Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Peripheral arterial disease is caused by plaque buildup in the peripheral arteries. Standard treatments are available when the blockage is proximal and focal, however when distal and diffuse the same type of the treatment options are not beneficial due to the diseased locations. Restoration of blood flow and further salvaging of the limb in these patients can occur in a retrograde manner through the venous system, called retroperfusion or arteriovenous reversal. Retroperfusion has been explored over the last century, where early side to side artery to venous connections had issues with valve competency prohibiting distal flows, edema buildup, and heart failure. However, more recent clinical studies create a bypass to a foot vein to ensure distal flows, and though the results have been promising, it requires a lengthy invasive procedure. It is our belief that the concerns of both retroperfusion approaches can be overcome in a minimally invasive/catheter based approach in which the catheter is engineered to a specific resistance that avoids edema and the perfusion location allows for valves to be passable and flow to reach distally. In this approach, the pressure flow relations were characterized in the retroperfused venous system in ex-vivo canine legs to locate the optimal perfusion location followed by in-vivo validation of canines. Six canines were acutely injured for 1-3 hours by surgical ligation of the terminal aorta and both external iliac arteries. Retroperfusion was successfully performed on five of the dogs at the venous popliteal bifurcation for approximately one hour, where flow rates at peak pressures reached near half of forward flow (37±3 vs. 84±27ml/min) and from which the slope of the P/F curves displayed a retro venous vasculature resistance that was used to calculate the optimal catheter resistance. To assess differences in regional perfusion, microspheres were passed during retroperfusion and compared to baseline microspheres passed arterially prior to occlusion in which the ratio of retroperfusion and forward perfusion levels were near the ratio of reversed and forward venous flow (0.44) throughout the limb. Decreases in critical metabolites during injury trended towards normal levels post-retroperfusion. By identifying the popliteal bifurication as a perfusion site to restore blood flow in the entirety of the distal ischemic limb, showing reversal of injury, and knowing what catheter resistances to target for further chronic studies, steps towards controlled retroperfusion and thus more efficient treatment options can be made for severe PAD patients.

Η οπτική συνεκτική τομογραφία με τη χρήση συχνοτήτων ( FD-OCT) είναι μια ενδαγγειακή απεικονιστική μέθοδος που χρησιμοποιεί εγγύς στο υπέρυθρο φως, για να παράγει υψηλής ανάλυσης εικόνες του τοιχώματος του αυλού του αγγείου. Όπως και στην τεχνολογία υπερήχων, εκπέμπεται φωτεινή ενέργεια η οποία ανακλάται και εξασθενεί, σύμφωνα με την υφή του προσπιπτομένου ιστού. Το OCT μπορεί να απεικονίσει, με ανάλυση από 10 έως 20 μm, μικροδομές του αγγειακού τοιχώματος με εξαίσια λεπτομέρεια. Μέχρι σήμερα, η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου είχε περιοριστεί σε μικρές αρτηρίες διαμέτρου έως 4mm και δεν είχε εφαρμοστεί in vivo στα αγγεία των κάτω άκρων, κάτωθεν του επιπέδου των βουβώνων. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να αναφερθεί για παγκοσμίως πρώτη φορά η ασφάλεια και η σκοπιμότητα της απεικόνισης με Οπτική Συνεκτική Τομογραφία του αρτηριακού άξονα των κάτω άκρων , κάτωθεν του επιπέδου της βουβώνας ( μηροϊγνυακός άξονας και κνημιαία αγγεία), καθώς και οι σχετιζόμενες με το FD-OCT επιπλοκές. Επιπρόσθετα, να διερευνηθούν για πρώτη φορά, με τη χρήση FD-OCT, τα χαρακτηριστικά του αγγειακού τοιχώματος του ανωτέρω άξονα (τόσο πριν όσο και μετά από αγγειοπλαστική ή/και τοποθέτηση stent), η μορφολογία της αθηρωματικής πλάκας, η μορφολογία και η ποσοτικοποίηση της υπερπλασίας του νέου εσωτερικού χιτώνα (neointima) εντός του stent, η επαναστένωση εντός του stent (ISR) και η κακή εναπόθεση (malapposition) των stent struts σε μια σειρά από ασθενείς που πάσχουν από περιφερική αρτηριοπάθεια (PAD). Μελετήθηκαν, με ποσοτική ανάλυση του αυλού τους (Quantitative vascular analysis), αρτηρίες με διάμετρο έως 7 χιλιοστά. Μικτά χαρακτηριστικά από περιοχές πλούσιες σε λιπίδια, εναποθέσεις ασβεστίου και ασβεστοποιημένες πλάκες, νεκρωτικές περιοχές και ίνωση εντοπίστηκαν σε όλες τις απεικονιζόμενες αθηροσκληρωτικές βλάβες. Ωστόσο, με βάση το επικρατέστερο από τα παραπάνω απεικονιστικά χαρακτηριστικά, οι βλάβες στο πλαίσιο της έρευνας ταξινομήθηκαν ως αμιγώς ινωτικές, ως ινοασβεστοποιημένες, ως πλούσιες σε λιπίδια και τέλος ως νεκρωτικές/ασβεστοποιημένες. Συσσώρευση των μακροφάγων εντός της αθηρωματικής πλάκας σημειώθηκε σε μικρό ποσοστό των de novo αθηρωματικών αλλοιώσεων. Ποικίλοι βαθμοί υπερπλασίας του νέου έσω χιτώνα απεικονίσθηκαν σε όλες τις περιπτώσεις ISR αλλοιώσεων, με καθαρά ινωτικά χαρακτηριστικά και σημαντική νεοαγγείωση σε κάποιες από αυτές. Η νεοαγγείωση συνέπεσε με το επίπεδο της μέγιστης στένωσης του αγγειακού αυλού. Σημαντικού βαθμού διαχωρισμός με μεγάλο περιορισμό του αγγειακού αυλού, τέτοιος ώστε να απαιτηθεί να τοποθετηθεί ενδοαυλικό stent, ανιχνεύθηκε σε αρκετές περιπτώσεις της de novo αθηρωμάτωσης. Η ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία παρέλειψε να προσδιορίσει μεγάλο ποσοστό των σοβαρών διαχωρισμών μετά από αγγειοπλαστική. Η νεοαθηροσκλήρυνση εντός του νέου έσω χιτώνα των κνημιαίων φαρμακευτικών stents (DES), είναι ένα συχνό εύρημα τόσο στους συμπτωματικούς όσο και στους ασυμπτωματικούς ασθενείς. