In vitro Évaluation de la régurgitation aortique à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique à flux quadridimensionnel

Les caractéristiques des valvulopathies peuvent être identifiées grâce à ce protocole, ce qui est autrement difficile à étudier par une étude diagnostique in vivo. De plus, l’évaluation in vitro de l’IRM à flux 4D est démontrée dans ce protocole. Cette technique permet de mesurer le champ de vitesse 3D résolu dans le temps du modèle de valve cardiaque in vitro.

Cela comprend l’analyse rétrospective du débit et du volume de course. La mesure IRM de débit 4D fournit les résultats avec des images au format médical DICOM. Cependant, la compréhension de ces images médicales et le transfert d’images vers des données de flux physique peuvent être difficiles pour les débutants.

En raison de l’accès limité à l’IRM pour les chercheurs en général, la connaissance de la mesure de l’IRM de débit 4D est limitée dans de nombreux domaines. La démonstration visuelle de ce protocole augmenterait son application. Pour commencer, déterminez les valeurs des paramètres de la racine aortique tels que le diamètre à base de valve et le rayon sinusal.

Exécutez le logiciel de modélisation tridimensionnelle en cliquant sur esquisse, puis accédez à outils, esquisse, outils et cliquez sur esquisse d’image. Esquissez des cercles correspondant à R maximum et R minimum à l’aide de l’outil Cercle pour créer un mode sinus. Dessinez une ligne courbe du sinus à l’aide de la fonction de courbe libre, cliquez sur l’outil loft et sélectionnez la zone d’esquisse pour loft.

Esquissez des cercles supplémentaires en haut et en bas du modèle actuel, cliquez sur l’outil Extruder et sélectionnez les cercles. Définissez les options sur 20 millimètres vers le bas et 30 millimètres vers le haut. Faites un modèle d’hexaèdre de la même manière.

Dans le menu Insertion, accédez aux fonctionnalités, sélectionnez Combiner et cliquez sur l’outil Combiner. Sélectionnez soustraire dans le gestionnaire immobilier. Sélectionnez le modèle d’hexaèdre et le modèle de sinus.

Fabriquez la conception finale sous forme de modèle acrylique avec une machine CNC à cinq axes selon les instructions du fabricant. Exécutez un logiciel de modélisation 3D et ouvrez une nouvelle esquisse. Dessinez manuellement un carré et un cercle au centre de la base de la vanne.

Cliquez sur l’outil d’extrusion et ajustez la hauteur de la base de la vanne à cinq millimètres. Extrudez le cercle avec une hauteur de 23,5 millimètres et une épaisseur de trois millimètres. Divisez le modèle en 12 pièces uniformes à l’aide d’outils de ligne afin que chaque pièce ait 30 degrés.

Sélectionnez trois pièces avec des intervalles de 120 degrés et extrudez avec une hauteur de 16,5 millimètres pour faire trois piliers. Cliquez sur l’outil filet et sélectionnez les piliers. Ajustez le rayon du filet en haut et en bas comme quatre millimètres et 10 millimètres respectivement.

Enregistrez-le dans un format de fichier STL. Imprimez en 3D le cadre de la vanne en réglant la densité de remplissage à 100% et en utilisant de l’acrylonitrile butadiène styrène comme matériau de film. Exécutez le logiciel de modélisation 3D et ouvrez une nouvelle esquisse.

Tracez une ligne horizontale de 23 millimètres et une ligne verticale de 15 millimètres. Cliquez sur l’outil ARC à trois points dans le gestionnaire de commandes ARC. Définissez deux points à chaque extrémité de la ligne horizontale et le dernier point à la fin de la ligne verticale et extrudez l’esquisse d’une épaisseur de cinq millimètres.

Exportez le modèle au format de fichier STL et imprimez-le. Chevauchez la membrane ePTFE en deux couches. Dessinez les bordures du dépliant à des intervalles de deux millimètres à l’aide du dépliant imprimé.

Suture le long des lignes dessinées et des bordures latérales à des intervalles d’un millimètre avec une suture en polyamide de 0,1 millimètre de diamètre. Suturez la valve ePTFE de haut en bas sur le cadre à des intervalles d’un millimètre. Coupez le côté extérieur de la membrane et suturez-les les uns avec les autres.

Effectuez des modifications pour trois modèles différents. Pour le modèle de dilatation, réduisez le rapport des paramètres de la feuille désignée à 90%Faites un trou circulaire de deux millimètres de diamètre à l’aide de ciseaux au centre d’une feuillette pour le modèle de perforation. Pour le prolapsus, fixez les deux commissures de la vanne à un trou avec une faible hauteur de poteau.

Préparer le système expérimental composé de modèles aortiques, d’une pompe de simulation cardiaque et d’une IRM. Placez les modèles d’expérience dans la salle d’IRM et connectez la pompe, le réservoir et les modèles à l’aide du tube en silicone de 25 millimètres de diamètre intérieur. Utilisez un câble de 10 centimètres de long et fixez les pièces de connexion pour éviter toute fuite.

