Caracterització de catèters de trombectomia per l’optimització d’estratègies de tractament endovascular d’ictus isquèmic agut

Abstract

INTRODUCCIÓ El tractament endovascular és la teràpia gold standard en pacients amb ictus isquèmic agut. En una metaanàlisi dels estudis clínics, la taxa de reperfusió amb èxit ronda un 70-85% dels pacients. Els factors que dificulten el tractament endovascular es classifiquen en anatomies vasculars desfavorables que dificulten la navegació fins a l’artèria obstruïda i en oclusions refractàries on la mobilització i extracció del trombe es complica atès al seu comportament biomecànic. En l’última dècada, s’han desenvolupat nombrosos dispositius de trombectomia per tal d’abordar el 30% dels casos on el tractament endovascular fracassa. Davant l’increment de la diversitat de catèters, es presenta la necessitat de conèixer les característiques i el rendiment de cada dispositiu per establir criteris de selecció objectius.

OBJECTIUS Caracterització de la capacitat d’aspiració i la navegabilitat dels catèters d’accés distal de trombectomia cerebral per establir criteris objectius per a la selecció de dispositius pel tractament endovascular. Implantació de sistemes experimentals per avaluacions tècniques i estudi dels paràmetres que poden influir en el rendiment dels dispositius durant el tractament endovascular, incloent-hi factors de disseny dels catèters i les estratègies de navegació emprades habitualment en els procediments.

MÈTODES Avaluació in vitro utilitzant models anatòmics que repliquen l’anatomia vascular humana i sensors-actuadors per simular les maniobres i la percepció sensorial de l’intervencionista. Les mètriques establertes per quantificar el rendiment dels catèters són la força d’aspiració que manté la interacció dispositiu-trombe, la força de navegació que hauria d’exercir l’operador per avançar el catèter per la vasculatura i els moviments involuntaris del sistema coaxial de catèters durant la navegació.

RESULTATS Els catèters de major calibre no necessàriament exhibeixen forces d’aspiració més elevades i catèters amb diàmetres d’etiqueta idèntics poden presentar fins a un 13% de variabilitat en les forces d’aspiració empíriques. Durant la interacció catèter-trombe, la punta dels dispositius té la capacitat d’augmentar el seu diàmetre intern un 15–25% per generar forces d’aspiració 61–99% superior als valors teòrics. La navegabilitat dels catèters d’aspiració poden variar fins a un 63% en termes de força de navegació (≤1500 mN). L’anàlisi de regressió múltiple dels paràmetres de disseny indica que la configuració híbrida (combinació dels patrons espiral i teixit) de l’estructura de reforç i les parets distals fines dels catèters contribueixen significativament a la facilitat de navegació (R2 = 75,8%, p<0,001). La navegabilitat dels catèters no és una característica inherent, les estratègies de navegació poden uniformitzar aquest paràmetre de rendiment. La navegació amb el suport del microcatèter i l’ancoratge amb l’stent-retriever són estratègies que poden reduir les forces de navegació fins a un 63% i un 77% (>1000 mN), respectivament. Els moviments involuntaris com progressions abruptes del catèter d’accés distal i el retrocés del catèter guia es minimitzen significativament (p<0,05) amb el suport del microcatèter i l’stent-retriever.

CONCLUSIONS Els estudis experimentals han demostrat que durant un procediment de tractament endovascular on s’empren catèters d’accés distal, la interacció entre un catèter d’aspiració i un trombe rígid amb dimensions superiors a les especificacions del dispositiu, la punta dels catèters presenta una capacitat de distensió que permet augmentar el diàmetre i l’àrea transversal de l’aspiració i, conseqüentment, l’eficàcia de les estratègies de reperfusió. D’altra banda, la navegabilitat dels catèters millora amb la presència de la configuració híbrida i unes parets distals fines, i les estratègies de navegació efectuades amb el suport del microcatèter i l’ancoratge amb l’stent-retriever permeten equilibrar la capacitat de navegació dels catèters d’aspiració.

INTRODUCCIÓN El tratamiento endovascular es la terapia gold standard en pacientes con ictus isquémico agudo. En un metaanálisis de los estudios clínicos, la tasa de reperfusión con éxito ronda un 70-85% de los pacientes. Los factores que dificultan el tratamiento endovascular se clasifican en anatomías vasculares desfavorables que dificultan la navegación hasta la arteria obstruida y en oclusiones refractarias donde la movilización y extracción del trombo se complica debido a su comportamiento biomecánico. En la última década, se han desarrollado numerosos dispositivos de trombectomía para abordar el 30% de los casos donde el tratamiento endovascular fracasa. Ante el incremento de la diversidad de catéteres, se presenta la necesidad de conocer las características y el rendimiento de cada dispositivo para establecer criterios de selección objetivos.

OBJETIVOS Caracterización de la capacidad de aspiración y la navegabilidad de los catéteres de acceso distal de trombectomía cerebral para establecer criterios objetivos para la selección de dispositivos por el tratamiento endovascular. Implantación de sistemas experimentales por evaluaciones técnicas y estudio de los parámetros que pueden influir en el rendimiento de los dispositivos durante el tratamiento endovascular, incluyendo factores de diseño de los catéteres y las estrategias de navegación empleadas habitualmente en los procedimientos.

