In vitro Оценка регургитации аорты с помощью четырехмерной проточной магнитно-резонансной томографии

Характеристики заболеваний клапанов могут быть идентифицированы с помощью этого протокола, что в противном случае трудно с помощью диагностического исследования in vivo. Кроме того, в этом протоколе демонстрируется оценка in vitro 4D-МРТ потока. Этот метод может измерять 3D-поле скоростей с временным разрешением модели сердечного клапана in vitro.

Это включает в себя ретроспективный анализ скорости потока и объема хода. 4D-измерение потока МРТ обеспечивает результаты с изображениями медицинского формата DICOM. Однако понимание этих медицинских изображений и передача изображений в данные физического потока могут быть трудными для начинающих.

Из-за ограниченного доступа к МРТ для общих исследователей осведомленность об измерении 4D-МРТ потока ограничена во многих областях. Визуальная демонстрация этого протокола увеличит его применение. Для начала определите значения параметров корня аорты, такие как диаметр клапана и радиус пазухи.

Запустите программное обеспечение для трехмерного моделирования, щелкнув эскиз, затем перейдите к инструментам, эскизам, инструментам и нажмите на рисунок эскиза. Набросайте круги, соответствующие максимуму R и минимуму R, с помощью инструмента «Круг» для создания синусового режима. Нарисуйте изогнутую линию пазухи с помощью функции свободной кривой, нажмите на инструмент лофт и выберите область эскиза для лофта.

Набросайте дополнительные круги сверху и снизу текущей модели, нажмите на инструмент «Экструдировать» и выделите круги. Установите параметры на 20 миллиметров вниз и 30 миллиметров вверх. Сделайте модель шестигранника таким же образом.

В меню вставки перейдите к функциям, выберите объединить и нажмите на инструмент «Объединить». Выберите вычесть в управляющем недвижимостью. Выберите модель шестигранника и модель синуса.

Изготовьте окончательный дизайн в виде акриловой модели с пятиосевым станком с ЧПУ в соответствии с инструкциями производителя. Запустите программное обеспечение для 3D-моделирования и откройте новый эскиз. Вручную нарисуйте квадрат и круг в центре основания клапана.

Нажмите на инструмент для экструзии и отрегулируйте высоту основания клапана до пяти миллиметров. Выдавливают круг высотой 23,5 миллиметра и толщиной три миллиметра. Разделите модель на 12 однородных частей с помощью линейных инструментов, чтобы каждая деталь имела 30 градусов.

Выберите три части с интервалом 120 градусов и выдавите с высотой 16,5 миллиметров, чтобы сделать три столба. Нажмите на инструмент филе и выберите столбы. Отрегулируйте радиус филе сверху и снизу в четыре миллиметра и 10 миллиметров соответственно.

Сохраните его в формате STL. 3D-печать рамы клапана путем установки плотности заполнения до 100% и использования акрилонитрилбутадиенстирола в качестве пленочного материала. Запустите программное обеспечение для 3D-моделирования и откройте новый эскиз.

Нарисуйте горизонтальную линию 23 миллиметра и вертикальную линию 15 миллиметров. Щелкните трехточечный инструмент ARC в диспетчере команд ARC. Установите две точки на каждом конце горизонтальной линии и последнюю точку на конце вертикальной линии и выдавите эскиз толщиной пять миллиметров.

Экспортируйте модель в формате STL и распечатайте ее. Перекрытие мембраны ePTFE в два слоя. Нарисуйте границы листовки с интервалом в два миллиметра, используя напечатанную листовку.

Шов по нарисованным линиям и боковым границам с интервалом в один миллиметр полиамидным швом диаметром 0,1 миллиметра. Зашить клапан ePTFE сверху вниз на раме с интервалом в один миллиметр. Обрежьте внешнюю сторону мембраны и зашивайте их между собой.

Выполняйте модификации для трех разных моделей. Для модели дилатации уменьшите отношение заданных параметров листовки до 90%Сделайте круглое отверстие диаметром два миллиметра с помощью ножниц в центре одной листовки для модели перфорации. При пролапсе зафиксируйте две спайки клапана у отверстия с небольшой высотой столба.

Подготовьте экспериментальную систему, состоящую из моделей аорты, насоса для моделирования сердца и МРТ. Установите экспериментальные модели в комнате МРТ и соедините насос, резервуар и модели с помощью силиконовой трубки с внутренним диаметром 25 миллиметров. Используйте кабель длиной 10 сантиметров и скрепите соединительные части, чтобы предотвратить утечку.

