Name: Protokół obliczeniowy oparty na obrazowaniu rezonansu magnetycznego do analizy morfologii i hemodynamiki blaszki miażdżycowej u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Poznaj metodę analizy morfologii blaszki miażdżycowej i hemodynamiki u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej przy użyciu dynamiki płynów obliczeniowej. To podejście poprawia ocenę ryzyka udaru.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Badanie to było wspierane przez National Institute of Health F32HL168968 i Frederick A. Coller Surgical Society.

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

W tym miejscu przedstawiliśmy protokół nieinwazyjnego charakteryzowania obciążeń hemodynamicznych i składu płytki nazębnej w zwężeniu ICA, zapewniając w ten sposób bardziej kompleksową ocenę potencjału zatorowego niż obecne metody diagnostyczne, które oceniają samo zwężenie procentowe. Zaczynamy od uzyskania danych obrazowych i ciśnieniowych pacjenta zarówno w sposób retrospektywny, jak i prospektywny, w tym danych z CTA, PC-MRI i mankietów do pomiaru ciśnienia krwi, aby informować o naszych modelach CFD. Ponadto dostrajamy warunki brzegowe w naszym modelu, w szczególności w modelu Windkessel, aby odpowiadały znanym danym pacjenta. W związku z tym protokół ten pozwala na gromadzenie precyzyjnych i specyficznych dla pacjenta danych dotyczących fizjologicznie istotnych czynników ryzyka zatorowości blaszki miażdżycowej i udaru mózgu.
Informowanie modeli i warunków brzegowych o fizjologicznie dokładnych i specyficznych dla pacjenta danych ma kluczowe znaczenie dla uzyskania dokładnych wyników symulacji. Niektóre symulacje obliczeniowe w przestrzeni naczyniowo-mózgowej opierają się na DUS, metodach numerycznych lub założeniach niespecyficznych dla pacjenta w celu uzyskania przebiegów napływu 21,29,30,31. Stosowanie DUS jest atrakcyjne, biorąc pod uwagę, że jest on powszechnie dostępny, często stosowany w warunkach klinicznych, ma niższy koszt i jest łatwo dostępny. Jednak PC-MRI jest ogólnie uważany za dokładniejszą metodę pomiaru przepływu 32,33,34. PC-MRI może bezpośrednio określić ilościowo prędkość w wielu miejscach w świetle świetlnym, uwzględniając w ten sposób asymetrie w polu przepływu w zbiorniku, a tym samym zapewniając bardziej wszechstronny obraz dynamiki przepływu32,33. PC-MRI nie podlega również specyficznym dla operatora odchyleniom wprowadzonym przez DUS, takim jak kąt przesłuchania i miejsce wyboru pomiaru. Z drugiej strony, system DUS jest często zależny od operatora i jest mniej precyzyjny w rejestrowaniu powierzchni statku i złożonych wzorców przepływu, co często prowadzi do niedokładnych przepływów. Niemniej jednak pomiary przepływu PC-MRI nie są idealne z około 10% błędem35,36. Szczególną uwagę należy zwrócić na zapewnienie odpowiedniego kodowania naczynia, utrzymanie płaszczyzny obrazu prostopadłej do osi naczynia, odpowiednią rozdzielczość czasową i specjalną oraz minimalizację błędów przesunięcia fazowego37. Wreszcie, MRI może zawyżać zwężenie w porównaniu z CTA, co powinno być brane pod uwagę przy ocenie geometrii pacjenta38. Uzasadnione są przyszłe prace, skoncentrowane na porównaniu wyników hemodynamicznych z modeli CFD opartych na przebiegach przepływu DUS i tych informowanych przez przebiegi przepływu PC-MRI.
Wybór warunków brzegowych odpływu może mieć znaczący wpływ na pola prędkości i ciśnienia w symulacjach przepływu krwi CFD. W naszym podejściu zdecydowaliśmy się narzucić ECA paraboliczny przebieg odpływu i połączyć ICA z trzyelementowym modelem Windkessel. Takie podejście do specyfikacji warunków brzegowych pozwala na solidne egzekwowanie zachowania masy między wlotem a wylotem, umożliwiając jednocześnie dokładne dopasowanie ciśnienia krwi pacjenta39. W związku z tym uznaliśmy, że zapewni to najdokładniejsze zobrazowanie hemodynamiki ICA. Jednak biorąc pod uwagę, że narzucamy przebieg przepływu do jednego z naszych modelowych wylotów (tj. ECA), ważne jest, aby zapewnić, że przebieg odpływu jest zsynchronizowany z kształtem fali dopływu CCA39. W naszym podejściu było to możliwe dzięki zebraniu danych o przepływie z bramkowanego 2D rezonansu magnetycznego PC-MRI. Jednak w przypadkach, w których uzyskanie takich danych jest niepraktyczne, korzystne może być inne podejście do warunków brzegowych (tj. sprzężenie zarówno ECA, jak i ICA z trójelementowymi modelami Windkessel), tak aby nie trzeba było przyjmować założeń w zakresie czasowego wyrównania przebiegów dopływu i odpływu39.
Należy pamiętać o ważnych ograniczeniach tego protokołu. Po pierwsze, ponieważ to podejście do modelowania składa się tylko z bifurkacji ipsilateralnej tętnicy szyjnej, nie obejmuje koła Willisa i/lub ważnych czynników wpływających na hemodynamikę mózgu, takich jak obecność czynników pobocznych lub zakres przeciwległego zwężenia ICA. Wykazano, że pacjenci z niekompletnymi szlakami pobocznymi w kręgu Willisa mają wyższe wskaźniki ciężkiego udaru mózgu i gorsze rokowanie po udarze 40,41,42. Ponadto obecność zabezpieczeń patentowych wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem udaru mózgu i przemijającego ataku niedokrwiennego 9,43,44. Ponadto kilka badań wykazało, że obecność kontralateralnego zwężenia ICA (lub okluzji) wpływa na ipsilateralne prędkości ICA 45,46,47,48. Co więcej, nasza grupa wykazała niedawno, że ciężkie przeciwległe zwężenia i okluzje ICA wpływają na ipsilateralne ICA WSS i ciśnienia49. Jednak modelowanie całego kręgu Willisa jest zasobożerne i ogranicza kliniczną użyteczność naszego obecnego protokołu.
Dodatkowym ograniczeniem naszego modelu jest to, że nie dopuściliśmy do zmian oporności i podatności na wylocie ICA, a tym samym nie uwzględniamy autoregulacji mózgu, która może wpływać na rozkład przepływu krwi o różnym nasileniu zwężenia. Ponadto zamodelowaliśmy ściany zbiornika jako sztywne, a nie odkształcalne. Ponieważ jednak zwężenie tętnicy szyjnej wiąże się ze zwiększoną sztywnością naczyń, uważamy, że założenie sztywnej ściany jest rozsądne. Ponadto nie ma dobrze zdefiniowanych progów WSS i PG dla różnych poziomów zwężenia ICA, a powiązania z ryzykiem udaru nie są jeszcze zdefiniowane, dlatego w naszym obecnym modelu nie zwalidowaliśmy przekładalności klinicznej i nie możemy jeszcze oszacować ryzyka udaru u pacjenta. Wreszcie, sekwencja qMatch MRI nie jest łatwo dostępna w standardowych skanerach MRI. qMatch wymaga urządzenia do rezonansu magnetycznego 3T i wymaga ręcznego importu sekwencji, ponieważ nie jest to standardowa kliniczna sekwencja MRI. Ponadto, jak określa nasz protokół, qMatch wymaga złożonego przetwarzania końcowego w MATLAB, co może jeszcze bardziej ograniczyć jego uogólnienie do powszechnego zastosowania klinicznego.
Uzasadnione są nowe wskaźniki do definiowania i oceny hemodynamicznego wpływu zwężenia ICA oraz lepszej stratyfikacji zindywidualizowanego ryzyka udaru mózgu, o czym świadczy obecny główny priorytet badawczy Towarzystwa Chirurgii Naczyniowej: opracowanie narzędzi diagnostycznych, technik obrazowania i strategii selekcji mających na celu identyfikację pacjentów, którzy odnieśliby korzyści z leczenia bezobjawowego zwężenia ICA50. Protokół ten jest dobrze przygotowany do nieinwazyjnego charakteryzowania zarówno obciążeń hemodynamicznych, jak i składu blaszki miażdżycowej w zwężeniu ICA, zapewniając w ten sposób bardziej kompleksową ocenę potencjału zatorowego płytki miażdżycowej ICA niż obecne metody diagnostyczne. W naszych przyszłych pracach staramy się lepiej zdefiniować związek wskaźników hemodynamicznych (takich jak WSS i PG) z ryzykiem zatorowości blaszkowej ICA i udaru mózgu.

