כאן אנו מציגים פרוטוקול למדידת זרימת הדם של העובר במהירות באמצעות MRI וביצוע רטרוספקטיבי של תיקון תנועה וגאט לבבי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים פרוטוקול למדידת זרימת הדם של העובר במהירות באמצעות MRI וביצוע רטרוספקטיבי של תיקון תנועה וגאט לבבי.
הדמיית תהודה מגנטית (MRI) היא כלי חשוב להערכה קלינית של מורפולוגיה קרדיווסקולרית ותפקוד הלב. זהו גם תקן הטיפול המוכר לכימות זרימת הדם על בסיס MRI של ניגודיות פאזה. בעוד שמדידה כזו של זרימת הדם אפשרית במבוגרים כבר עשרות שנים, רק לאחרונה פותחו שיטות להרחבת יכולת זו לזרימת דם עוברית.
כימות זרימת הדם העוברית בכלי הדם העיקריים חשוב לניטור פתולוגיות עובריות כגון מחלת לב מולדת (CHD) והגבלת גדילת העובר (FGR). CHD גורם לשינויים במבנה הלב וכלי הדם המשנים את מהלך הדם בעובר. ב- FGR, נתיב זרימת הדם משתנה באמצעות התרחבות של shunts כך אספקת הדם המחומצן למוח הוא גדל. כימות זרימת הדם מאפשר להעריך את חומרת הפתולוגיה של העובר, אשר בתורו מאפשר התאמה בניהול ותכנון הטיפול לאחר הלידה.
האתגרים העיקריים של החלת MRI של ניגודיות פאזה על העובר האנושי כוללים כלי דם קטנים, קצב לב עוברי גבוה, השחתה פוטנציאלית של נתוני MRI עקב נשימה אימהית, תנועות עובריות בלתי צפויות והיעדר שיטות גידור לב קונבנציונליות לסנכרון רכישת נתונים. כאן נתאר את ההתפתחויות הטכניות האחרונות מהמעבדה שלנו שאפשרו לכמת את זרימת הדם העוברית באמצעות MRI של ניגודיות פאזה, כולל התקדמות בהדמיה מואצת, פיצוי תנועה וגאט לבבי.
הערכה מקיפה של מחזור הדם העוברי נחוצה לניטור פתולוגיות עובריות כגון הגבלת גדילת העובר (FGR) ומחלות לב מולדות (CHD)1,2,3. ברחם, ניהול המטופל ותכנון הטיפול לאחר הלידה תלויים בחומרת הפתולוגיה של העובר 4,5,6,7. היתכנות של כימות זרימת הדם העוברית באמצעות MRI ויישומיה בהערכת פתולוגיות עובריות הודגמו לאחרונה 3,8,9. שיטת ההדמיה, לעומת זאת, מתמודדת עם אתגרים, כגון זמני הדמיה ארוכים יותר כדי להשיג רזולוציה מרחבית-טמפורלית גבוהה, היעדר שיטות סנכרון לב ותנועת עובר בלתי צפויה10.
כלי הדם העובריים מורכבים ממבנים קטנים (קוטר ~5 מ"מ עבור כלי דם עיקריים המרכיבים את אבי העורקים היורד, דוקטוס ארטריוסוס, אבי העורקים העולה, עורק הריאה הראשי, והווריד הנבוב העליון11,12,13). כדי לפתור מבנים אלה ולכמת את הזרימה, נדרשת הדמיה ברזולוציה מרחבית גבוהה. יתר על כן, קצב הלב העוברי הוא בערך כפול מזה של מבוגר. לפיכך נדרשת גם רזולוציה טמפורלית גבוהה כדי לפתור תנועה לבבית דינמית וזרימת דם על פני מחזור הלב העוברי. הדמיה קונבנציונלית ברזולוציה מרחבית-טמפורלית גבוהה זו דורשת זמני רכישה ארוכים יחסית. כדי לטפל בבעיה זו, הוכנס MRI עוברימואץ 14,15,16. בקצרה, טכניקות האצה אלה כוללות דגימת חסר בתחום התדרים במהלך רכישת נתונים ושחזור רטרוספקטיבי בנאמנות גבוהה באמצעות טכניקות איטרטיביות. גישה אחת כזו היא שחזור חישה דחוסה (CS), המאפשר שחזור של תמונות מנתונים בתת-דגימה כבדה כאשר התמונה המשוחזרת דלילה בתחום ידוע ותוצרי דגימת חסר אינם ברורים17.
