Summary
Aorta regurgitation er en hjertesygdom i aortaklappen. Dette manuskript viser, hvordan firedimensionel flow magnetisk resonansbilleddannelse kan evaluere aorta regurgitation ved hjælp af in vitro hjerteventiler, der efterligner aorta regurgitation.
Abstract
Aorta regurgitation (AR) refererer til baglæns blodgennemstrømning fra aorta ind i venstre ventrikel (LV) under ventrikulær diastol. Den regurgitante stråle, der stammer fra den komplekse form, er kendetegnet ved den tredimensionelle strømning og højhastighedsgradient, hvilket undertiden begrænser en nøjagtig måling af regurgitantvolumenet ved hjælp af 2D-ekkokardiografi. Nyligt udviklet firedimensionel flowmagnetisk resonansbilleddannelse (4D flow MRI) muliggør tredimensionelle volumetriske flowmålinger, som kan bruges til nøjagtigt at kvantificere mængden af regurgitationen. Denne undersøgelse fokuserer på (i) magnetisk resonanskompatibel AR-modelfabrikation (dilatation, perforering og prolaps) og (ii) systematisk analyse af ydeevnen af 4D-flow MR i AR-kvantificering. Resultaterne viste, at dannelsen af de fremadgående og bagudgående jetfly over tid var meget afhængig af typerne af AR-oprindelse. Mængden af regurgitation volume bias for modeltyperne var -7,04%, -33,21%, 6,75% og 37,04% sammenlignet med jorden sandhed (48 ml) volumen målt fra pumpens slagvolumen. Den største fejl i regurgitationsfraktionen var omkring 12%. Disse resultater indikerer, at omhyggeligt valg af billeddannelsesparametre er påkrævet, når absolut regurgitationsvolumen er vigtig. Det foreslåede in vitro-flowfantom kan let modificeres til at simulere andre valvulære sygdomme såsom aortastenose eller bicuspid aortaklappen (BAV) og kan bruges som en standardplatform til at teste forskellige MR-sekvenser i fremtiden.
Introduction
Aorta regurgitation (AR) refererer til den baglæns strøm fra aorta ind i venstre ventrikel under den diastoliske fase af ventriklen. AR klassificeres typisk i aortadilatation, kopper prolaps, kopper perforering, kopper tilbagetrækning og andre1. Kronisk AR kan forårsage volumenoverbelastning af LV hovedsageligt på grund af hypertrofi og dilatation og i sidste ende forårsager dens dekompensation2. Akut AR er hovedsageligt forårsaget af infektiøs endokarditis, aortadissektion og traumatisk brud, hvilket fører til hæmodynamiske nødsituationer2.
Nuværende kliniske standarder for AR-diagnose er hovedsageligt baseret på transthoracic ekkokardiografi (TTE) eller transesophageal ekkokardiografi (TEE)3. På trods af fordelene ved billeddannelse i realtid og kort eksamenstid er nøjagtigheden af ekkokardiografi meget operatørafhængig. Især for måling af regurgitantvolumen er direkte måling af regurgitantvolumenet begrænset, da regurgitantstrålen skifter ud af det todimensionelle (2D) måleplan på grund af aortaklappens bevægelse. Indirekte estimering ved hjælp af proksimale iso-hastighed overfladeareal (PISA) metoder anvendes ofte, men antagelser såsom cirkulært åbningsareal begrænser ofte den nøjagtige måling4.
Nylige medicinske retningslinjer5 anbefaler også hjerte-MR (CMR), især for moderate eller svære AR-patienter for at kompensere for begrænsningen af ekkokardiografi ved at måle LV's masse og globale funktion. Strukturelle parametre såsom aortafoldere og LV-størrelse og flowparametre såsom jetbredde, vena contracta-bredde og regurgitantvolumen kan også overvejes grundigt i AR-diagnose6 . Imidlertid kan aorta regurgitationsvolumen estimeret med LV globale funktion mislykkes, især for patienter med andre hjertevalvulære sygdomme eller shunt.
Alternativt er 4D-flow MR blevet betragtet som en lovende teknik, der direkte kan måle regurgitantvolumenet med tidsopløst hastighedsinformation inden for mængden af interesse7. Ventilens bevægelse i henhold til tiden kan let spores og kompenseres ved måling af regurgitantstrømningsvolumen 8,9. Et vilkårligt plan vinkelret på regurgitantstrålen kan også placeres retrospektivt, hvilket øger målingens nøjagtighed10. Men da 4D-flow MR i sagens natur opnår de rumligt tidsmæssigt gennemsnitlige oplysninger, berettiger nøjagtigheden af denne teknik stadig validering ved hjælp af velkontrollerede in vitro-floweksperimenter.