Zwężenie tętnicy szyjnej wewnętrznej (ICA) jest główną przyczyną udaru mózgu, długotrwałej niepełnosprawności i śmierci 1,2,3,4,5,6,7. Bieżąca ocena i leczenie zwężenia ICA opiera się na oszacowaniu procentowego zwężenia za pomocą prędkości ultrasonograficznych dupleksu (DUS) lub anatomii przekrojowej [angiogram tomografii komputerowej (CTA) i/lub rezonans magnetyczny (MRI)]. Jednak procentowe zwężenie nie uwzględnia fizjologicznie istotnych czynników ryzyka udaru, takich jak podatność płytki nazębnej i obciążenia hemodynamiczne w obrębie blaszki 8,9,10,11,12,13,14. Chociaż wykazano zmniejszone ryzyko udaru mózgu po endarterektomii tętnicy szyjnej (CEA) u objawowych pacjentów ze zwężeniem większym niż 50%, korzyści z CEA u pacjentów bezobjawowych są przedmiotem dyskusji 3,4. W rzeczywistości wielu chirurgów rezerwuje interwencję operacyjną dla osób ze zmianami zwężonymi >80% i/lub w przypadkach z morfologią blaszki miażdżycowej wysokiego ryzyka (wrażliwej)15. Uzasadnione są ulepszone metody określania, które zwężenia ICA są zagrożone zatorowością blaszkową, a zatem odniosłyby korzyści z CEA.
Ilościowa charakterystyka miażdżycy z wieloma kontrastami (qMatch) to technika MRI, która wykorzystuje modelowanie niskiej rangi w celu umożliwienia obrazowania 3D o wysokiej rozdzielczości, które zapewnia współzarejestrowane obrazy ciemnej krwi i jasnej krwi o wielu kontrastach oraz obrazy relaksometryczne do kompleksowej i ilościowej oceny blaszek miażdżycowych tętnicy szyjnej16,17. qMatch poprawił rozdzielczość izotropową 3D, duże pokrycie anatomiczne i ilościową ocenę obciążenia blaszki miażdżycowej tętnicy szyjnej w porównaniu z konwencjonalnym rezonansem magnetycznym. Specyficzna dla pacjenta obliczeniowa dynamika płynów (CFD) może być wykorzystana do scharakteryzowania obciążeń hemodynamicznych na płytce miażdżycowej, dostarczając w ten sposób unikalnych informacji dotyczących hemodynamicznego i biomechanicznego ryzyka zdarzeń zatorowych naczyń mózgowych 18,19,20,21,22,23. Wiedza na temat składu blaszki miażdżycowej i obciążeń hemodynamicznych na płytce miażdżycowej może być wykorzystana do zapewnienia bardziej wszechstronnej oceny potencjału zatorowego niż samo zwężenie procentowe. W tej pracy przedstawiamy protokół, który wykorzystuje zarówno qMatch MRI, jak i CFD oparty na MRI do identyfikacji różnic w składzie płytki nazębnej i hemodynamice w zwężeniu ICA.