Найдите модель в поле зрения МРТ. Выполните сканирование разведчика для наблюдения фантомных изображений в корональном, осевом и сагиттальном видах на мониторе операционной консоли МРТ. Найдите плоскость двумерного изображения в центре модели аорты.

Запустите параметр кодирования переменной скорости 2D фазового контраста, чтобы выбрать наиболее подходящее значение кодирования скорости для МРТ 4D потока. Установите VENC на 10% более высокое значение в 4D потоке МРТ. Введите желаемое пространственное и временное разрешение на консоли МРТ.

Для аортального потока эти значения составляют два-три миллиметра и от 20 до 40 миллисекунд и получены данные как для потока, так и без него с использованием трех типов клапанов AR и без клапана. Скопируйте необработанные файлы данных со сканера для анализа данных. Отсортируйте файлы DICOM в соответствии с заголовком с именем series description с помощью программного обеспечения сортировки DICOM.

Щелкните Сортировать изображения в программном обеспечении сортировки DICOM, чтобы отсортировать трехнаправленные фазовые изображения и изображения величины в отдельных папках. Загрузите изображение величины в программное обеспечение ITK-SNAP. Щелкните кистью в ITK-SNAP и вручную нарисуйте внутреннюю текучую область фантома с помощью инструмента «Кисть».

Сохраните сегментированное изображение. При необходимости загрузите данные обоих фазовых изображений, полученные при включении и выключении потока с помощью MATLAB. Вычтите данные из потока по данным без потока, чтобы удалить фоновые ошибки.

Повторите это для каждого направления и сердечного цикла. Рассчитайте скорость 5D матричных фазовых данных, используя уравнение пикселя к скорости для конкретного поставщика. Загрузите ранее полученную 5D матричную скорость в программное обеспечение для анализа визуализации потока.

Щелкните изоповерхностную часть и измените тип данных для 3D-анализа, нажав кнопку isovolume. Перетащите данные о скорости в диспетчере команд переменных и добавьте их в изоволум, чтобы проверить распределение скоростей модели. Нажмите на инструмент Trace emitters частиц в главном меню.

Проверьте расширенный параметр для более точного анализа. Выберите нужную визуализацию, например обтекаемые или контурные линии при создании. Задайте значения для эксперимента.

Создавайте и проверяйте результаты с течением времени. Щелкните правой кнопкой мыши модель трассировки частиц и щелкните цвет по. Выберите компонент скорости, чтобы раскрасить обтекаемую часть со скоростью.

Загрузите данные о скорости и сегментированное изображение, полученные ранее, в MATLAB. Установите скорость за пределами области сегментации на ноль, умножив поэлементу сегментированную матрицу и данные матрицы скорости. Проверьте, имеют ли данные о скорости фазовую оболочку, используя функцию отображения изображений MATLAB.

Инверсия направления скорости указывает на фазовое обертывание. Нарежьте требуемую плоскость матричных данных. Суммируйте все данные о скорости в плоскости и умножьте пространственное разрешение, чтобы рассчитать скорость потока через плоскость.

Суммируйте все скорости потока на протяжении всего сердечного цикла и умножьте временное разрешение, чтобы рассчитать ударный объем. На рисунке показаны результаты 4D-МРТ потока, которая оптимизирует нормальные и регургитационные струи во время систолы и диастолы. Можно заметить, что без клапана происходил общий прямой и обратный поток.

Регургитантная струя модели дилатации выходила из центра и имела тенденцию менять направления с течением времени. Кроме того, передняя струя была прямой во всех моделях, кроме модели перфорации. Струя с смещением стенки во время фазы систолы происходила в модели перфорации.

Более того, перфорация и пролапс модели регургитирующей струи наклонялись к стене. На рисунке показан расход для каждого клапана, а также передний и регургитирующий объемы в 3D-плоскости вдали от основания клапана. Скорость потока показывала различные формы сигналов и величины для каждой модели.

Как правило, положительные процентные значения указывают на недооценку, в то время как отрицательные процентные значения представляют собой завышенную оценку. Следуя этому протоколу, исследователи могут изготавливать различные клапаны сердца in vitro, включая клапаны сердца при стенозе и клапаны сердца с регургитацией. Также гемодинамика в этих клапанах может быть исследована.

Этот метод исследовал изготовление in vitro больных клапанов сердца и демонстрации 4D-МРТ потока.