In vitro Beoordeling van aortaregurgitatie met behulp van vierdimensionale flow magnetische resonantie beeldvorming

De kenmerken van hartklepaandoeningen kunnen via dit protocol worden geïdentificeerd, wat anders moeilijk te doen is door in vivo diagnostisch onderzoek. Verder wordt de in vitro evaluatie van de 4D flow MRI gedemonstreerd in dit protocol. Deze techniek kan het tijd-opgeloste 3D-snelheidsveld van het in vitro hartklepmodel meten.

Dit omvat een analyse van het debiet en het slagvolume met terugwerkende kracht. 4D flow MRI-meting levert de resultaten met DICOM medische formaat beelden. Het begrijpen van deze medische beelden en het overbrengen van beelden naar fysieke stroomgegevens kan echter moeilijk zijn voor beginners.

Vanwege de beperkte toegang tot MRI voor algemene onderzoekers, is de bekendheid met 4D-flow MRI-meting op veel gebieden beperkt. Visuele demonstratie van dit protocol zou de toepassing ervan vergroten. Bepaal om te beginnen de parameterwaarden van de aortawortel, zoals de diameter van de klep en de sinusradius.

Voer de driedimensionale modelleringssoftware uit door op schets te klikken, ga vervolgens naar gereedschappen, schets, gereedschappen en klik op schetsafbeelding. Schets cirkels die overeenkomen met R maximum en R minimum met behulp van de cirkel gereedschap om een sinus modus te maken. Teken een gebogen lijn van de sinus met behulp van de vrije curvefunctie, klik op het gereedschap Loft en selecteer het schetsgebied voor loft.

Schets extra cirkels aan de boven- en onderkant van het huidige model, klik op het gereedschap Extruderen en selecteer de cirkels. Stel de opties in als 20 millimeter naar beneden en 30 millimeter naar boven. Maak een hexahedron model op dezelfde manier.

Ga in het invoegmenu naar functies, selecteer combineren en klik op het gereedschap Combineren. Selecteer aftrekken in de property manager. Selecteer het hexahedron-model en het sinusmodel.

Fabriceer het definitieve ontwerp als een acrylmodel met een vijfassige CNC-machine volgens de instructies van de fabrikant. Voer 3D-modelleringssoftware uit en open een nieuwe schets. Teken handmatig een vierkant en een cirkel in het midden van de klepbasis.

Klik op het extrudeergereedschap en stel de hoogte van de klepbasis in op vijf millimeter. Extrudeer de cirkel met een hoogte van 23,5 millimeter en een dikte van drie millimeter. Verdeel het model in 12 uniforme stukken met behulp van lijngereedschappen, zodat elk stuk 30 graden heeft.

Selecteer drie stukken met intervallen van 120 graden en extrudeer met een hoogte van 16,5 millimeter om drie pilaren te maken. Klik op filetgereedschap en selecteer de pilaren. Pas de filetstraal aan de boven- en onderkant aan op respectievelijk vier millimeter en 10 millimeter.

Sla het op in een STL-bestandsindeling. 3D-print het ventielframe door de invuldichtheid in te stellen op 100% en acrylonitrilbutadieen styreen als filmmateriaal te gebruiken. Voer de 3D-modelleringssoftware uit en open een nieuwe schets.

Teken een horizontale lijn van 23 millimeter en een verticale lijn van 15 millimeter. Klik op het arc-gereedschap met drie punten in arc-opdrachtbeheer. Stel twee punten in op elk uiteinde van de horizontale lijn en het laatste punt op het uiteinde van de verticale lijn en extrudeer de schets met een dikte van vijf millimeter.

Exporteer het model met STL-bestandsindeling en druk het af. Overlap het ePTFE-membraan in twee lagen. Teken de folderranden met tussenpozen van twee millimeter met behulp van de bedrukte folder.

Hecht langs de getrokken lijnen en zijranden met intervallen van één millimeter met een polyamide hechting van 0,1 millimeter diameter. Hecht de ePTFE-klep van boven naar beneden op het frame met intervallen van één millimeter. Snijd de buitenkant van het membraan en hecht ze aan elkaar.

Voer wijzigingen uit voor drie verschillende modellen. Verlaag voor het dilatatiemodel de verhouding van de aangewezen folderparameters tot 90%Maak een cirkelvormig gat met een diameter van twee millimeter met behulp van een schaar in het midden van een folder voor het perforatiemodel. Voor verzakking bevestigt u de twee commissures van de klep op een gat met een lage paalhoogte.

Bereid het experimentele systeem voor dat bestaat uit aortamodellen, een hartsimulatiepomp en MRI. Stel de experimentmodellen in de MRI-kamer in en sluit de pomp, het reservoir en de modellen aan met behulp van de siliconenbuis met een binnendiameter van 25 millimeter. Gebruik een 10 centimeter lange kabel en bevestig de verbindingsonderdelen om lekkage te voorkomen.