MÉTODOS Evaluación in vitro utilizando modelos anatómicos que replican la anatomía vascular humana y sensores-actuadores para simular las maniobras y la percepción sensorial del intervencionista. Las métricas establecidas para cuantificar el rendimiento de los catéteres son la fuerza de aspiración que mantiene la interacción dispositivo-trombo, la fuerza de navegación que tendría que ejercer el operador para avanzar el catéter por la vasculatura y los movimientos involuntarios del sistema coaxial de catéteres durante la navegación.

RESULTADOS Los catéteres de mayor calibre no necesariamente exhiben fuerzas de aspiración más elevadas y catéteres con diámetros de etiqueta idénticos pueden presentar hasta un 13% de variabilidad en las fuerzas de aspiración empíricas. Durante la interacción catéter-trombo, la punta de los dispositivos tiene la capacidad de aumentar su diámetro interno un 15–25% para generar fuerzas de aspiración 61–99% superior a los valores teóricos. La navegabilidad de los catéteres de aspiración pueden variar hasta un 63% en términos de fuerza de navegación (≤1500 mN). El análisis de regresión múltiple de los parámetros de diseño indica que la configuración híbrida (combinación de los patrones espiral y tejido) de la estructura de refuerzo y las paredes distales finas de los catéteres contribuyen significativamente a la facilidad de navegación (R2 = 75,8%, p<0,001). La navegabilidad de los catéteres no es una característica inherente, las estrategias de navegación pueden uniformizar este parámetro de rendimiento. La navegación con el apoyo del microcatéter y el anclaje con el stent-retriever son estrategias que pueden reducir las fuerzas de navegación hasta un 63% y un 77% (>1000 mN), respectivamente. Los movimientos involuntarios como progresiones abruptas del catéter de acceso distal y el retroceso del catéter guía se minimizan significativamente (p<0,05) con el apoyo del microcatéter y el stent-retriever.

CONCLUSIONES Los estudios experimentales han demostrado que durante un procedimiento de tratamiento endovascular donde se emplean catéteres de acceso distal, la interacción entre un catéter de aspiración y un trombo rígido con dimensiones superiores a las especificaciones del dispositivo, la punta de los catéteres presenta una capacidad de distensión que permite aumentar el diámetro y el área transversal de la aspiración y, consecuentemente, la eficacia de las estrategias de reperfusión. Por otro lado, la navegabilidad de los catéteres mejora con la presencia de la configuración híbrida y unas paredes distales finas, y las estrategias de navegación efectuadas con el apoyo del microcatéter y el anclaje con el stent-retriever permiten equilibrar la capacidad de navegación de los catéteres de aspiración.

INTRODUCTION Mechanical thrombectomy is the gold standard treatment in patients with an acute ischemic stroke due to large vessel occlusion. In a pooled meta-analysis of major clinical trials, successful recanalization was achieved in 70% of patients. The factors that interfere with mechanical thrombectomies are classified into unfavorable vascular anatomies that hinder navigation to access the occlusion site, and refractory occlusions where the clots are resistant to removal due to unfavorable biomechanical properties. Over the last decade, several devices have been developed to work on the 30% of procedural failures. Given the rise in variety of thrombectomy catheters, there is a need to learn about the features and performance of the devices to establish device selection criteria.

PURPOSE Characterization of the aspiration capacity and the navigability of distal access catheters to establish objective device selection criteria for mechanical thrombectomy procedures. Implementation of an experimental setup to perform technical assessments and analysis of parameters that may influence the devices’ performance during procedures, including catheter design specifications and navigation strategies.

METHODS In vitro anatomical models replicating the human vascular anatomy and sensor-actuators that simulate the maneuvers of the interventionalists are used to perform quantitative assessments. The metrics are the aspiration force that measures the degree of engagement between catheter and thrombus, the tracking force required to advance the catheter through the vasculature, and the involuntary displacements of the catheters that compose the coaxial system.

RESULTS Larger-bore catheters did not necessarily deliver higher aspiration forces and catheters with identically labelled inner diameters showed up to 13% variability in empirical aspiration forces. During the catheter-thrombus interaction, the device tips can expand 15–25% to deliver aspiration forces 61–99% higher than theoretical forces. The aspiration catheter included in the study showed up to 63% variability in tracking performance (≤1500 mN). Multiple regression analyses of the design specifications indicated that the hybrid configuration coil + braid in the reinforcement structure and the thinner catheter walls contributed significantly to the ease of navigation (R2 = 75.8%, p<0.001). The catheters’ navigability is not an intrinsic feature; the navigation strategies can minimize the differences between devices. The microcatheter-supported approach and the stent-retrieve

CONCLUSIONS The experimental studies have demonstrated that when distal access catheters are used in mechanical thrombectomy procedures, the interaction between the catheter and a large stiff clot induces tip distension that increases the aspiration diameter and cross-sectional area, and consequently, the efficiency of the reperfusion technique. Regarding the navigability, the tracking performance of the catheters improves with the combination of coil + braid in the reinforcement structure and thinner catheter walls, and the microcatheter- and stent-retriever-supported navigation strategies can minimize the differences between the catheters.r anchoring techniques reduce the navigation forces by up to 63% and 77%, respectively. The supported navigation techniques also mitigated the involuntary displacements such as sudden progressions of the distal access catheter or the kickback of the guiding catheter.