إعادة بناء تشريحية من الجهاز الوريدي للقلب البشري باستخدام التباين-المقطعي العينات الإرواء ثابت

يتمثل الهدف العام من هذا الإجراء في إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للنظام الوريدي القلبي البشري لتطوير قاعدة بيانات تشريحية يمكن استخدامها في تصميم الأجهزة القلبية التي تُزرع داخل هذه الأوعية. ويتم تحقيق ذلك أولاً من خلال تحضير عينة القلب البشري عن طريق تثبيتها في حالة نهاية الانبساط، وقسطرة الجيب التاجي باستخدام قسطرة بالون لتصوير الأوردة. وفي الخطوة الثانية، يتم الحصول على صور مقطعية محوسبة (CT) مع استخدام مادة تباين للنظام الوريدي القلبي خلال الخطوة النهائية.

يتم إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد من مسوحات التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتي يمكن من خلالها الحصول على قياسات تشريحية متنوعة. وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية لتقنيتنا مقارنة بالطرق الأخرى، مثل التقييم الحي (in vivo) لتشريح الأوردة القلبية، في عدم تعرض المريض لعوامل التباين أو الإشعاع. لقد خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما كنا نقوم في الأصل برسم خريطة للجهاز الوريدي القلبي لهذه القلوب المثبتة بالتثبيت النفاذي (profusion fixed) باستخدام مسبار دقيق (micro scribe) على سطح النخاب.

ومع ذلك، كانت هذه الطريقة تعاني من بعض القصور؛ فقد كانت محدودة بكمية النسيج الدهني، كما أنها أنتجت نماذج ثنائية الأبعاد (2D). ويتجاوز استخدام الأشعة المقطعية الملونة (contrast cts) لإنشاء النماذج هذه القصور بمجرد الحصول عليها.

قم بتثبيت القلوب البشرية المعزولة حديثاً عن طريق التروية في حالة نهاية الانبساط باستخدام فورمالين منظم بتركيز 10%. بعد ذلك، وفي اليوم السابق للفحص المقطعي، اشطف القلوب بالماء لإزالة معظم الفورمالين قبل الانتقال إلى الماسح الضوئي. استخدم قسطرة بالونية لتصوير الأوردة لقثطرة وريد الجيب التاجي داخل كل قلب من خلال الوريد الأجوف السفلي.

تحت الرؤية المباشرة، وبمجرد استقرار القسطرة في مكانها، يتم نفخ بالون قسطرة تصوير الأوردة لتثبيتها في الجيب التاجي. الآن، توضع كل عضلة قلب داخل حاوية بوليمر قابلة للإغلاق فوق إسفنجة مصممة لدعم القلب في وضعه التشريحي الصحيح.

ابدأ بوضع القلب على سرير جهاز الأشعة المقطعية (CT scanner) كما لو كان المريض مستلقياً في وضعية الاستلقاء الظهري مع دخول الرأس أولاً في الجهاز. ثم قم بتوصيل الطرف القريب من قثطرة تصوير الأوردة (venogram catheter) بحاقن يحتوي على محقنتين؛ إحداهما للمادة الملونة (contrast) والأخرى للمحلول الملحي (saline).

الآن، قم بحقن 40 milliliters من المادة الظليلة تلقائيًا في النظام الوريدي القلبي بمعدل 5 milliliters في الثانية. وبعد ثماني ثوانٍ من بدء حقن المادة الظليلة، قم بإجراء تصوير مقطعي محوسب للقلب، مع ضبط الدقة على 512 by 512 pixel وبسمك شريحة يبلغ 0.6 millimeter. بعد ذلك، قم بغسل المادة الظليلة عن طريق حقن 40 milliliters إضافية من المحلول الملحي تلقائيًا في النظام الوريدي القلبي.

بمعدل خمسة milliliters في الثانية، قم بتصدير صور CT DICOM إلى قرص صلب خارجي. الآن، قم بتحميل صور CT DICOM في برنامج mimic وإنشاء قناع لصور CT يحتوي فقط على البكسلات ذات وحدات Hounsfield العالية. ولإبراز التباين الموجود في القلب فقط، قم بإزالة أي تباين تسرب إلى الحجرات أو انتشر في الأنسجة بحيث لا يحتوي القناع إلا على التباين الموجود داخل الأوردة القلبية الرئيسية.

بعد ذلك، قم بتعبئة الجيوب الهوائية داخل وريد معين يدوياً إطاراً تلو الآخر، ثم أنشئ مجسماً ثلاثي الأبعاد من القناع الناتج. تالياً، قم بتنعيم القناع وتغليفه لإزالة أي أشكال هندسية خشنة، ثم أنشئ خطوط المركز لكل نموذج ثلاثي الأبعاد تم إنشاؤه. ومن أجل تقليل التفاوت بين المستخدمين في إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد، من المهم أن يتبع المستخدم البروتوكول التفصيلي بدقة، بالإضافة إلى وجود مراقب لمراجعة النموذج قبل إنشاء خطوط المركز.

أخيرًا، استخدم خطوط المركز لقياس زاوية تفرع طول القوس، والتعرج، والأقطار لكل وعاء دموي رئيسي في كل قلب. يُعرض في هذا الجدول متوسط المعلمات التشريحية للأوردة القلبية الرئيسية لـ 42 عينة من قلوب بشرية. تضمنت جميع عينات القلوب وريدًا قلبيًا أوسطًا واحدًا ووريدًا أمامياً بين بطينيًا واحدًا.

احتوت بعض العينات على أكثر من وريد سفلي، أو وريد جانبي سفلي، أو وريد جانبي، و/أو وريد أمامي جانبي. وبينما قد تفتقر قلوب أخرى إلى واحد أو اثنين من هذه الأوردة المحددة في هذا المقطع المرئي، يمكن ملاحظة نموذج ثلاثي الأبعاد تمثيلي وهو يدور في الفضاء. باتباع هذا الإجراء، تكمن إحدى المزايا في إمكانية استخدام التصوير المرئي بواسطة المناظير الفيديوية داخل الأوردة القلبية لتقييم التشريح، والتحقق من صحة نماذج التصوير المقطعي المحوسب CT، وكذلك تحديد مواقع الهياكل المختلفة مثل الأوردة القلبية، والتي لا يمكن رؤيتها في التصوير المقطعي المحوسب CT بعد تطويره.

تتيح هذه التقنية للباحثين في مجال الهندسة الطبية الحيوية استكشاف النظام الوريدي القلبي وتطوير الأجهزة القلبية التي تستخدم هذه الأوعية. وفي نهاية المطاف، سيوفر نمذجة ورسم خرائط النظام الوريدي القلبي البشري رؤى جديدة حول التشريح ذي الصلة لإجراء مختلف الإجراءات السريرية.