<table><tbody><tr><td>KARMAZYNOWY</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie online typu open source</td></tr><tr><td>Horos</td><td>Horos</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie online typu open source</td></tr><tr><td>MATLAB wersja 14</td><td>Matematyka</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Paraview</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie online typu open source</td></tr><tr><td>Skaner MRI Siemens 3T Vida&nbsp;</td><td>Siemens Healthineers</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

protokół obliczeniowy oparty na obrazowaniu rezonansu magnetycznego do analizy morfologii i hemodynamiki blaszki miażdżycowej u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej

A Magnetic Resonance Imaging-based Computational Protocol for Analysis of Plaque Morphology and Hemodynamics in Patients with Carotid Artery Stenosis

Bieżąca ocena i leczenie zwężenia tętnicy szyjnej wewnętrznej (ICA) opiera się na oszacowaniu procentowego zwężenia za pomocą dupleksowego ultrasonograficznego (DUS) lub angiografii tomografii komputerowej (CTA), które nie uwzględnia fizjologicznie istotnych czynników ryzyka udaru, takich jak podatność na blaszkę miażdżycową i hemodynamika. Wiedza na temat składu blaszki miażdżycowej i obciążeń hemodynamicznych płytki nazębnej może być wykorzystana do zapewnienia znacznie pełniejszej oceny potencjału zatorowego płytki nazębnej, zamiast używać samego procentowego zwężenia. Dzięki połączeniu obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) specyficznej dla pacjenta można zidentyfikować różnice w hemodynamice zwężenia ICA i składzie płytki nazębnej. Ilościowa charakterystyka miażdżycy z wieloma kontrastami (qMatch) MRI pozwala na szczegółową analizę składu blaszki miażdżycowej. Modele CFD można tworzyć za pomocą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym (PC), który można wykorzystać do uzyskania przebiegów przepływu i anatomii CTA i/lub czasu przelotu (TOF)-MRI. Po utworzeniu modelu geometrycznego 3D bifurkacji tętnicy szyjnej, przebiegi pochodzące z PC-MRI są przepisywane do wspólnego dopływu tętnicy szyjnej i odpływu tętnicy szyjnej zewnętrznej. Trzyelementowy model Windkessel, który jest iteracyjnie dostrajany w celu dopasowania do ciśnienia krwi pacjenta, jest następnie przepisywany do ICA. Na koniec uzyskuje się rozwiązania nieściśliwych równań Naviera-Stokesa, aby zapewnić prędkość i ciśnienie o wysokiej rozdzielczości, a tym samym uchwycić hemodynamikę w całym rozwidleniu tętnicy szyjnej i zwężeniu ICA. W artykule przedstawiono szczegółowy protokół, który pozwala na nieinwazyjną i specyficzną dla pacjenta charakterystykę składu płytki nazębnej i obciążeń hemodynamicznych u pacjentów ze zwężeniem ICA.

