インビトロ 4次元流磁気共鳴イメージングによる大動脈逆流の評価

弁膜症の特徴は、このプロトコールを介して同定することができるが、そうでなければ、in vivo診断研究を通じて行うことは困難である。さらに、4DフローMRIのインビトロ評価は、このプロトコルで実証されています。この技術は、インビトロ心臓弁モデルの時間分解3D速度場を測定することができる。

これには、流量と一回拍出量の遡及的分析が含まれます。4DフローMRI測定は、DICOMメディカルフォーマットの画像で結果を提供します。しかし、これらの医用画像を理解し、画像を物理フローデータに転送することは、初心者にとっては難しいかもしれません。

一般の研究者にとってMRIへのアクセスが限られているため、4DフローMRI測定の認知度は多くの分野で限られています。このプロトコルの視覚的なデモンストレーションは、そのアプリケーションを増やすでしょう。まず、弁ベースの直径や洞半径などの大動脈根のパラメータ値を決定します。

スケッチをクリックして3次元モデリングソフトウェアを実行し、ツール、スケッチ、ツールに移動し、スケッチ画像をクリックします。R最大値とR最小値に対応する円をスケッチするには、円ツールを使用して洞モードを作成します。フリーカーブ機能を使用して洞の曲線を描き、ロフトツールをクリックしてロフトのスケッチ領域を選択します。

現在のモデルの上部と下部に追加の円をスケッチし、[押し出しツール] をクリックして円を選択します。オプションを下向きに 20 ミリメートル、上方向に 30 ミリメートルに設定します。同じ方法で六面体モデルを作成します。

挿入メニューから、フィーチャーに移動し、結合を選択して結合ツールをクリックします。プロパティマネージャで「減算」を選択します。六面体モデルと洞モデルを選択します。

メーカーの指示に従って、5軸CNCマシンを備えたアクリルモデルとして最終設計を製作します。3Dモデリングソフトウェアを実行し、新しいスケッチを開きます。バルブベースの中央に正方形と円を手動で描画します。

押し出しツールをクリックし、バルブベースの高さを 5 mm に調整します。高さ23.5ミリメートル、厚さ3ミリメートルの円を押し出します。ラインツールを使用してモデルを 12 個の均一なピースに分割し、各ピースの角度が 30 度になるようにします。

120度の間隔で3本選び、高さ16.5mmで押し出して3本の柱を作ります。フィレットツールをクリックし、柱を選択します。上部と下部のフィレット半径をそれぞれ 4 mm と 10 mm に調整します。

STLファイル形式で保存します。インフィル密度を100%に設定し、フィルム材料としてアクリロニトリルブタジエンスチレンを使用して、バルブフレームを3D印刷します。3D モデリングソフトウェアを実行し、新しいスケッチを開きます。

23ミリメートルの水平線と15ミリメートルの垂直線を描きます。ARC コマンド・マネージャーから 3 点 ARC ツールをクリックします。水平線の両端に 2 つの点を設定し、垂直線の端に最後の点を設定し、スケッチを厚さ 5 mm で押し出します。

STLファイル形式でモデルをエクスポートし、印刷します。ePTFE膜を2層に重ねる。印刷したリーフレットを使用して、2ミリメートル間隔でリーフレットの境界線を描きます。

直径0.1ミリメートルのポリアミド縫合糸を用いて、1ミリメートル間隔で描かれた線および側縁に沿って縫合する。ePTFEバルブをフレームの上から下に1ミリメートル間隔で縫合します。膜の外側を切断し、それらを互いに縫合する。

3 つの異なるモデルに対して修正を実行します。拡張モデルの場合、指定されたリーフレットパラメータの比率を90%に減らします ミシン目モデル用の1つのリーフレットの中央にハサミを使用して直径2ミリメートルの円形の穴を開けます。脱出の場合は、バルブの2つのコミスチャーを支柱の高さの低い穴に固定します。

大動脈モデル、心臓シミュレーションポンプ、MRIからなる実験系を準備する。MRI室に実験モデルをセットし、内径25mmのシリコーンチューブを用いてポンプ、リザーバ、模型を接続します。長さ10センチのケーブルを使用し、接続部品を固定して漏れを防ぎます。

