In vitro Evaluación de la regurgitación aórtica mediante imágenes de resonancia magnética de flujo cuatridimensional

Las características de las enfermedades valvulares se pueden identificar a través de este protocolo, que de otra manera es difícil de realizar a través del estudio diagnóstico in vivo. Además, la evaluación in vitro de la resonancia magnética de flujo 4D se demuestra en este protocolo. Esta técnica puede medir el campo de velocidad 3D resuelto en el tiempo del modelo de válvula cardíaca in vitro.

Esto incluye el análisis del caudal y el volumen sistólico retrospectivamente. La medición de resonancia magnética de flujo 4D proporciona los resultados con imágenes de formato médico DICOM. Sin embargo, comprender estas imágenes médicas y transferir imágenes a datos de flujo físico puede ser difícil para los principiantes.

Debido al acceso limitado de la resonancia magnética para los investigadores generales, el conocimiento de la medición de la resonancia magnética de flujo 4D es limitado en muchos campos. La demostración visual de este protocolo aumentaría su aplicación. Para comenzar, determine los valores de los parámetros de la raíz aórtica, como el diámetro basado en la válvula y el radio sinusal.

Ejecute el software de modelado tridimensional haciendo clic en boceto, luego vaya a herramientas, boceto, herramientas y haga clic en la imagen de boceto. Esboce círculos correspondientes a R máximo y R mínimo usando la herramienta de círculo para crear un modo sinusal. Dibuje una línea curva del seno utilizando la función de curva libre, haga clic en la herramienta loft y seleccione el área de boceto para loft.

Dibuje círculos adicionales en la parte superior e inferior del modelo actual, haga clic en la herramienta de extrusión y seleccione los círculos. Establezca las opciones como 20 milímetros hacia abajo y 30 milímetros hacia arriba. Haga un modelo de hexaedro de la misma manera.

En el menú insertar, vaya a características, seleccione combinar y haga clic en la herramienta combinar. Seleccione restar en el administrador de la propiedad. Seleccione el modelo de hexaedro y el modelo sinusal.

Fabrique el diseño final como un modelo acrílico con una máquina CNC de cinco ejes según las instrucciones del fabricante. Ejecute el software de modelado 3D y abra un nuevo boceto. Dibuja manualmente un cuadrado y un círculo en el centro de la base de la válvula.

Haga clic en la herramienta de extrusión y ajuste la altura de la base de la válvula a cinco milímetros. Extruir el círculo con una altura de 23,5 milímetros y un grosor de tres milímetros. Divida el modelo en 12 piezas uniformes utilizando herramientas de línea para que cada pieza tenga 30 grados.

Selecciona tres piezas con intervalos de 120 grados y extruye con una altura de 16,5 milímetros para hacer tres pilares. Haga clic en la herramienta de filete y seleccione los pilares. Ajuste el radio del filete en la parte superior e inferior como cuatro milímetros y 10 milímetros respectivamente.

Guárdelo en un formato de archivo STL. Imprima en 3D el marco de la válvula ajustando la densidad de relleno al 100% y utilizando acrilonitrilo butadieno estireno como material de película. Ejecute el software de modelado 3D y abra un nuevo boceto.

Dibuja una línea horizontal de 23 milímetros y una línea vertical de 15 milímetros. Haga clic en la herramienta ARC de tres puntos en el administrador de comandos ARC. Coloque dos puntos en cada extremo de la línea horizontal y el último punto en el extremo de la línea vertical y extruya el boceto con un grosor de cinco milímetros.

Exporte el modelo con formato de archivo STL e imprímalo. Superponga la membrana de ePTFE en dos capas. Dibuje los bordes del folleto a intervalos de dos milímetros utilizando el prospecto impreso.

Sutura a lo largo de las líneas dibujadas y los bordes laterales a intervalos de un milímetro con una sutura de poliamida de 0,1 milímetros de diámetro. Sutura la válvula ePTFE de arriba a abajo en el marco a intervalos de un milímetro. Cortar el lado externo de la membrana y suturarlos entre sí.

Realizar modificaciones para tres modelos diferentes. Para el modelo de dilatación, reduzca la proporción de los parámetros de la valva designada al 90%Haga un orificio circular de dos milímetros de diámetro utilizando tijeras en el centro de una valva para el modelo de perforación. Para el prolapso, fije las dos comisuras de la válvula en un orificio con una altura de poste baja.

Prepare el sistema experimental que consiste en modelos aórticos, una bomba de simulación cardíaca y resonancia magnética. Coloque los modelos del experimento en la sala de resonancia magnética y conecte la bomba, el depósito y los modelos utilizando el tubo de silicona con un diámetro interior de 25 milímetros. Utilice un cable de 10 centímetros de largo y sujete las piezas de conexión para evitar cualquier fuga.

