Metody in vitro Ocena niedomykalności zastawki aortalnej za pomocą czterowymiarowego przepływowego rezonansu magnetycznego

Za pomocą tego protokołu można zidentyfikować charakterystykę chorób zastawek, który w przeciwnym razie jest trudny do przeprowadzenia w ramach badania diagnostycznego in vivo. Ponadto w protokole tym wykazano ocenę in vitro przepływowego rezonansu magnetycznego 4D. Technika ta może mierzyć rozdzielcze w czasie pole prędkości 3D modelu zastawki serca in vitro.

Obejmuje to retrospektywną analizę natężenia przepływu i objętości wyrzutowej. Pomiar MRI przepływu 4D dostarcza wyników w postaci obrazów medycznych w formacie DICOM. Jednak zrozumienie tych obrazów medycznych i przeniesienie obrazów do danych przepływu fizycznego może być trudne dla początkujących.

Ze względu na ograniczony dostęp do rezonansu magnetycznego dla badaczy ogólnych, wiedza na temat pomiaru MRI przepływu 4D jest ograniczona w wielu dziedzinach. Wizualna demonstracja tego protokołu zwiększyłaby jego zastosowanie. Na początek określ wartości parametrów korzenia aorty, takie jak średnica zastawki i promień zatoki.

Uruchom oprogramowanie do modelowania trójwymiarowego, klikając szkic, a następnie przejdź do narzędzi, szkic, narzędzia i kliknij szkic obrazu. Naszkicuj okręgi odpowiadające maksimum R i minimum R za pomocą narzędzia Okrąg, aby utworzyć tryb sinusowy. Narysuj zakrzywioną linię zatoki za pomocą funkcji swobodnej krzywej, kliknij narzędzie wyciągnięcia po profilach i wybierz obszar szkicu do wyciągnięcia złożonego.

Naszkicuj dodatkowe okręgi na górze i na dole bieżącego modelu, kliknij narzędzie do wyciągnięcia i wybierz okręgi. Ustaw opcje jako 20 milimetrów w dół i 30 milimetrów w górę. Wykonaj model sześciościanu w ten sam sposób.

Z menu wstawiania przejdź do funkcji, wybierz połącz i kliknij narzędzie łączenia. Wybierz opcję Odejmij w menedżerze właściwości. Wybierz model sześciościenny i model zatokowy.

Wykonaj ostateczny projekt jako model akrylowy za pomocą pięcioosiowej maszyny CNC zgodnie z instrukcjami producenta. Uruchom oprogramowanie do modelowania 3D i otwórz nowy szkic. Ręcznie narysuj kwadrat i okrąg na środku podstawy zaworu.

Kliknij narzędzie do wyciągania i dostosuj wysokość podstawy zaworu do pięciu milimetrów. Wyciągnij okrąg o wysokości 23,5 milimetra i grubości trzech milimetrów. Podziel model na 12 jednolitych części za pomocą narzędzi liniowych, tak aby każdy element miał 30 stopni.

Wybierz trzy części w odstępach 120 stopni i wyciągnij na wysokość 16,5 milimetra, aby uzyskać trzy filary. Kliknij narzędzie do zaokrąglania i wybierz filary. Dostosuj promień zaokrąglenia na górze i na dole odpowiednio na cztery milimetry i 10 milimetrów.

Zapisz go w pliku STL format. 3D wydrukuj ramę zaworu, ustawiając gęstość wypełnienia na 100% i używając akrylonitrylu butadienu i styrenu jako materiału foliowego. Uruchom oprogramowanie do modelowania 3D i otwórz nowy szkic.

Narysuj linię poziomą o długości 23 milimetrów i linię pionową o długości 15 milimetrów. Kliknij narzędzie ARC z trzema punktami w menedżerze poleceń ARC. Ustaw dwa punkty na każdym końcu linii poziomej i ostatni punkt na końcu linii pionowej i wyciągnij szkic o grubości pięciu milimetrów.

Wyeksportuj model w formacie pliku STL i wydrukuj go. Membranę ePTFE należy nakładać na dwie warstwy. Narysuj obramowania ulotki w odstępach dwóch milimetrów, korzystając z wydrukowanej ulotki.

Zszyj wzdłuż narysowanych linii i bocznych granic w odstępach co jeden milimetr za pomocą nici poliamidowej o średnicy 0,1 milimetra. Zszyj zawór ePTFE od góry do dołu na ramie w odstępach co jeden milimetr. Przetnij zewnętrzną stronę membrany i zszyj je ze sobą.

Wykonaj modyfikacje dla trzech różnych modeli. W przypadku modelu dylatacji zmniejsz stosunek wyznaczonych parametrów ulotki do 90%Wykonaj okrągły otwór o średnicy dwóch milimetrów za pomocą nożyczek w środku jednej ulotki dla modelu perforacji. W przypadku wypadnięcia zamocuj dwa spoidła zaworu w otworze o niskiej wysokości słupka.

Przygotuj system eksperymentalny składający się z modeli aorty, pompy symulacyjnej serca i rezonansu magnetycznego. Ustaw modele eksperymentalne w pomieszczeniu MRI i połącz pompę, zbiornik i modele za pomocą silikonowej rurki o średnicy wewnętrznej 25 milimetrów. Użyj o długości 10 centymetrów i przymocuj części łączące, aby zapobiec wyciekom.

