False lumen fluid dynamics and biomechanics by 4D flow CMR and their relationship with aortic growth rate and partial false lumen thrombosis in chronic aortic dissection of the descending aorta

Abstract

Antecedents: Els predictors de dilatació aòrtica o esdeveniments adversos en pacients amb una falsa llum en l'aorta descendent després d'una dissecció aòrtica aguda (DA) s'han centrat principalment en variables morfològiques o anatòmiques. Encara que la presència de flux en la falsa llum s'ha associat a resultats adversos, els estudis que quantifiquen el flux en la falsa llum i la seva relació amb la taxa de creixement aòrtic són escassos i limitats. D'altra banda, la trombosi parcial de la llum falsa s'ha associat recentment a resultats deleteris, i encara no s'han dilucidat les característiques biomecàniques i fluidodinàmiques associades a la trombosi parcial. Objectius: (i) Avaluar si els descriptors biomecànics i de dinàmica de fluids de la falsa llum són determinants pronòstics de la taxa de creixement aòrtic en pacients amb DA crònica de l'aorta descendent, i (ii) analitzar l'associació entre aquests descriptors i la presència i extensió del trombe en la falsa llum. Materials i Mètodes: Els pacients amb una falsa llum crònica no trombosada o parcialment trombosada en l'aorta descendent després d'una DA i sense trastorns genètics del teixit connectiu es van sotmetre a un seguiment per imatge que incloïa un protocol de ressonància magnètica cardiovascular (RMC) de flux 4D amb contrast i angiografies per tomografia computada (ATC) consecutives adquirides amb un interval d'almenys 1 any. Es va realitzar una anàlisi exhaustiva de les característiques anatòmiques (inclosa la quantificació de l'extensió del trombe) i de la dinàmica dels fluids del fals lumen (flux rotacional, tensió de cisallament de la paret o wall shear stress, energia i intensitat del flux) i de la biomecànica (velocitat de l'ona de pols). Resultats: Es van incloure 68 pacients amb un fals lumen crònic en l'aorta descendent (35 DA de tipus A tractada quirúrgicament i amb esquinçament residual, i 19 DA de tipus B tractada mèdicament). No obstant això, per a determinar els factors pronòstics de la taxa de creixement aòrtic, es va considerar un subgrup de 54 pacients, ja que eren els que disposaven de dos ATC consecutives. La mitjana de la durada del seguiment va ser de 40 mesos. El flux rotacional en el pla, la velocitat de l'ona de pols i el percentatge de trombe en la falsa llum es van relacionar de manera positiva amb la taxa de creixement aòrtic (p=0.006, 0.017 i 0.037, respectivament), mentre que la tensió de cisallament va mostrar una associació positiva gairebé significativa (p=0.060). Aquests resultats es van trobar independentment del tipus de DA. mD'altra banda, en l'anàlisi sobre els descriptors de flux i biomecànics relacionats amb la trombosi parcial de la falsa llum, es va incloure la cohort completa de l'estudi (68 pacients). La taxa de creixement aòrtic va ser major en presència de trombosi parcial en la falsa llum (33 pacients), que en absència de la mateixa (35 pacients) (1.6 [0.8 - 3.3] vs. 1.0 [0.5 - 1.8] mm/any, respectivament). En la regressió logística multivariant, l'energia cinètica de la falsa llum (p=0.038) va discriminar els pacients amb trombosi parcial de la falsa llum dels pacients sense trombosis. De la mateixa manera, en correlacions lineals multivariants separades, l'energia cinètica (p=0,006) i la ràtio de flux entrant en la falsa llum (p=0,002) es van relacionar de manera independent amb l'extensió del trombe. Els vòrtexs de la falsa llum, l'acceleració i estasis del flux, la tensió de cisallament de la paret i la velocitat de l'ona del pols van mostrar associacions limitades amb la presència i extensió del trombe. Conclusions: El flux rotacional, la velocitat de l'ona de pols i la tensió de cisallament de la paret es relacionen positivament amb la taxa de creixement aòrtic, i haurien d'implementar-se en l'algorisme de seguiment dels pacients amb un fals lumen crònic, no trombosat o parcialment trombosat, en l'aorta descendent.