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι, κατά αναλογία με τα εμφυτευμένα DES στα στεφανιαία αγγεία, η ελαττωματική ενδοθηλιοποίηση που προκαλείται από την εκλυόμενη φαρμακευτική ουσία, μαζί με την νεοαγγείωση που αναπτύσσεται μεταξύ των stent struts, μπορούν να υποδαυλίσουν την νεοαθηροσκλήρυνση εντός του νέου έσω χιτώνα των κνημιαίων DES, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε επαναστένωση εντός του stent (ISR) και απώλεια του εμβαδού του αυλού των περιφερικών αρτηριών. Οι παρατηρήσεις της μελέτης αυτής θέτουν σε αμφισβήτηση το παραδοσιακό τρόπο κατανόησης της περιφερειακής επαναστένωσης εντός του stent ως μιας απλής υπερπολλαπλασιαστικής απάντησης στο βαρότραυμα. Η απεικόνιση με FD-OCT είναι ένα βέλτιστο πειραματικό εργαλείο για την αξιολόγηση της εξέλιξης της αθηροσκληρωματικής νόσου και την επαναστένωση του αγγείου. Μπορεί να παρέχει υψηλής ευκρίνειας ενδοαγγειακή απεικόνιση κατά τη διάρκεια αγγειοπλαστικών επεμβάσεων στα κάτω άκρα και θα μπορούσε να αποδειχθεί κλινικά χρήσιμο για τον προσδιορισμό της εντός του stent πρόπτωσης ιστού και του strut malapposition. Παρ 'όλα αυτά, δεν πρέπει να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τη συνήθη κλινική πρακτική μέχρι να προκύψουν στοιχεία από περαιτέρω κλινικές δοκιμές για τον καθορισμό των ειδικών ενδείξεων της απεικόνισης με FD-OCT στις περιφερικές αρτηρίες. / Optical coherence tomography (OCT) is a catheter-based imaging method that employs near-infrared light to produce high-resolution intravascular images. OCT can readily visualize vessel microstructure at a 10- to 20-μm resolution with exquisite detail. To date, however, applicability of the method has been limited to small diameter arteries (≤4 mm). To the best of the author’s knowledge, this study is the first worldwide that demonstrates the safety and clinical feasibility of frequency domain Optical Coherence Tomography (FD-OCT) imaging of infrainguinal vessels in vivo during infrainguinal angioplasty procedures. It is also the first study that reports the use of intravascular FD-OCT to detect and characterize in-stent neointimal tissue following infrapopliteal drug eluting stent (DES) placement in patients suffering from critical limb ischemia. Quantitative lumen analysis of arteries with diameter up to 7 mm was performed. High-resolution OCT images provided exquisite two-dimensional axial and longitudinal views of the infrainguinal arteries and allowed thorough investigation of a variety of angioplasty sequela, including and not limited to intimal tears and dissection flaps, white and red thrombus, stent mesh malapposition, and intrastent plaque prolapse. Of interest, OCT identified cases of suboptimal postangioplasty outcome that single-plane subtraction angiography did not recognize and accounted. Mixed features of lipid pool areas, calcium deposits and calcified plaques, necrotic areas, and fibrosis were identified in all of the imaged atherosclerotic lesions. However, based on the predominant baseline imaging findings, lesions under investigation were classified as purely fibrotic, fibrocalcific, mostly lipid-laden and necrotic/calcified. Intraplaque accumulation of macrophages was noted in some of de novo atheromatic lesions. Varying degrees of neointimal hyperplasia were demonstrated in all cases of in stent restenosis (ISR) lesions with purely fibrotic features and considerable neovascularization in some of them. The latter finding coincided with the level of maximum vessel stenosis in all cases. Neoatherosclerosis following infrapopliteal DES placement is a frequent finding in both symptomatic and asymptomatic patients. Our preliminary observations allow us to speculate that analogous to coronary implanted DES, defective endothelialization induced by the eluted drug, along with neovascularization developing between the stent struts, may incite neointimal neoatherosclerosis, which may result in ISR and lumen loss of the peripheral arteries. It also seems that infrapopliteal neoatherosclerosis may be a significant contributing factor for ISR rather than a minor and sporadic process, highlighting the clinical significance of the phenomenon. Our observations put in dispute the traditional way of understanding peripheral in-stent restenosis as a simple hyperproliferative response to barotraumas and may explain the paramount importance of aggressive risk factor modification strategies. Neointimal neoatherosclerosis as identified by FD-OCT may have a role in the development of below-the-knee restenosis and thus warrants further investigation by larger controlled studies. Moreover, it may prove clinically useful for the determination of intrastent tissue prolapse and strut malapposition. FD-OCT should not be utilized as a tool for routine clinical practice until evidence from further clinical trials emerge to determine the specific indications for OCT imaging of the peripheral arteries.