Zlokalizuj model w polu view rezonansu magnetycznego. Wykonaj skanowanie zwiadowcze, aby obserwować obrazy fantomowe w widoku koronalnym, osiowym i strzałkowym na monitorze konsoli operacyjnej MRI. Zlokalizuj dwuwymiarową płaszczyznę obrazu w środku modelu aorty.

Uruchom obrazowanie 2D z kontrastem fazowym o zmiennym parametrze kodowania prędkości, aby wybrać najbardziej odpowiednią wartość kodowania prędkości dla rezonansu magnetycznego 4D. Ustaw VENC na 10% wyższą wartość w przepływie MRI 4D. Wprowadź żądaną rozdzielczość przestrzenną i rozdzielczość czasową na konsoli MRI.

W przypadku przepływu aortalnego wartości te wynoszą od dwóch do trzech milimetrów i od 20 do 40 milisekund i uzyskano dane zarówno dla przepływu z przepływem, jak i bez niego przy użyciu trzech typów zastawek AR i bez zastawki. Skopiuj nieprzetworzone pliki danych ze skanera, aby przeanalizować dane. Posortuj pliki DICOM zgodnie z opisem serii o nazwie nagłówek za pomocą oprogramowania do sortowania DICOM.

Kliknij opcję Sortuj obrazy w oprogramowaniu do sortowania DICOM, aby posortować trójkierunkowe obrazy fazowe i obrazy wielkości w osobnych folderach. Załaduj obraz wielkości do oprogramowania ITK-SNAP. Kliknij pędzel w ITK-SNAP i ręcznie pomaluj wewnętrzny obszar płynu fantomu za pomocą narzędzia pędzel.

Zapisz obraz podzielony na segmenty. Opcjonalnie można załadować dane obrazu obu faz uzyskane wraz z włączaniem i wyłączaniem przepływu za pomocą programu MATLAB. Odejmij dane z przepływem przez dane bez przepływu, aby usunąć błędy w tle.

Powtórz to dla każdego kierunku i cyklu pracy serca. Obliczanie prędkości danych fazowych macierzy 5D przy użyciu równania piksela do prędkości specyficznego dla dostawcy. Załaduj wcześniej uzyskaną prędkość macierzy 5D do oprogramowania do analizy wizualizacji przepływu.

Kliknij część isosurface i zmień typ danych dla analizy 3D, klikając przycisk isovolume. Przeciągnij dane prędkości w menedżerze poleceń zmiennych i dodaj je do izowoluminu, aby sprawdzić rozkład prędkości modelu. Kliknij narzędzie emiterów śladów cząstek w menu głównym.

Zaznacz opcję zaawansowaną, aby uzyskać dokładniejszą analizę. Wybierz żądaną wizualizację, taką jak linie strumieniowe lub linie ścieżek podczas tworzenia. Ustaw wartości w eksperymencie.

Twórz i sprawdzaj wyniki w czasie. Kliknij prawym przyciskiem myszy model śledzenia cząstek, a następnie kliknij kolor według. Wybierz składową dynamiki, aby pokolorować linię strumienia za pomocą prędkości.

Załaduj dane dotyczące prędkości i podzielony na segmenty obraz uzyskany wcześniej do programu MATLAB. Ustaw prędkość poza obszarem segmentacji na zero, mnożąc przez element macierz segmentowaną i dane macierzy prędkości. Sprawdź, czy dane prędkości mają zawijanie fazowe za pomocą funkcji pokazu obrazu w MATLAB.

Odwrócenie kierunku prędkości wskazuje na zawijanie fazy. Podziel żądaną płaszczyznę danych macierzy. Zsumuj wszystkie dane dotyczące prędkości w płaszczyźnie i pomnóż rozdzielczość przestrzenną, aby obliczyć natężenie przepływu przez płaszczyznę.

Zsumuj wszystkie natężenia przepływu w całym cyklu pracy serca i pomnóż rozdzielczość czasową, aby obliczyć objętość wyrzutową. Rysunek przedstawia wyniki rezonansu magnetycznego 4D flow, który usprawnia strumienie normalne i niedomykalności podczas skurczu i rozkurczu. Można zaobserwować, że bez zaworu wystąpił ogólny przepływ do przodu i do tyłu.

Strumień zwracany przez model dylatacji wychodził z centrum i miał tendencję do zmiany kierunków w czasie. Ponadto dysza skierowana do przodu była prosta we wszystkich modelach z wyjątkiem modelu z perforacją. W modelu perforacji wystąpił strumień spolaryzowany ściankowo podczas fazy skurczu.

Co więcej, strumień regurgitant modelu perforacji i wypadania pochylał się w kierunku ściany. Rysunek przedstawia natężenie przepływu dla każdego zaworu oraz objętość do przodu i niedomykalności w płaszczyźnie 3D od podstawy zaworu. Natężenia przepływu pokazywały różne przebiegi i wielkości dla każdego modelu.

Ogólnie rzecz biorąc, dodatnie wartości procentowe wskazują na niedoszacowanie, podczas gdy ujemne wartości procentowe oznaczają przeszacowanie. Postępując zgodnie z tym protokołem, naukowcy mogą wytwarzać różne zastawki serca in vitro, w tym zwężone zastawki serca i zastawki serca z niedomykalnością. Można również zbadać hemodynamikę w tych zastawkach.

W ramach tej techniki badano wytwarzanie in vitro chorych zastawek serca i demonstracje rezonansu magnetycznego 4D.