תנועה בהדמיית העובר מציבה אתגר גדול. השחתת תנועה יכולה לנבוע מתנועה נשימתית אימהית, תנועה בתפזורת אימהית או תנועה עוברית גסה. הנשימה האימהית מובילה לתרגומים תקופתיים של העובר, בעוד שתנועות העובר מורכבות יותר. תנועות העובר ניתן לסווג כמומקומי או ברוטו 10,18. תנועות מקומיות כרוכות בתנועה של מקטעים בלבד של הגוף. הם נמשכים בדרך כלל כ-10-14 שניות ותדירותם עולה עם ההיריון (~90 לשעה בטווח)10. תנועות אלה גורמות בדרך כלל לפגמים קטנים ואינן משפיעות על תחום העניין בהדמיה. עם זאת, תנועות עובריות גסות עלולות להוביל לשחיתות תדמיתית חמורה באמצעות רכיבי תנועה מישורית. תנועות אלה הן תנועות גוף שלמות המתווכות על ידי עמוד השדרה ונמשכות 60-90 שניות.
כדי להימנע מממצאים מתנועת העובר, ננקטים תחילה צעדים כדי למזער את תנועות האם. נשים בהריון נעשות רגועות יותר באמצעות כריות תומכות על מיטת הסורק ולבושות בשמלות נוחות ועשויות להיות בנות זוגן נוכחות לצד הסורק כדי להפחית קלסטרופוביה 19,20. כדי למתן את ההשפעות של תנועה נשימתית אימהית, מחקרים ביצעו בדיקות MR עובריות תחת עצירת נשימה אימהית21,22,23. עם זאת, רכישות כאלה חייבות להיות קצרות (~ 15 שניות) בהתחשב בסובלנות הנשימה המופחתת של נבדקות בהריון. לאחרונה הוכנסו לשימוש שיטות תיקון תנועה רטרוספקטיביות עבור MRIעוברי 14,15,16. שיטות אלה עוקבות אחר תנועת העובר באמצעות ערכות כלים לרישום ומתקנות לתנועה או משליכות חלקים בלתי ניתנים לתיקון של נתונים שנרכשו.
לבסוף, תמונות MR לבביות לאחר הלידה נרכשות באופן קונבנציונלי באמצעות אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) כדי לסנכרן את רכישת הנתונים למחזור הלב. ללא גאט, תנועה לבבית וזרימה פועמת מכל מחזור הלב משולבים, ומייצרים חפצים. למרבה הצער, אות האק"ג העוברי סובל מהפרעות של אות האק"ג האימהי24 ועיוותים מהשדה המגנטי25. לפיכך, הוצעו גישות חלופיות לא פולשניות לגטינג לבבי עוברי, כולל גטינג עצמי, גטינג ממוטב מטרי (MOG) ואולטרסאונד דופלר 21,26,27,28.
כפי שמתואר בסעיפים הבאים, גישת ה-MRI שלנו לכימות זרימת הדם העוברית ממנפת שיטת gating חדשנית, MOG, שפותחה במעבדה שלנו ומשולבת עם תיקון תנועה ושחזור איטרטיבי של רכישות MRI מואצות. הגישה מבוססת על צינור במחקרשפורסם בעבר 14 ומורכבת מחמשת השלבים הבאים: (1) רכישת זרימת דם עוברית, (2) שחזורים בזמן אמת, (3) תיקון תנועה, (4) גאט לב ו-(5) שחזורים מגודרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל סריקות ה-MRI בוצעו בהסכמה מדעת של מתנדבים כחלק ממחקר שאושר על ידי ועדת האתיקה המחקרית המוסדית שלנו.