MRI の視野内でモデルを見つけます。偵察スキャンを実行して、MRI操作コンソールモニターのコロナビュー、軸ビュー、矢状ビューのファントム画像を観察します。大動脈モデルの中心にある2次元画像面を見つけます。

可変速度エンコーディングパラメータ2D位相コントラストイメージングを実行し、4DフローMRIに最も適した速度エンコーディング値を選択します。4DフローMRIでVENCを10%高い値に設定します。MRIコンソールで目的の空間分解能と時間分解能を入力します。

大動脈流の場合、これらの値は2~3ミリメートル、20~40ミリ秒で、3種類のARバルブとバルブなしを用いて、流れの有無にかかわらずデータを取得しました。スキャナーから生データ・ファイルをコピーして、データを分析します。DICOMソートソフトウェアを使用して、シリーズ記述という名前のヘッダーに従ってDICOMファイルをソートします。

DICOMソートソフトウェアで画像をソートすると、3方向位相画像とマグニチュード画像を別々のフォルダにソートできます。マグニチュード画像をITK-SNAPソフトウェアにロードします。ITK-SNAPでブラシをクリックし、ブラシツールを使用してファントムの内部流体領域を手動でペイントします。

セグメント化された画像を保存します。オプションで、MATLAB を使用してフローのオンとオフの両方で取得した位相画像データをロードします。フローのあるデータを、フローのないデータから減算して、バックグラウンド エラーを削除します。

これをあらゆる方向と心周期に対して繰り返します。ベンダー固有のピクセル対速度方程式を使用して、5Dマトリックス位相データの速度を計算します。以前に取得した5D行列速度を流れ可視化解析ソフトウェアにロードします。

等値面部品をクリックし、[等値]ボタンをクリックして 3D 解析のデータ型を変更します。変数コマンドマネージャで速度データをドラッグして等容積に追加し、モデルの速度分布を確認します。メインメニューのパーティクルトレースエミッタツールをクリックします。

より正確な分析のために詳細オプションをチェックしてください。作成中の合理化線やパス線など、目的のビジュアライゼーションを選択します。実験の値を設定します。

時間の経過とともに結果を作成して確認します。パーティクルトレースモデルを右クリックし、次の色をクリックします。速度成分を選択して、流線を速度で色付けします。

以前に取得した速度データとセグメント化された画像をMATLABにロードします。セグメンテーション領域の外側の速度をゼロに設定するには、セグメント化された行列と速度行列のデータを要素ごとに乗算します。速度データに位相ラッピングがあるかどうかを確認するには、MATLABのイメージショー機能を使用します。

速度方向の反転は位相ラッピングを示します。行列データの目的の平面をスライスします。平面内のすべての速度データを合計し、空間分解能を乗算して平面を通る流量を計算します。

心周期全体のすべての流量を合計し、時間分解能を乗算して一回拍出量を計算します。この図は、収縮期および拡張期における正常ジェットおよび逆流ジェットを合理化する4DフローMRIの結果を示しています。バルブがなければ、全体的に順方向および逆方向の流れが発生したことが観察できます。

拡張モデルの逆流ジェットが中心から出てきて、時間の経過とともに方向を変える傾向がありました。また、前方ジェットはミシン目モデルを除く全てのモデルでストレートであった。収縮期に壁偏ったジェットがミシン目モデルで発生した。

さらに、穿孔および脱出モデル逆流ジェットは壁に傾いていた。この図は、各バルブの流量と、バルブベースから離れた3D平面内の順方向および逆流量の体積を示しています。流量は、モデルごとに異なる波形と量を示しました。

一般に、正のパーセント値は過小評価を示し、負のパーセント値は過大評価を表します。このプロトコルに従って、研究者は、狭窄性心臓弁および逆流性心臓弁を含む様々なin vitro心臓弁を製造することができる。また、これらの弁における血行動態を調べることができる。

この技術は、罹患した心臓弁のインビトロ作製と4DフローMRIのデモンストレーションを探求した。