Antecedentes: Los predictores de dilatación aórtica o acontecimientos adversos en pacientes con una falsa luz en la aorta descendente tras una disección aórtica aguda (DA) se han centrado principalmente en variables morfológicas o anatómicas. Aunque la presencia de flujo en la falsa luz se ha asociado a resultados adversos, los estudios que cuantifican el flujo en la falsa luz y su relación con la tasa de crecimiento aórtico son escasos y limitados. Por otro lado, la trombosis parcial de la luz falsa se ha asociado recientemente a resultados deletéreos, y aún no se han dilucidado las características biomecánicas y fluidodinámicas asociadas a la trombosis parcial. Objetivos: (i) Evaluar si los descriptores biomecánicos y de dinámica de fluidos de la falsa luz son determinantes pronósticos de la tasa de crecimiento aórtico en pacientes con DA crónica de la aorta descendente, y (ii) analizar la asociación entre estos descriptores y la presencia y extensión del trombo en la falsa luz. Materiales y Métodos: Los pacientes con una falsa luz crónica no trombosada o parcialmente trombosada en la aorta descendente tras una DA y sin trastornos genéticos del tejido conectivo se sometieron a un seguimiento por imagen que incluía un protocolo de resonancia magnética cardiovascular (RMC) de flujo 4D con contraste y angiografías por tomografía computarizada (ATC) consecutivas adquiridas con un intervalo de al menos 1 año. Se realizó un análisis exhaustivo de las características anatómicas (incluida la cuantificación de la extensión del trombo) y de la dinámica de los fluidos del falso lumen (flujo rotacional, tensión de cizallamiento de la pared o wall shear stress, energía e intensidad del flujo) y de la biomecánica (velocidad de la onda de pulso). Resultados: Se incluyeron 68 pacientes con un falso lumen crónico en la aorta descendente (35 DA de tipo A tratada quirúrgicamente y con desgarro residual, y 19 DA de tipo B tratada médicamente). Sin embargo, para determinar los factores pronósticos de la tasa de crecimiento aórtico, se consideró un subgrupo de 54 pacientes, ya que eran los que disponían de dos ATC consecutivas. La mediana de la duración del seguimiento fue de 40 meses. El flujo rotacional en el plano, la velocidad de la onda de pulso y el porcentaje de trombo en la falsa luz se relacionaron de forma positiva con la tasa de crecimiento aórtico (p=0.006, 0.017 y 0.037, respectivamente), mientras que la tensión de cizallamiento mostró una asociación positiva casi significativa (p=0.060). Estos resultados se encontraron independientemente del tipo de DA. Por otra parte, en el análisis sobre los descriptores de flujo y biomecánicos relacionados con la trombosis parcial de la falsa luz, se incluyó la cohorte completa del estudio (68 pacientes). La tasa de crecimiento aórtico fue mayor en presencia de trombosis parcial en la falsa luz (33 pacientes), que en ausencia de la misma (35 pacientes) (1.6 [0.8 - 3.3] vs. 1.0 [0.5 - 1.8] mm/año, respectivamente). En la regresión logística multivariante, la energía cinética de la falsa luz (p=0.038) discriminó a los pacientes con trombosis parcial de la falsa luz de los pacientes sin trombosis. Del mismo modo, en correlaciones lineales multivariantes separadas, la energía cinética (p=0,006) y la ratio de flujo entrando en la falsa luz (p=0,002) se relacionaron de forma independiente con la extensión del trombo. Los vórtices de la falsa luz, la aceleración y estasis del flujo, la tensión de cizallamiento de la pared y la velocidad de la onda del pulso mostraron asociaciones limitadas con la presencia y extensión del trombo. Conclusiones: El flujo rotacional, la velocidad de la onda de pulso y la tensión de cizallamiento de la pared se relacionan positivamente con la tasa de crecimiento aórtico, y deberían implementarse en el algoritmo de seguimiento de los pacientes con un falso lumen crónico, no trombosado o parcialmente trombosado, en la aorta descendente.

Background: Predictors of aortic dilation or adverse events in patients with a false lumen in the descending aorta after an acute aortic dissection (AD) have mostly been focused on morphological or anatomical variables. Although the presence of flow in the false lumen has been associated with adverse outcomes, studies quantifying flow dynamics in the false lumen and its relationship with aortic growth rate are still limited. On the other hand, partial thrombosis of the false lumen has recently been associated with poor outcomes. Meanwhile, the fluid dynamic and biomechanical characteristics associated with partial thrombosis remain to be elucidated. Aims: (i) To assess whether false lumen fluid dynamic and biomechanical descriptors are prognostic determinants of aortic growth rate in patients with chronic AD of the descending aorta, and (ii) to analyze the association between these descriptors and the presence and extent of thrombus in the false lumen. Materials and Methods: Patients with a chronic non-thrombosed or partiallythrombosed false lumen in the descending aorta after an AD and no genetic connective tissue disorders underwent an imaging follow-up including a contrast-enhanced 4D flow cardiovascular magnetic resonance (CMR) protocol and consecutive computed tomography angiograms (CTA) acquired at least 1 year apart. A comprehensive analysis of anatomical features (including quantification of thrombus extent), and false lumen fluid dynamics (rotational flow, wall shear stress, flow energy and intensity) and biomechanics (pulse wave velocity) was performed. Results: Sixty-eight patients with a chronic, false lumen in the descending aorta were included (35 surgically-treated type A AD with residual tear and 19 medically-treated type B AD). However, to determine prognostic factors for aortic growth rate, a subgroup of 54 patients who had undergone two consecutive CTA was considered. Median follow-up duration was 40 months. The in-plane rotational flow, pulse wave velocity and the percentage of thrombus in the false lumen were positively related to aortic growth rate (p=0.006, 0.017 and 0.037, respectively), whereas wall shear stress showed a nearly-significant positive association (p=0.060). These results were found irrespectively of the type of AD. On the other hand, in the analysis testing flow and biomechanical descriptors related to partial thrombosis of the false lumen, the complete study cohort (68 patients) was included. The aortic growth rate was higher in the presence of partial thrombosis (33 patients) than in the case of no thrombosis (35 patients) in the false lumen (1.6 [0.8 -3.3] vs. 1.0 [0.5 - 1.8] mm/year, respectively). In multivariate logistic regression false lumen kinetic energy (p=0.038) discriminated patients with partial false lumen thrombosis from patients with no thrombosis. Similarly, in separated multivariate linear correlations, kinetic energy (p=0.006) and false lumen inflow (p=0.002) were independently related to the extent of the thrombus. False lumen vortexes, flow acceleration and stasis, wall shear stress and pulse wave velocity showed limited associations with thrombus presence and extent. Conclusions: Rotational flow, pulse wave velocity, and wall shear stress are positively related to aortic growth rate, and should be implemented in the follow-up algorithm of patients with a chronic, non-thrombosed or partially-thrombosed false lumen in the descending aorta. Furthermore, this work provided evidence, for the first time, that in these patients, false lumen hemodynamic parameters, especially kinetic energy, are closely linked with the presence and extent of false lumen thrombosis, and that these non-invasive measures might be important in patient management. Nonetheless, further prospective studies areneeded to confirm if the assessment of these parameters may help to identify patients at higher risk of adverse clinical events.