Zoek het model binnen het gezichtsveld van de MRI. Voer een verkenningsscan uit om fantoombeelden te observeren in de coronale, axiale en sagittale weergaven in de MRI-bedieningsconsolemonitor. Zoek het tweedimensionale afbeeldingsvlak in het midden van het aortamodel.

Voer een variabele snelheidscoderingsparameter 2D-fasecontrastbeeldafbeelding uit om de meest geschikte snelheidscoderingswaarde voor 4D-flow MRI te selecteren. Stel VENC in op een 10% hogere waarde in 4D flow MRI. Voer de gewenste ruimtelijke resolutie en de temporele resolutie in op de MRI-console.

Voor aortastroom zijn deze waarden twee tot drie millimeter en 20 tot 40 milliseconden en verkregen gegevens voor zowel met als zonder stroom met behulp van de drie soorten AR-kleppen en zonder klep. Kopieer onbewerkte gegevensbestanden van de scanner om de gegevens te analyseren. Sorteer de DICOM-bestanden volgens de header met de naam seriebeschrijving met behulp van de DICOM-sorteersoftware.

Klik op afbeeldingen sorteren in DICOM-sorteersoftware om afbeeldingen met drie richtingen en magnitudeafbeeldingen in afzonderlijke mappen te sorteren. Laad magnitudeafbeelding in de ITK-SNAP-software. Klik op het penseel in de ITK-SNAP en schilder handmatig het interne vloeistofgebied van het fantoom met behulp van het penseelgereedschap.

Gesegmenteerde afbeelding opslaan. Laad optioneel beide fasebeeldgegevens die zijn verkregen met de stroom aan en uit met MATLAB. Trek de gegevens met de stroom af van de gegevens zonder de stroom om achtergrondfouten te verwijderen.

Herhaal dit voor elke richting en hartcyclus. Bereken de snelheid van 5D-matrixfasegegevens met behulp van een leverancierspecifieke pixel-naar-snelheidsvergelijking. Laad eerder verkregen 5D-matrixsnelheid in analysesoftware voor stroomvisualisatie.

Klik op het isosurface-gedeelte en wijzig het gegevenstype voor 3D-analyse door op de knop isovolume te klikken. Sleep de snelheidsgegevens in de opdrachtbeheer voor variabelen en voeg deze toe aan het isovolume om de snelheidsverdeling van het model te controleren. Klik op het gereedschap deeltjestraceringszenders in het hoofdmenu.

Controleer de geavanceerde optie voor een nauwkeurigere analyse. Selecteer de gewenste visualisatie, zoals stroomlijnen of padlijnen bij het maken. Stel de waarden voor het experiment in.

Maak en controleer de resultaten in de loop van de tijd. Klik met de rechtermuisknop op het deeltjestraceringsmodel en klik op de kleur. Selecteer de snelheidscomponent om de stroomlijn te kleuren met de snelheid.

Laad de snelheidsgegevens en het eerder verkregen gesegmenteerde beeld op MATLAB. Stel de snelheid buiten het segmentatiegebied in op nul door elementgewijs de gesegmenteerde matrix en de snelheidsmatrixgegevens te vermenigvuldigen. Controleer of de snelheidsgegevens faseomwikkeling hebben met behulp van de beeldweergavefunctie van MATLAB.

Inversie van de snelheidsrichting duidt op fasewikkeling. Snijd het gewenste vlak van de matrixgegevens. Tel alle snelheidsgegevens binnen het vlak op en vermenigvuldig de ruimtelijke resolutie om de stroomsnelheid door het vlak te berekenen.

Tel alle stroomsnelheden gedurende de hartcyclus op en vermenigvuldig de temporele resolutie om het slagvolume te berekenen. De figuur toont de resultaten van 4D flow MRI die normale en regurgitatiestralen stroomlijnt tijdens systole en diastole. Er kan worden waargenomen dat zonder een klep een algehele voorwaartse en achterwaartse stroom optrad.

De regurgitante straal van het dilatatiemodel kwam uit het centrum en had de neiging om in de loop van de tijd van richting te veranderen. Ook was de voorwaartse straal recht in alle modellen behalve het perforatiemodel. Een wand-biased jet tijdens de systole fase trad op in het perforatiemodel.

Bovendien leunde de perforatie- en verzakkingsmodel regurgitant jet naar de muur. De figuur toont het debiet voor elke klep en de voorwaartse en regurgitante volumes in een 3D-vlak weg van de klepbasis. De stroomsnelheden toonden verschillende golfvormen en hoeveelheden voor elk model.

Over het algemeen duiden de positieve procentuele waarden op onderschatting, terwijl de negatieve percentagewaarden overschatting vertegenwoordigen. Volgens dit protocol kunnen onderzoekers verschillende in vitro hartkleppen fabriceren, waaronder stenosehartkleppen en regurgitatiehartkleppen. Ook kan de hemodynamiek in deze kleppen worden onderzocht.

Deze techniek onderzocht in vitro fabricage van zieke hartkleppen en 4D flow MRI demonstraties.