Denne undersøgelse har til formål at (i) udvikle MR-kompatibel in vitro-eksperimentel platform, der kan reproducere de forskellige kliniske scenarier for AR (dilatation, perforering og prolaps) og (ii) berige vores forståelse af 4D-flow MR-ydeevne ved kvantificering af forskellige AR ved disse AR-modeller. Derudover blev 3D hæmodynamisk visualisering og kvantificering baseret på 4D flow MR udført i henhold til de forskellige kliniske scenarier. Denne protokol er ikke begrænset til AR og kan udvides til andre typer valvulære sygdomsundersøgelser, der kræver en række in vitro-eksperimenter og hæmodynamisk kvantificering.
Protocol
BEMÆRK: Protokollen består stort set af tre faser: (1) modelfabrikation, (2) MR-scanning og parametervalg og (3) dataanalyse. Figur 1 er et flowdiagram, der viser protokollens overordnede proces.
1. Model fabrikation
- Aorta rod model
- Som vist i figur 2 bestemmes parameterværdierne for aortaroten, såsom ventilbasediameter og sinusradius. Til dette eksperiment var værdierne DA = 32, 24 mm, DO = 26 mm, LB = 8, 84 mm, LA = 26 mm, rmin = 16, 64 mm, rmax = 21, 32 mm.
- Kør 3D-modelleringssoftwaren ved at klikke på Sketch > Tools Sketch Tools > Sketch Picture.
BEMÆRK: Solidwork bruges til 3D-modellering i eksperimentet. - For at lave en sinusmodel skal du skitsere cirkler svarende til rmax og rmin ved hjælp af cirkelværktøjet. Tegn en buet linje af sinus ved hjælp af den frie kurvefunktion11, klik på Loftværktøj og vælg skitseområdet for loft.
- Skitsér yderligere cirkler øverst og nederst på den aktuelle model, klik på Ekstruderingsværktøj, og vælg cirklerne. Indstil indstillingerne som 20 mm nedad og 30 mm opad. Lav en hexahedron model i størrelse 100 mm x 100 mm x 76 mm på samme måde.
- Klik på Kombiner værktøj fra Indsæt > funktioner > kombiner. Vælg Træk fra i ejendomsadministratoren. Vælg hexahedron-modellen og sinusmodellen. Fabrikér det endelige design som en akrylmodel med en 5-akset CNC-maskine i henhold til producentens instruktion.
- Ventilramme
- Kør 3D-modelleringssoftware og åbn en ny skitse. Tegn en firkant i størrelse 100 mm x 100 mm og en cirkel på 25 mm i midten for ventilbasen manuelt. Klik på ekstruderingsværktøjet, og juster ventilbundens højde til 5 mm.
- Ekstrudere cirklen med en højde på 23,5 mm og en tykkelse på 3 mm tyk. Opdel modellen i 12 ensartede stykker ved hjælp af Line Tool , så hvert stykke har 30°. Vælg tre stykker med 120 ° intervaller og ekstrudere med en højde på 16,5 mm for at lave tre søjler.
- Klik på Filetværktøj, og vælg søjlerne. Juster filetradiussen øverst og nederst som henholdsvis 4 mm og 10 mm. Gem det i et STL-filformat.
- 3D-print ventilrammen. Indstil påfyldningstætheden til 100%, og brug acrylonitril butadienstyren som fyldmateriale. Se figur 3 for aortaklaprammens form og dimensioner.
- Aorta regurgitation model ved anvendelse af ekspanderet polytetrafluorethylen (ePTFE)
- Kør 3D-modelleringssoftwaren, og åbn en ny skitse. Tegn en vandret linje på 23,24 mm og en lodret linje på 15 mm med henvisning til figur 4A.
BEMÆRK: De geometriske parametre for ventilens base, højde og indlægsseddelfri kantlængde blev valgt i henhold til en tidligere undersøgelse12. - Klik på 3 Point Arc Tool fra buekommandostyringen, og indstil to punkter i hver ende af den vandrette linje og det sidste punkt i enden af den lodrette linje. Ekstrudere skitsen med en tykkelse på 5 mm. Eksporter modellen med STL-filformat, og 3D-print den.
- Overlap ePTFE-membranen i to lag, og tegn tre indlægsseddelkanter med intervaller på 2 mm ved hjælp af den trykte indlægsseddel. Sutur langs de tegnede linjer og sidekanter med 1 mm mellemrum med en polyamidsutur med en diameter på 0,1 mm. Sutur ePTFE-ventilen fra top til bund på rammen med 1 mm mellemrum.
- Skær ydersiden af membranen og sutur den med hinanden. Udfør følgende tre ændringer for at opnå tre forskellige modeller.
- Dilatationsmodel: Reducer forholdet mellem de designede brochureparametre til 90%.
- Perforeringsmodel: Lav et cirkulært hul med en diameter på 2 mm ved hjælp af en saks i midten af en folder.