Korzystanie z tego przepływu pracy CFD opartego na MRI w połączeniu z qMatch MRI pozwala na identyfikację obciążeń hemodynamicznych w poprzek i zwężenia ICA oraz określonych składników płytki nazębnej. Zaczynamy od upewnienia się, że mamy siatkę wysokiej jakości, która pozwoli na dokładne odwzorowanie cech przepływu w krytycznych obszarach. Ostateczna siatka powinna zawierać odpowiednią liczbę elementów siatki o niskich proporcjach (Rysunek 1A). Gruba siatka o wysokich proporcjach prawdopodobnie doprowadzi do niedokładnych wyników symulacji. Następnie przechodzimy do specyfikacji naszych warunków brzegowych (rysunek 1B). Po pomyślnym zakończeniu symulacji i odpowiednim dostrojeniu warunków brzegowych można pobrać nieinwazyjne i specyficzne dla pacjenta dane hemodynamiczne.
Specyficzne wskaźniki hemodynamiczne, które można zmierzyć, w tym między innymi prędkość, przepływ, ciśnienie (w tym stosunki ciśnień i gradienty ciśnień), WSS i OSI. Rysunek 2 przedstawia reprezentatywny profil prędkości w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej i zwężenia ICA. Wizualizacja profilu prędkości maksymalnej w całym cyklu pracy serca może służyć jako substytut fali prędkości pochodzącej z DUS. W ten sposób można przybliżyć zarówno PSV, jak i prędkość końcoworozkurczową (EDV). Rycina 3 przedstawia dwa reprezentatywne przykłady ciśnienia (mmHg) w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej i zwężenia ICA. Gradient ciśnienia można zmierzyć, zbierając przebiegi ciśnienia proksymalne i dystalne do zwężenia.
Na rysunku 3A różnica ciśnienia jest minimalna lub żadna, proksymalna (czerwona linia) i dystalna do (niebieska linia) zwężenia. Jednak na rysunku 3B występuje duża różnica ciśnienia proksymalnego do (czerwona linia) i dystalnego do (niebieska linia) zwężenia. Rysunek 4 przedstawia dwa reprezentatywne przykłady WSS (Pa) zmapowane w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej i zwężenia ICA. Na rysunku 4A w poprzek zwężenia występuje niski WSS, podczas gdy na rysunku 4B w poprzek zwężenia występuje duży WSS. Rycina 5 przedstawia porównanie OSI zmapowanego w poprzek bifurkacji tętnicy szyjnej przed (Figura 5A: przed operacją) i po (Figura 5B: po operacji) CEA. Mapy pooperacyjne przedstawiają obszary o wyższym OSI w porównaniu z okresem przedoperacyjnym.
Po odpowiednim przetworzeniu obrazów qMatch zostanie wygenerowany zestaw danych z sześcioma zestawami DICOM, w tym sekwencjami ciemnej krwi, T1-zależnymi, T2-zależnymi, MRA, qMatch T1 Map i qMatch T2 Map. Korzystając z tych zestawów danych, można wizualizować i określać ilościowo składniki płytki nazębnej, w tym wapń, IPH, LRNC oraz grubość i/lub pęknięcie czapeczki włóknistej (przy użyciu sekwencji map T1 i T2). Tabela 1 przedstawia ogólną charakterystykę każdego składnika płytki w zestawach danych qMatch. Rycina 6 przedstawia reprezentatywny zestaw danych qMatch od pacjenta z IPH. Kontur ICA jest przedstawiony ciągłą białą linią, podczas gdy światło przepływu jest przedstawione za pomocą przerywanej białej linii, a tabliczka jest przedstawiona za pomocą przerywanej żółtej linii. Cechy IPH (ciągła czerwona linia) wykazywane przez hiperintensywny sygnał na obrazie T1-zależnym i obniżony pomiar T1 na mapie T1. Rycina 7 przedstawia reprezentatywny zestaw danych qMatch od pacjenta z silnie zwapniałą blaszką miażdżycową. Kontur ICA jest przedstawiony ciągłą białą linią, podczas gdy strumień świetlny przepływu jest przedstawiony jako przerywana biała linia. Zwapniała część płytki nazębnej (przerywana pomarańczowa linia) wykazana przez hipointensywny sygnał w obrazach ciemnej krwi, T1-zależnych i T2-zależnych.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig1.jpg"> 
Rysunek 1: Omówienie metody modelowania obliczeniowej dynamiki płynów. (A) Tworzenie geometrii i siatki specyficznej dla pacjenta, a także (B) określenie warunków brzegowych. (A) Zanonimizowane dane obrazu DICOM z CTA są importowane do CRIMSON i określana jest anatomia będąca przedmiotem zainteresowania (w tym CCA, ICA i ECA). Punkty linii środkowej są umieszczane wzdłuż długości każdego naczynia w obrębie anatomii będącej przedmiotem zainteresowania. Granice ścianki naczynia są określane przez dodanie konturów. Gałęzie naczynia są wyciągane, a następnie łączone z operacją zaokrąglenia. Ostateczny model geometryczny jest następnie dyskretyzowany w siatkę, składającą się z wielu elementów czworościennych z lokalnym zagęszczeniem siatki na poziomie zwężenia. (B) Do wylotu ICA przepisuje się 3-elementowy Windkessel, aby umożliwić zmiany ciśnienia i prędkości. PC-MRI 2D bramkowany sercem uzyskuje się na poziomie CCA na poziomie C5 (czerwone kółko i elipsa) oraz powyżej rozwidlenia tętnicy szyjnej w proksymalnym ECA (pomarańczowe koło i elipsa) oraz w środku ICA dystalnie do zmiany (niebieskie kółko i elipsa) w celu pomiaru objętościowych przebiegów przepływu krwi. Przebieg przepływu jest zalecany dla wlotu CCA i wylotu ECA. Skróty: CTA = angiografia tomografii komputerowej; CCA = tętnica szyjna wspólna; ICA = tętnica szyjna wewnętrzna; ECA = tętnica szyjna zewnętrzna; PC = Kontrast fazowy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig2.jpg"> 
