In vitro Valutazione del rigurgito aortico mediante risonanza magnetica a flusso quadridimensionale

Le caratteristiche delle malattie valvolari possono essere identificate attraverso questo protocollo, che altrimenti è difficile attraverso lo studio diagnostico in vivo. Inoltre, la valutazione in vitro della risonanza magnetica a flusso 4D è dimostrata in questo protocollo. Questa tecnica può misurare il campo di velocità 3D risolto nel tempo del modello di valvola cardiaca in vitro.

Ciò include l'analisi retrospettiva della portata e del volume della corsa. La misurazione MRI del flusso 4D fornisce i risultati con immagini in formato medico DICOM. Tuttavia, comprendere queste immagini mediche e trasferire le immagini ai dati del flusso fisico può essere difficile per i principianti.

A causa dell'accesso limitato alla risonanza magnetica per i ricercatori generali, la consapevolezza della misurazione della risonanza magnetica del flusso 4D è limitata in molti campi. La dimostrazione visiva di questo protocollo aumenterebbe la sua applicazione. Per iniziare, determinare i valori dei parametri della radice aortica come il diametro basato sulla valvola e il raggio del seno.

Esegui il software di modellazione tridimensionale facendo clic su Sketch, quindi vai su Strumenti, Sketch, Strumenti e fai clic su Sketch Picture. Tracciate i cerchi corrispondenti a R massimo e R minimo utilizzando lo strumento cerchio per creare una modalità seno. Disegnate una linea curva del seno utilizzando la funzione curva libera, fate clic sullo strumento loft e selezionate l'area di sketch per loft.

Tracciate cerchi aggiuntivi nella parte superiore e inferiore del modello corrente, fate clic su Estrusione (Extrude tool) e selezionate i cerchi. Impostare le opzioni come 20 millimetri verso il basso e 30 millimetri verso l'alto. Crea un modello esaedrico allo stesso modo.

Dal menu Inserisci, vai a Caratteristiche, seleziona Combina e fai clic sullo strumento Combina. Selezionare Sottrai nel gestore della proprietà. Selezionate il modello esaedrico e il modello del seno.

Fabbricare il progetto finale come un modello acrilico con una macchina CNC a cinque assi secondo le istruzioni del produttore. Esegui il software di modellazione 3D e apri un nuovo schizzo. Disegnare manualmente un quadrato e un cerchio al centro della base della valvola.

Fate clic sull'utensile di estrusione e regolate l'altezza della base della valvola a cinque millimetri. Estrudere il cerchio con un'altezza di 23,5 millimetri e uno spessore di tre millimetri. Dividere il modello in 12 pezzi uniformi utilizzando strumenti di linea in modo che ogni pezzo abbia 30 gradi.

Seleziona tre pezzi con intervalli di 120 gradi ed estrusci con un'altezza di 16,5 millimetri per creare tre pilastri. Fate clic sullo strumento raccordo e selezionate i pilastri. Regolare il raggio del raccordo nella parte superiore e inferiore rispettivamente come quattro millimetri e 10 millimetri.

Salvarlo in un formato di file STL. Stampa 3D del telaio della valvola impostando la densità di riempimento al 100% e utilizzando acrilonitrile butadiene stirene come materiale del film. Eseguire il software di modellazione 3D e aprire un nuovo schizzo.

Disegna una linea orizzontale di 23 millimetri e una linea verticale di 15 millimetri. Fare clic sullo strumento ARC a tre punti da Gestione comandi ARC. Impostate due punti su ciascuna estremità della linea orizzontale e l'ultimo punto all'estremità della linea verticale ed estrudete lo sketch con uno spessore di cinque millimetri.

Esportare il modello con il formato di file STL e stamparlo. Sovrapporre la membrana ePTFE in due strati. Disegna i bordi del volantino a intervalli di due millimetri usando il volantino stampato.

Sutura lungo le linee disegnate e i bordi laterali a intervalli di un millimetro con una sutura in poliammide di 0,1 millimetri di diametro. Suturare la valvola ePTFE dall'alto verso il basso sul telaio a intervalli di un millimetro. Tagliare il lato esterno della membrana e suturarli l'uno con l'altro.

Eseguire modifiche per tre diversi modelli. Per il modello di dilatazione, ridurre il rapporto dei parametri del foglietto designato al 90% Fare un foro circolare di due millimetri di diametro usando le forbici al centro di un foglietto per il modello di perforazione. Per il prolasso, fissare le due commesse della valvola in un foro con un'altezza del palo bassa.

Preparare il sistema sperimentale costituito da modelli aortici, una pompa di simulazione cardiaca e risonanza magnetica. Imposta i modelli dell'esperimento nella sala MRI e collega la pompa, il serbatoio e i modelli utilizzando il tubo di silicone con un diametro interno di 25 millimetri. Utilizzare un cavo lungo 10 centimetri e fissare le parti di collegamento per evitare perdite.