Localisez le modèle dans le champ de vision de l’IRM. Effectuez une analyse éclaireuse pour observer les images fantômes dans les vues coronales, axiales et sagittales du moniteur de la console d’exploitation IRM. Localisez le plan d’image bidimensionnel au centre du modèle d’aorte.

Exécutez un paramètre de codage à vitesse variable Imagerie de contraste de phase 2D pour sélectionner la valeur de codage de vitesse la plus appropriée pour l’IRM à flux 4D. Réglez VENC sur une valeur 10 % plus élevée dans l’IRM à flux 4D. Entrez la résolution spatiale souhaitée et la résolution temporelle sur la console IRM.

Pour le débit aortique, ces valeurs sont de deux à trois millimètres et de 20 à 40 millisecondes et les données acquises pour avec et sans débit en utilisant les trois types de vannes AR et sans vanne. Copiez les fichiers de données brutes de l’analyseur pour analyser les données. Triez les fichiers DICOM en fonction de l’en-tête nommé description de la série à l’aide du logiciel de tri DICOM.

Cliquez sur Trier les images dans le logiciel de tri DICOM pour trier les images de phase tridimensionnelle et les images de magnitude dans des dossiers séparés. Chargez l’image de magnitude dans le logiciel ITK-SNAP. Cliquez sur Pinceau dans l’ITK-SNAP et peignez manuellement la région fluide interne du fantôme à l’aide de l’outil Pinceau.

Enregistrez l’image segmentée. Si vous le souhaitez, chargez les données d’image de phase obtenues avec le flux activé et désactivé à l’aide de MATLAB. Soustrayez les données avec le flux par les données sans le flux pour supprimer les erreurs d’arrière-plan.

Répétez cette opération pour chaque direction et cycle cardiaque. Calculez la vitesse des données de phase matricielle 5D à l’aide d’une équation pixel-vitesse spécifique au fournisseur. Chargez la vitesse de la matrice 5D précédemment obtenue dans un logiciel d’analyse de visualisation d’écoulement.

Cliquez sur la partie isosurface et modifiez le type de données pour l’analyse 3D en cliquant sur le bouton isovolume. Faites glisser les données de vitesse dans le gestionnaire de commandes des variables et ajoutez-les à l’isovolume pour vérifier la distribution de vitesse du modèle. Cliquez sur l’outil Émetteurs de traces de particules dans le menu principal.

Cochez l’option avancée pour une analyse plus précise. Sélectionnez la visualisation souhaitée, telle que des lignes de contour ou de tracé dans la création. Définissez les valeurs de l’expérience.

Créez et vérifiez les résultats au fil du temps. Cliquez avec le bouton droit sur le modèle de trace de particules et cliquez sur la couleur par. Sélectionnez le composant de vitesse pour colorer la ligne de flottaison avec la vitesse.

Chargez les données de vitesse et l’image segmentée précédemment obtenues sur MATLAB. Définissez la vitesse en dehors de la région de segmentation sur zéro en multipliant par élément les données de la matrice segmentée et de la matrice de vitesse. Vérifiez si les données de vitesse ont un habillage de phase à l’aide de la fonction d’affichage d’image de MATLAB.

L’inversion de la direction de la vitesse indique l’enveloppement de phase. Découpez le plan souhaité des données de la matrice. Additionnez toutes les données de vitesse dans le plan et multipliez la résolution spatiale pour calculer le débit à travers le plan.

Additionnez tous les débits tout au long du cycle cardiaque et multipliez la résolution temporelle pour calculer le volume de l’AVC. La figure montre les résultats de l’IRM à flux 4D qui rationalise les jets normaux et de régurgitation pendant la systole et la diastole. On peut observer que sans vanne, un flux global vers l’avant et vers l’arrière s’est produit.

Le jet régurgitant du modèle de dilatation est sorti du centre et avait tendance à changer de direction au fil du temps. En outre, le jet avant était droit dans tous les modèles, à l’exception du modèle de perforation. Un jet biaisé par la paroi pendant la phase de la systole s’est produit dans le modèle de perforation.

De plus, le jet régurgitant du modèle de perforation et de prolapsus s’est penché vers le mur. La figure montre le débit de chaque vanne et les volumes avant et régurgitants dans un plan 3D éloigné de la base de la vanne. Les débits ont montré des formes d’onde et des quantités différentes pour chaque modèle.

En général, les valeurs positives en pourcentage indiquent une sous-estimation, tandis que les valeurs en pourcentage négatives représentent une surestimation. En suivant ce protocole, les chercheurs peuvent fabriquer diverses valves cardiaques in vitro, y compris des valves cardiaques de sténose et des valves cardiaques de régurgitation. En outre, l’hémodynamique dans ces valves peut être étudiée.

Cette technique a exploré la fabrication in vitro de valves cardiaques malades et des démonstrations d’IRM à flux 4D.