Rysunek 2: Informacje o prędkości z przepływu pracy CFD. Po prawej) Prędkość (cm/s) odwzorowana na model rozwidlenia tętnicy szyjnej obejmujący CCA, ECA i ICA z poważnym zwężeniem w widoku przednim. Po lewej) Można zobrazować maksymalną prędkość w czasie dla jednego cyklu pracy serca, służąc jako substytut ultrasonografii dupleksowej. Skróty: CCA = tętnica szyjna wspólna; ECA = tętnica szyjna zewnętrzna; ICA = tętnica szyjna wewnętrzna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig3.jpg"> 
Rycina 3: Reprezentatywny przykład ciśnienia (mmHg) odwzorowanego w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej dla dwóch przypadków w widoku przednim. Ciśnienie jest odwzorowywane na modelach geometrycznych CCA, ECA i ICA. (A) Przypadek z minimalną lub żadną różnicą ciśnienia proksymalną do (czerwona linia, czerwona fala ciśnienia) i dystalną do (niebieska linia, niebieska fala ciśnienia) zwężenia ICA. (B) Przypadek z dużą różnicą ciśnień proksymalnie do (czerwona linia, czerwona fala ciśnienia) i dystalnie do (niebieska linia, niebieska fala ciśnienia) zwężenia ICA. Skróty: CCA = tętnica szyjna wspólna; ECA = tętnica szyjna zewnętrzna; ICA = tętnica szyjna wewnętrzna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig4.jpg"> 
Rysunek 4: Reprezentatywny przykład naprężenia ścinającego ścianę (Pa) odwzorowanego w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej dla dwóch przypadków w widoku przednim. WSS jest odwzorowywany na modelach geometrycznych CCA, ECA i ICA. (A) Przypadek z niskim WSS w poprzek zwężenia ICA. (B) Przypadek z dużym WSS w poprzek zwężenia ICA. Skróty: WSS = naprężenie ścinające ściany; CCA = tętnica szyjna wspólna; ECA = tętnica szyjna zewnętrzna; ICA = tętnica szyjna wewnętrzna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig5.jpg"> 
Rycina 5: Porównanie oscylacyjnego wskaźnika ścinania przed (przedoperacyjnym) i po (pooperacyjnej) endarterektomii tętnicy szyjnej, w tym zarówno przed, jak i tylno-kątnego. OSI jest odwzorowywany na modelach geometrycznych CCA, ECA i ICA. Uwypuklona jest zmiana chorobowa i naprawiona zmiana (segmenty, w których porównuje się OSI). Mapy pooperacyjne przedstawiają obszary o wyższym OSI w porównaniu z okresem przedoperacyjnym. Skróty: OSI = oscylacyjny indeks ścinania; CCA = tętnica szyjna wspólna; ECA = tętnica szyjna zewnętrzna; ICA = tętnica szyjna wewnętrzna; CEA = endarterektomia tętnicy szyjnej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig6.jpg"> 
Rycina 6: Reprezentatywny zestaw danych qMatch od pacjenta z krwotokiem śródpłytkowym. (A) Ciemna krew, (B) T1-ważona, (C) T2-ważona, (D) MRA, (E) qMatch T1 Map i (F) qMatch T2 Map . Kontur ICA jest przedstawiony ciągłą białą linią, podczas gdy światło przepływu jest przedstawione za pomocą przerywanej białej linii, a tabliczka jest przedstawiona za pomocą przerywanej żółtej linii. Cechy IPH (ciągła czerwona linia) wykazywane przez hiperintensywny sygnał na obrazie T1-zależnym i obniżony pomiar T1 na mapie T1. Skróty: IPH = krwotok wewnątrznazębny. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig7.jpg"> 
Rycina 7: Reprezentatywny zestaw danych qMatch od pacjenta ze zwapniałą płytką miażdżycową. (A) Ciemna krew, (B) T1-ważone, (C) T2-zależne, (D) MRA, (E) qMatch T1 Map i (F) qMatch T2 Map sekwencje. Kontur ICA jest przedstawiony ciągłą białą linią, podczas gdy strumień świetlny przepływu jest przedstawiony jako przerywana biała linia. Zwapniała część płytki nazębnej (przerywana pomarańczowa linia) wykazana przez hipointensywny sygnał w obrazach ciemnej krwi, T1-zależnych i T2-zależnych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig7large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Składnik płytki nazębnej</td>
			<td>MRA</td>
			<td>Mroczna krew</td>
			<td>Zobacz materiał T1w</td>
			<td>T2w (tj. T2w)</td>
			<td>Mapa T1</td>
			<td>Mapa T2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPH</td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wapń</td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LRNC (Wyspa LRNC)</td>
			<td>=</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Włóknista czapka</td>
			<td>-/=</td>
			<td></td>
			<td>-/=</td>
			<td>-</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
			<td>Służy do oznaczania ilościowego</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Charakterystyka składników płytki nazębnej w zestawach danych qMatch. Skróty: MRA = angiografia rezonansu magnetycznego; T1w = T1 ważony; T2w = T2 ważone; IPH = krwotok wewnątrznazębny; LRNC = bogaty w lipidy rdzeń martwiczy; + = hiperintensywny; - = hipointensywny; (=) izo-intensywny.