Individuare il modello all'interno del campo visivo della risonanza magnetica. Eseguire una scansione scout per osservare le immagini fantasma nelle viste coronale, assiale e sagittale nel monitor della console operativa MRI. Posizionate il piano dell'immagine bidimensionale al centro del modello aorta.

Eseguire un parametro di codifica a velocità variabile Imaging a contrasto di fase 2D per selezionare il valore di codifica della velocità più appropriato per la risonanza magnetica del flusso 4D. Impostare VENC su un valore superiore del 10% nella risonanza magnetica a flusso 4D. Immettere la risoluzione spaziale desiderata e la risoluzione temporale sulla console MRI.

Per il flusso aortico, questi valori sono da due a tre millimetri e da 20 a 40 millisecondi e dati acquisiti sia con che senza flusso utilizzando i tre tipi di valvole AR e senza valvola. Copiare i file di dati grezzi dallo scanner per analizzarli. Ordinare i file DICOM in base all'intestazione denominata descrizione della serie utilizzando il software di ordinamento DICOM.

Fare clic su Ordina immagini nel software di ordinamento DICOM per ordinare le immagini di fase tridirezionali e le immagini di magnitudo in cartelle separate. Carica l'immagine della magnitudo nel software ITK-SNAP. Fate clic sul pennello nell'ITK-SNAP e dipingete manualmente la regione fluida interna del fantasma utilizzando lo strumento pennello.

Salva immagine segmentata. Facoltativamente, carica entrambi i dati dell'immagine di fase ottenuti con il flusso acceso e spento utilizzando MATLAB. Sottrarre i dati con il flusso dai dati senza il flusso per rimuovere gli errori in background.

Ripeti questo per ogni direzione e ciclo cardiaco. Calcola la velocità dei dati di fase della matrice 5D utilizzando un'equazione pixel-velocità specifica del fornitore. Carica la velocità della matrice 5D precedentemente ottenuta nel software di analisi della visualizzazione del flusso.

Fate clic sulla parte isosuperficie e modificate il tipo di dati per l'analisi 3D facendo clic sul pulsante isovolume. Trascinare i dati di velocità nel gestore dei comandi delle variabili e aggiungerli all'isovolume per verificare la distribuzione della velocità del modello. Fate clic sullo strumento emettitori di tracce di particelle nel menu principale.

Seleziona l'opzione avanzata per un'analisi più accurata. Selezionare la visualizzazione desiderata, ad esempio linee di flusso o linee di tracciato durante la creazione. Impostare i valori per l'esperimento.

Crea e controlla i risultati nel tempo. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul modello di traccia particellare e fare clic sul colore di. Selezionate la componente velocità per colorare la streamline con la velocità.

Carica i dati di velocità e l'immagine segmentata precedentemente ottenuta su MATLAB. Impostare la velocità al di fuori dell'area di segmentazione su zero moltiplicando per elemento la matrice segmentata e i dati della matrice di velocità. Controlla se i dati di velocità hanno un avvolgimento di fase utilizzando la funzione di visualizzazione dell'immagine di MATLAB.

L'inversione della direzione della velocità indica l'avvolgimento di fase. Tagliare il piano desiderato dei dati della matrice. Sommare tutti i dati di velocità all'interno del piano e moltiplicare la risoluzione spaziale per calcolare la portata attraverso il piano.

Sommare tutte le portate durante il ciclo cardiaco e moltiplicare la risoluzione temporale per calcolare il volume dell'ictus. La figura mostra i risultati della risonanza magnetica a flusso 4D che semplifica i getti normali e di rigurgito durante la sistole e la diastole. Si può osservare che senza una valvola, si è verificato un flusso complessivo avanti e indietro.

Il getto rigurgitante del modello di dilatazione usciva dal centro e tendeva a cambiare direzione nel tempo. Inoltre, il getto anteriore era dritto in tutti i modelli ad eccezione del modello di perforazione. Un getto polarizzato a parete durante la fase sistole si è verificato nel modello di perforazione.

Inoltre, il getto rigurgitante del modello di perforazione e prolasso si è inclinato verso il muro. La figura mostra la portata per ciascuna valvola e i volumi in avanti e rigurgiti in un piano 3D lontano dalla base della valvola. Le portate mostravano forme d'onda e quantità diverse per ogni modello.

Generalmente, i valori percentuali positivi indicano una sottostima, mentre i valori percentuali negativi rappresentano una sovrastima. Seguendo questo protocollo, i ricercatori possono fabbricare varie valvole cardiache in vitro, tra cui valvole cardiache stenosi e valvole cardiache di rigurgito. Inoltre, l'emodinamica in queste valvole può essere studiata.

Questa tecnica ha esplorato la fabbricazione in vitro di valvole cardiache malate e dimostrazioni di risonanza magnetica a flusso 4D.