הערה: השיטות המתוארות להלן שימשו במערכת MRI 3T. הרכישה מתבצעת באמצעות רצף MRI של ניגודיות פאזה רדיאלית. רצף זה הוכן על ידי שינוי מסלול הקריאה (כדי להשיג תבנית סטלית) של MRI ניגודיות הפאזה הקרטזית של היצרן. פרוטוקולי הרצף והדגימה זמינים על פי בקשה באמצעות פלטפורמת ההחלפה C2P שלנו. כל השחזורים בעבודה זו בוצעו במחשב שולחני סטנדרטי עם המפרטים הבאים: זיכרון של 32 GB, מעבד 3.40 GHz עם 8 ליבות, וכרטיס גרפי של 2GB עם 1024 ליבות ארכיטקטורת התקן מאוחד מחשוב (CUDA). שחזור התמונה בוצע ב- MATLAB. התמרת פורייה מהירה לא אחידה (NUFFT)29 בוצעה ביחידת העיבוד הגרפי (GPU). פרמטרים של תיקון תנועה חושבו באמצעות elastix30. איור 1 מתאר את הפרוטוקול בסדר כרונולוגי, ועוקב אחר האופן שבו מקודדי המהירות הנרכשת (צבע המקודד באיור 1) מעובדים עם תמונות מייצגות בכל שלב של השחזור. קוד השחזור זמין בכתובת https://github.com/datta-g/Fetal_PC_MRI. בעוד שאנו מספקים את השלבים בפרוטוקול כאן, רוב שלבי האלגוריתם הללו הם אוטומטיים בצנרת שלנו.
1. מיצוב נושא ובחינות לוקלייזר
2. רכישת נתוני זרימת דם עוברית
3. תיקון תנועה של מדידות העובר

.4. פתרון לדופק העובר


5. שחזור של CINEs עוברי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באופן כללי, בדיקות MRI פאזה של זרימה מכוונות לשישה כלי דם עובריים עיקריים: אבי העורקים היורד, אבי העורקים העולה, עורק הריאה הראשי, דוקטוס ארטריוסוס, הווריד הנבוב העליון ווריד הטבור. כלי דם אלה מעניינים את המטפל מכיוון שהם מעורבים לעתים קרובות ב- CHD ו- FGR, ומשפיעים על התפלגות הדם ברחבי העובר9. משך סריקה טיפוסי עם MRI ניגודיות פאזה רדיאלית הוא 17 שניות לכל כלי כך שהסריקות קצרות תוך מתן זמן לאיסוף נתונים מספיק לשחזור CINE. זמן הרכישה הכולל, כולל לוקלייזרים ו-MRI ניגודיות פאזה, עבור התוצאות המייצגות...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטה זו מאפשרת מדידה לא פולשנית של זרימת הדם בכלי הדם הגדולים של העובר האנושי ומאפשרת תיקון תנועה רטרוספקטיבי וגריטת לב על ידי שימוש בטכניקות שחזור איטרטיבי. כימות זרימת הדם העוברית בוצע באמצעות MRI ב-1,3,8,9 השנים האחרונות. למחקרים אלה הייתה גישה פרוספקטיבית לצמצום השחתת התנועה, לפיה הסריקות יחזרו על עצמן אם תנועת העובר הגסה תזוהה באופן חזותי משחזור ראשוני בסור...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| המכון למדעי התמונה של אלסטיקס | , המרכז הרפואי האוניברסיטאי של אוטרכט | תוכנה לרישום תמונות | |
| Geforce GTX 960 | אנבידיה | 04G-P4-3967-KR | |
| gpuNUFFT | CAI² R | טרנספורמציה פורייה מהירה לא אחידה | |
| MAGNETOM Prisma | Siemens | 10849583 | |
| MATLAB | MathWorks | ||
| רצף | שינוי מסלול של רצף ניגודיות פאזה קרטזית | ||
| של היצרן | Medvisio | ניתוח נתונים | |
| VENGEANCE | Corsair | LPX DDR4-2666 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.