Ocena zwężenia tętnicy szyjnej wewnętrznej (ICA) opiera się na oszacowaniu procentowego zwężenia, które nie uwzględnia fizjologicznie istotnych czynników ryzyka udaru, takich jak skład blaszki miażdżycowej i hemodynamika. Protokół ten wykorzystuje ilościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego i obliczeniową dynamikę płynów do scharakteryzowania składu płytki nazębnej ICA i hemodynamiki.

Protokół obliczeniowy oparty na obrazowaniu rezonansu magnetycznego do analizy morfologii i hemodynamiki blaszki miażdżycowej u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej

Current assessment and management of internal carotid artery (ICA) stenosis is based on the estimation of percentage stenosis via duplex ultrasound (DUS) ...

Nasze badania oceniają fizjologicznie istotne czynniki ryzyka zatorowości blaszki miażdżycowej i udaru mózgu u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej wewnętrznej. W szczególności przyglądamy się, jak morfologia blaszki miażdżycowej i jej środowisko hemodynamiczne różnią się u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej. W dziedzinie badań naczyniowo-mózgowych ostatnie wysiłki miały na celu zidentyfikowanie predyktorów udaru mózgu u pacjentów z bezobjawowym zwężeniem tętnicy szyjnej, ze szczególnym naciskiem na czynniki ryzyka specyficzne dla pacjenta, charakterystykę obrazowania i parametry hemodynamiczne, które można powiązać ze zwiększonym ryzykiem udaru.Obliczeniowa dynamika płynów umożliwia nieinwazyjną analizę przepływu krwi specyficzną dla pacjenta i jest coraz częściej stosowana wraz z obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego i CTA zliczaniem fotonów w celu oceny struktury i składu blaszki miażdżycowej tętnicy szyjnej. Obecne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego jest ograniczone przez długi czas skanowania, złożoną interpretację obrazu i błędy w repozycji. Z drugiej strony, obliczeniowa dynamika płynów cierpi z powodu ograniczonych danych specyficznych dla pacjenta i słabego dostrojenia modelu, co zmniejsza jego dokładność.Nasza grupa wykazała, że pacjenci z podobnym stopniem zwężenia tętnicy szyjnej wewnętrznej wykazują odrębne profile hemodynamiczne i że u pacjentów z obustronnym zwężeniem stopień nasilenia zwężenia wpływa na hemodynamikę i charakterystykę przepływu każdej ze stron. To naprawdę podkreśla złożone interakcje mózgowo-naczyniowe i hemodynamiczne u tych pacjentów. Aby rozpocząć, uruchom oprogramowanie CRIMSON w systemie komputerowym.Importuj pozbawione elementów identyfikujących dane obrazu DICOM dla anatomii specyficznej dla pacjenta do CRIMSON za pomocą przycisku importu w menedżerze danych. Korzystając z okna modelowania geometrii, wybierz opcję edycji ścieżki naczynia i utwórz drzewo naczyń zawierające tętnicę szyjną wspólną, tętnicę szyjną zewnętrzną i tętnicę szyjną wewnętrzną. Rozpocznij wspólną linię środkową tętnicy szyjnej na poziomie C5, gdzie uzyskano przebieg przepływu PC MRI.Umieść linię środkową tętnicy szyjnej wewnętrznej tak, aby kończyła się od jednego do dwóch centymetrów dystalnie do zwężenia, dopasowując się do lokalizacji fali PC MRI. Następnie umieść punkt końcowy linii środkowej tętnicy szyjnej zewnętrznej proksymalnie do gałęzi pierwszego rzędu, dopasowując się do lokalizacji akwizycji fali PC MRI. Teraz użyj okna ponownego cięcia naczynia, aby wyświetlić linię środkową i widoki przekroju prostopadłe do linii środkowej po dodaniu co najmniej dwóch punktów wzdłuż każdego naczynia.Korzystając z tego samego okna, dodaj kontury naczynia, aby określić granice ściany naczynia. Po lewej stronie okna ponownego cięcia naczynia wyświetlany jest oryginalny obraz, natomiast po prawej stronie wyświetlany jest gradient obrazu służący do definiowania konturów. Umieszczaj kontury wystarczająco często, aby uchwycić krzywiznę naczynia i zmieniającą się geometrię bez nadmiernego dopasowania.Po zdefiniowaniu wszystkich konturów użyj przycisku wyciągnięcia złożonego w oknie modelowania konturu statku, aby wygenerować złożony 3-wymiarowy model bryłowy za pomocą wyciągnięcia złożonego. Następnie użyj okna mieszania naczyń, aby wybrać algorytm zaokrąglenia do łączenia modelu naczynia w jedną geometrię bryły. Otwórz okno ustawień tworzenia siatki i solvera i kliknij przycisk tworzenia siatki, aby wyświetlić opcje tworzenia siatki w celu skonfigurowania parametrów siatki.W oknie opcji globalnych ustaw globalny rozmiar elementu na wartość bezwzględną z przedziału od 0,5 milimetra do 0,75 milimetra. Następnie ustaw typ warstwy granicznej na wzrost geometryczny, całkowitą liczbę warstw na trzy, grubość pierwszej warstwy na 0,2 milimetra i całkowitą grubość warstwy na jeden