Localice el modelo dentro del campo de visión de la resonancia magnética. Realice un escaneo scout para observar imágenes fantasmas en las vistas coronal, axial y sagital en el monitor de la consola operativa mri. Localice el plano de imagen bidimensional en el centro del modelo de aorta.

Ejecute un parámetro de codificación de velocidad variable 2D phase contrast imaging para seleccionar el valor de codificación de velocidad más adecuado para la resonancia magnética de flujo 4D. Establezca VENC a un valor 10% más alto en la resonancia magnética de flujo 4D. Introduzca la resolución espacial deseada y la resolución temporal en la consola de resonancia magnética.

Para el flujo aórtico, estos valores son de dos a tres milímetros y de 20 a 40 milisegundos y los datos adquiridos para ambos con y sin flujo utilizan los tres tipos de válvulas AR y sin válvula. Copie archivos de datos sin procesar del escáner para analizar los datos. Ordene los archivos DICOM de acuerdo con el encabezado denominado descripción de la serie utilizando el software de clasificación DICOM.

Haga clic en ordenar imágenes en el software de clasificación DICOM para ordenar imágenes de fase tridireccionales e imágenes de magnitud en carpetas separadas. Cargue la imagen de magnitud en el software ITK-SNAP. Haga clic en el pincel en el ITK-SNAP y pinte manualmente la región fluida interna del fantasma con la herramienta pincel.

Guardar imagen segmentada. Opcionalmente, cargue los datos de imagen de fase obtenidos con el flujo activado y desactivado mediante MATLAB. Reste los datos con el flujo por los datos sin el flujo para eliminar los errores de fondo.

Repita esto para cada dirección y ciclo cardíaco. Calcule la velocidad de los datos de fase de la matriz 5D utilizando una ecuación de píxel a velocidad específica del proveedor. Cargue la velocidad de la matriz 5D obtenida previamente en el software de análisis de visualización de flujo.

Haga clic en la pieza de la isosuperficie y cambie el tipo de datos para el análisis 3D haciendo clic en el botón isovolumen. Arrastre los datos de velocidad en el administrador de comandos de variables y agréguelos al isovolumen para comprobar la distribución de velocidad del modelo. Haga clic en la herramienta emisores de traza de partículas en el menú principal.

Marque la opción avanzada para un análisis más preciso. Seleccione la visualización deseada, como líneas de trazado o optimizadas en la creación. Establezca los valores del experimento.

Cree y compruebe los resultados a lo largo del tiempo. Haga clic con el botón secundario en el modelo de seguimiento de partículas y haga clic en el color por. Seleccione el componente de velocidad para colorear la línea de corriente con la velocidad.

Cargue los datos de velocidad y la imagen segmentada previamente obtenidas en MATLAB. Establezca la velocidad fuera de la región de segmentación en cero multiplicando por elementos la matriz segmentada y los datos de la matriz de velocidad. Compruebe si los datos de velocidad tienen ajuste de fase mediante la función de visualización de imágenes de MATLAB.

La inversión de la dirección de la velocidad indica envoltura de fase. Corte el plano deseado de los datos de la matriz. Suma todos los datos de velocidad dentro del plano y multiplica la resolución espacial para calcular el caudal a través del plano.

Suma todos los caudales a lo largo del ciclo cardíaco y multiplica la resolución temporal para calcular el volumen sistólico. La figura muestra los resultados de la resonancia magnética de flujo 4D que agiliza los chorros normales y de regurgitación durante la sístole y la diástole. Se puede observar que sin una válvula, se produjo un flujo general hacia adelante y hacia atrás.

El chorro regurgitante del modelo de dilatación salía del centro y tendía a cambiar de dirección con el tiempo. Además, el chorro delantero era recto en todos los modelos, excepto en el modelo de perforación. Se produjo un chorro sesgado de pared durante la fase de sístole en el modelo de perforación.

Además, el chorro regurgitante modelo de perforación y prolapso se inclinó hacia la pared. La figura muestra el caudal de cada válvula y los volúmenes de avance y regurgitante en un plano 3D lejos de la base de la válvula. Los caudales mostraron diferentes formas de onda y cantidades para cada modelo.

Generalmente, los valores porcentuales positivos indican subestimación, mientras que los valores porcentuales negativos representan sobreestimación. Siguiendo este protocolo, los investigadores pueden fabricar varias válvulas cardíacas in vitro, incluidas las válvulas cardíacas de estenosis y las válvulas cardíacas de regurgitación. Además, se puede investigar la hemodinámica en estas válvulas.

Esta técnica exploró la fabricación in vitro de válvulas cardíacas enfermas y demostraciones de resonancia magnética de flujo 4D.