al. Critical appraisal of endovascular treatment of brain arteriovenous malformation using Onyx in a series of 92 consecutive patients // Acta Neurochir. (Wien). 2013. 155. (4). 611-617.
24. Wilkins R.H. Natural history of intracranial vascular malformations: a review // Neurosurgery 1985. 16. (3). 421-430.
HEMODYNAMIC HEMORRHAGE PREVENTION ALGORITHM DURING CEREBRAL ARTERIOVENOUS MALFORMATIONS EMBOLIZATION
Aleksei Leonidovich KRIVOSHAPKIN14, Vyacheslav Aleksandrovich PANARIN1, Kirill Yurevich ORLOV14, Vadim Vyacheslavovich BERESTOV1, Timur Salimovich SHAYAKHMETOV1, Anton Viktorovich GORBATYKH1, Dmitry Sergeevich KISLITSIN1, Aleksandr Pavlovich CHUPAKHIN23, Aleksandr Aleksandrovich CHEREVKO23, Aleksandr Kancherovich KHE23, Gleb Sergeevich SERGEEV4, Dmitry Viktorovich CHEBYKIN4
1 Novosibirsk State Research Institute of Circulation Pathology 630055, Novosibirsk, Rechkunovskaya str.,15
2 Lavrentyev Institute of Hydrodynamics 630090, Novosibirsk, Acad. Lavrentyev av., 15
3 Novosibirsk State University
630090, Novosibirsk, Pirogov str., 2
4 Novosibirsk State Medical University of Minzdrav of Russia
630091, Novosibirsk, Krasniy av., 52
The hemodynamic mechanisms causing perirpocedural bleeding during embolization of cerebral arteriovenous malformations (AVMs) have been under consideration. The new definition of unit load has been introduced as quantity of energy produced when blood flows through the unit of AVM volume in the unit of time. Mathematical model shows dramatic increase of unit load when 60-70 % of AVM is embolized, which explains the phenomenon of rupture of subtotally obliterated AVMs. Quantitative and qualitative concordance of the model with clinical data was demonstrated. It was achieved by invasive measurement of blood pressure and flow velocity in feeding and draining vessels of AVM using ComboMap (Volcano, USA) device with subsequent plotting of the unit load in life patients. Algorithm with emphasis on angioarchitectonical peculiarities and new understanding of AVM hemodynamics has been proposed. Retrospective analysis of anonymous digital videos of endovascular procedures of 124 consecutive patients with Spetzler-Ponce A and B class AVMs was performed by two interventional neurororadiologists (referred to as 1 and 2). Two pairs of statistically homogenous groups were formed: the first one with patients who were treated in accordance with the algorithm (group a), and the second with those who were not (group b). Hemorrhage rate in group 1a was 5 of 99 (5.1 %) and in group 2a it was 4 of 102 patients (3.9 %), while in group 1b and 2b it consisted 10 of 25 (40 %) and 11 of 22 patients (50 %) respectively. There was no statistically significant difference between the opinions of specialists. In both pairs of groups the statistically significant decrease of hemorrhage rate was achieved by the introduction of algorithm (F1 = 4,08; p < 0,01, F2 = 4,994; p < 0,01).
Key words: arteriovenous malformation, embolization, hemorrhage, mathematical model, fistula, unit load.
Krivoshapkin A.L. - doctor of medical sciences, professor, corresponding member of the RAMN, head of neurosurgical center, head of neurosurgical chair, e-mail:[email protected] Panarin V.A. - neurosurgeon, e-mail: [email protected]
Orlov K.Yu. - candidate of medical sciences, senior researcher, head of neurosurgery department, head of endovascular neurosurgery research group, assistant professor, e-mail: [email protected] Berestov V.V. - junior researcher in the group of endovascular neurosurgery, e-mail: [email protected] Shayakhmetov T.S. - junior researcher of the group of endovascular neurosurgery, e-mail: [email protected]
Gorbatykh A.V. - neurosurgeon, e-mail: [email protected] Kislitsin D.S. - neurosurgeo, e-mail: [email protected]
Chupakhin A.P. - doctor ofphysical and mathematical sciences, head of the laboratory, professor, head of the chair Cherevko A.A. - candidate ofphysical and mathematical sciences, researcher, assistant professor Khe A.K. - candidate ofphysical and mathematical sciences, researcher, assistant professor Sergeev G.S. - resident of the neurosurgery chair, e-mail: [email protected]
Chebykin D.V. - candidate of medical sciences, assistant professor of the chair for public health and healthcare