milimetr. Następnie zastosuj zagęszczenie krzywizny, aby dodać elementy siatki w obszarach o dużej krzywiźnie, takich jak zwężenie.Kliknij siatkę prawym przyciskiem myszy i kliknij przycisk informacji o siatce, aby przejrzeć metryki siatki, w tym liczbę elementów, proporcje i rozkład. Aby określić warunki brzegowe, kliknij okno ustawień tworzenia siatki i solvera. Wybierz ikonę ustawień solvera, a następnie dodaj zestaw warunków brzegowych za pomocą ikony BC.Wyświetl warunki brzegowe aktualnie dostępne w CRIMSON. Kliknij ponownie ikonę BC, wybierz opcję Brak poślizgu, aby zaimplementować sztywne, nieodkształcalne ściany, a następnie zastosuj ją do wszystkich ścian za pomocą opcji Zastosuj do wszystkich ścian. Następnie wybierz zalecaną prędkość.Zaimportuj wcześniej zdefiniowany przebieg dopływu i odwzoruj profil prędkości parabolicznej na wlocie CCA. Podobnie należy zaimportować przebieg fali odpływu pulsacyjnego ECA odwzorowujący profil prędkości parabolicznej do wylotu ECA. Teraz kliknij ikonę BC, wybierz RCR i wypełnij trzyelementowy model Windkessel, składający się z rezystancji proksymalnej, rezystancji dystalnej i kondensatora.Przyporządkuj RCR do punktu ICA na podstawie obliczeń specyficznych dla pacjenta. Aby przygotować parametry solvera, przejdź do okna tworzenia siatki i solvera, kliknij ikonę ustawień solvera, a następnie wybierz parametry solvera. Ustaw rozmiar kroku na 0,1 milisekundy dla czterech cykli pracy serca, wymaga reszty na 10 do potęgi minus cztery, a gęstość krwi na 1 060 kilogramów na metr sześcienny.Użyj konfiguracji solvera, aby wygenerować wszystkie pliki wejściowe symulacji, w tym dane przepływu, przepływ na wlocie w każdym kroku czasowym, siatkę i warunki brzegowe, ścianę, na której zastosowano każdy warunek brzegowy, numer pierwszego kroku symulacji, dane Windkessel dla trzech elementów, ciśnienie i prędkość w każdym punkcie siatki oraz instrukcje dla solvera przepływu. Dodaj model Carreau-Yasuda do solvera. inp i dodać do plików symulacyjnych, aby umożliwić modelowanie krwi jako płynu nienewtonowskiego.Teraz uruchom symulację w stałym okienku okna ustawień solvera, aby uruchomić solver przepływu CRIMSON Navier-Stokes. Określ liczbę procesorów w oknie poleceń. Gdy solver zacznie działać, histor pliku wyjściowego.dat zostanie wydrukowany w wierszu poleceń i zapisany w nowym katalogu, n-procs-case. Użyj ikony znaku zachęty systemu Linux. dat, aby obserwować plik w czasie rzeczywistym.Pierwsza kolumna pliku odpowiada krokowi czasowemu. Druga kolumna to czas, który upłynął. Trzecia kolumna to nieliniowa reszta, a czwarta kolumna to logarytmiczna wartość resztkowa.Wygenerowano wysokiej jakości siatkę z elementami o niskim współczynniku proporcji, aby dokładnie odwzorować geometrię bifurkacji tętnicy szyjnej. Zasymulowano reprezentatywny profil prędkości w poprzek rozwidlenia tętnicy szyjnej i zwężenia ICA, wykazując maksymalną prędkość przepływu około 275 centymetrów na sekundę przy szczytowym skurczu w poprzek zwężenia. Mapowanie ciśnienia wykazało znikomy gradient ciśnienia w poprzek zwężenia w jednym przypadku, przy czym ciśnienie proksymalne i dystalne prawie nakładało się na siebie przez cały cykl pracy serca.W innym przypadku ciśnienie proksymalne do zwężenia było znacznie wyższe niż ciśnienie dystalne, co ujawniło wyraźny spadek ciśnienia. Naprężenie ścinające ścianę było niskie w całym rozwidleniu w modelu niezwężonym, zwłaszcza w zewnętrznych ścianach tętnic szyjnych wewnętrznych i zewnętrznych. W modelu zwężeniowym naprężenie ścinające o dużej ścianie było skoncentrowane w zwężeniu tętnicy szyjnej wewnętrznej.Mapowanie oscylacyjnego wskaźnika ścinania wykazało, że wartości OSI związane ze zmianą przed operacją były niższe w porównaniu z wartościami pooperacyjnymi. Obrazowanie HU Match zidentyfikowało krwotok wewnątrzblaszkowy poprzez hiperintensywny sygnał w obrazowaniu ważonym T1 i obniżone wartości na mapie T1. Zwapniałą blaszkę miażdżycową zidentyfikowano za pomocą konsekwentnie hipointensywnego sygnału na ciemnej krwi, sekwencjach ważonych T1 i T2.

a-magnetic-resonance-imaging-based-computational-protocol-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Umieść pacjenta ze zwężeniem tętnicy szyjnej wewnętrznej, stanem charakteryzującym się zwężeniem tętnicy szyjnej wewnętrznej, na stole do obrazowania do cyfrowej angiografii subtrakcyjnej (DSA). Włóż angiocewnik do tętnicy szyjnej wspólnej na czwartym poziomie kręgu szyjnego. Wykonaj zdjęcie rentgenowskie przed kontrastem, aby zarejestrować struktury tła, takie jak kości i tkanki miękkie, za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Podać Jodowy środek kontrastowy do tętnicy szyjnej. Środek...

Wykrywanie zwężenia tętnicy szyjnej wewnętrznej za pomocą cyfrowej angiografii subtrakcyjnej

Źródło: Chiu, S. i in. Obrazowanie rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym w tętnicy szyjnej wspólnej szczura. J. Vis. Exp. (2018). Ten film przedstawia obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym (PC-MRI) w celu pomiaru przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej szczura. Po zabezpieczeniu znieczulonego szczura na łóżku MRI i zapewnieniu stabilnych parametrów fizjologicznych, tętnica szyjna wspólna jest skanowana w celu uzyskania obrazów w określonych odstępach czasu.

 Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym w celu oceny przepływu krwi w tętnicach szczura

Opisano model implantacji stentu w tętnicy szyjnej myszy. W porównaniu z innymi podobnymi metodami, procedura ta jest bardzo szybka, prosta i dostępna, oferując możliwość zbadania w wygodny sposób reakcji ściany naczyniowej na różne stenty uwalniające leki oraz molekularnych mechanizmów restenozy.

Mysi model implantacji stentu w tętnicy szyjnej do badania restenozy

Niniejszy artykuł opisuje metodologiczne rozważania dotyczące kilku nieinwazyjnych ocen funkcji i morfologii naczyń krwionośnych, które są powszechnie stosowane w badaniach medycznych do oceny różnych etapów miażdżycy.

Metodologiczne podejście do nieinwazyjnej oceny funkcji i morfologii naczyń krwionośnych

Technologia mikrofalowa umożliwia niezwykle szybką syntezę nanocząsteczek tlenku żelaza w celu scharakteryzowania blaszek miażdżycowych. Zastosowanie aminobisfosfonianu w zewnętrznej stronie nanocząstki zapewnia szybką akumulację w obszarze miażdżycowym.

Synteza nanocząstek tlenku żelaza sterowana mikrofalami w celu szybkiego wykrywania miażdżycy

Opisano protokół szacowania czasu wystąpienia udaru w szczurzym modelu udaru, wykorzystujący parametry ilościowego rezonansu magnetycznego (qMRI). Procedura wykorzystuje dyfuzyjny rezonans magnetyczny do wyznaczenia zmiany w ostrym udarze mózgu oraz ilościowych czasów relaksacji T1 i T2 (qT1 i qT2) w celu określenia czasu udaru.

Protokół obrazowania metodą rezonansu magnetycznego do szacowania czasu wystąpienia udaru w trwałym niedokrwieniu mózgu

Ogólnym celem tej procedury jest pomiar przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej szczura za pomocą nieinwazyjnego rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym.

Rezonans magnetyczny z kontrastem fazowym w tętnicy szyjnej wspólnej szczura

Opracowaliśmy proces mechano-obrazowania do badania heterogenicznych strukturalnych i mechanicznych właściwości blaszek miażdżycowych. Rurociąg ten umożliwia korelację lokalnego dominującego kąta i dyspersji orientacji włókien kolagenowych, zachowania podczas pękania i odcisków palców naprężeń włóknistej tkanki płytki nazębnej.

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

Metoda igłowa asymetrycznego obustronnego zwężenia tętnicy szyjnej wspólnej jest proponowana do stworzenia mysiego modelu dla naczyniowego zaburzenia poznawczego i demencji. Skutkuje długoterminowymi wynikami w porównaniu z wcześniej ustalonymi modelami i jest kompatybilny z MRI na żywo. Wizualna reprezentacja przedstawiająca procedurę stanowi wskazówkę do opanowania operacji.

Mysi model naczyniowych zaburzeń poznawczych i otępienia oparty na asymetrycznym obustronnym zwężeniu tętnicy szyjnej wspólnej prowadzonym igłą

Ten protokół pokaże ekstrakcję i analizę wolnych i estryfikowanych bioaktywnych kwasów tłuszczowych z komórek. Kwasy tłuszczowe są dokładnie oznaczane ilościowo za pomocą rozcieńczania stabilnych izotopów, chiralnej chromatografii cieczowej, wychwytywania elektronów, atmosferycznej jonizacji chemicznej, wielokrotnego monitorowania spektrometrii mas (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

Ekstrakcja lipidów komórkowych do ukierunkowanego rozcieńczania stabilnych izotopów Chromatografia cieczowa - analiza spektrometrii mas

Poznaj metodę analizy morfologii blaszki miażdżycowej i hemodynamiki u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej przy użyciu dynamiki płynów obliczeniowej. To podejście poprawia ocenę ryzyka udaru.

Protokół obliczeniowy oparty na obrazowaniu rezonansu magnetycznego do analizy morfologii i hemodynamiki blaszki miażdżycowej u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej (Wideo) | JoVE Journal

Protokół obliczeniowy oparty na obrazowaniu rezonansu magnetycznego do analizy morfologii i hemodynamiki blaszki miażdżycowej u pacjentów ze zwężeniem tętnicy szyjnej

Przeglądaj więcej filmów