- Prolaps: Fastgør ventilens to kommissurer i et hul med en lav stolpehøjde.
BEMÆRK: Figur 4 viser materialer og fremstillingsmetode for ePTFE-ventilen. Figur 5 viser egenskaberne ved hver AR-type.
- Kør 3D-modelleringssoftwaren, og åbn en ny skitse. Tegn en vandret linje på 23,24 mm og en lodret linje på 15 mm med henvisning til figur 4A.
2. MR-scanning og valg af parameter
- Forbered det eksperimentelle system bestående af en AR-model, aorta sinusmodel, en hjertesimuleringspumpe og MR.
- Indstil eksperimentmodellerne i MR-rummet, og tilslut pumpen, reservoiret og modellerne ved hjælp af et silikonerør med en indvendig diameter på 25 mm (indvendig diameter). Brug en 10 cm lang kabelbinder til at fastgøre forbindelsesdelene for at forhindre mulig lækage.
- Brug en motorstyret stempelpumpe til at simulere aortablodstrømsbølgeformerne for at generere en fysiologisk strømningsbølgeform gennem flowkredsløbssystemet. Brug vand som arbejdsvæske, og fastgør envejsventiler til indløb og udløb for at forhindre tilbageløb. Detaljer om flowpumpen findes i den tidligere undersøgelse23.
- Find modellen inden for MR-feltet (FOV). Udfør en spejderscanning for at observere fantombilleder i koronale, aksiale og sagittale visninger i MR-betjeningskonsolmonitoren. Dette billede bruges som en vejledning til at placere følgende billedsekvenser.
- Find 2D-billedplanet i midten af aorta-modellen. Kør en VENC-fasekontrastafbildning (variable speed-encoding parameter) for at vælge den mest passende VENC-værdi for 4D-flow-MR.
- Indstil VENC til en 10% højere værdi i 4D-flow MR for at minimere mulig hastighedsaliasering7. Indtast den ønskede rumlige opløsning og den tidsmæssige opløsning på MR-konsollen. Den rumlige og tidsmæssige opløsning for aortastrømmen anbefales at være henholdsvis 2-3 mm og 20-40 ms7. Tabel 2 viser MR-scanningsparametrene.
- Indfang data for både med og uden flow ved hjælp af de 3 typer AR-ventiler og uden ventilen.
3. Analyse af data
- Datasortering og -korrektion
- Kopier rådatafiler fra scanneren for at fortsætte med dataanalysen. Sorter dicom-filerne i henhold til overskriften navngivet seriebeskrivelse ved hjælp af Dicom-sorteringssoftwaren. Klik på Sortér billeder i Dicom-sorteringssoftwaren for at sortere trevejsfasebilleder og størrelsesbilleder i separate mapper.
- Indlæs billede af størrelse i ITK-snap-softwaren. Klik på Pensel i ITK-snap'en, og mal manuelt fantomets indre væskeområde ved hjælp af penselværktøjet. Gem segmenteret billede.
- (Valgfrit) Indlæs begge fasebilleddata, der er opnået med flowet, til og fra ved hjælp af MATLAB. Træk dataene med flowet med dataene uden flow for at fjerne baggrundsfejl. Gentag dette for hver retning og hjertecyklus.
- Beregn hastigheden af 5D-matrixfasedata (række x kolonne x skive x retning x tid) ved hjælp af en leverandørspecifik pixel-til-hastighedsligning. Generelt svarer pixelens maksimale intensitet til den valgte VENC-værdi.
- Visualisering
- Indlæs 5D-matrixhastigheden fra trin 3.1.4 i flowvisualiseringsanalysesoftware.
BEMÆRK: Indgangshastighedsmatrixen kan variere afhængigt af analysesoftwaren. Ensight-brugere skal følge Ensight gold case format guide13. - Klik på Isosurface-delen, skift datatypen fra isooverflade til isoovolum til 3D-analyse ved at klikke på knappen Isovolume . Træk hastighedsdataene i kommandostyringen for variabler, føj dem til isovolumen for at kontrollere modellens hastighedsfordeling.
- Klik på Particle Trace Emitters Tool i hovedmenuen. Tjek Avanceret indstilling for en mere nøjagtig analyse. Vælg den ønskede visualisering, f.eks. Strømliner eller Stilinjer i oprettelsen.
- I dette eksperiment skal du angive følgende værdi: Udsend fra indstilling = Del, Del-id = 2, Nej. af emittere = 10000, retning = +/-. Opret og kontroller resultaterne over tid.
- Højreklik på partikelsporingsmodellen, og klik på Farve efter. Vælg hastighedskomponenten for at farve strømliningen med hastigheden.
- Indlæs 5D-matrixhastigheden fra trin 3.1.4 i flowvisualiseringsanalysesoftware.
- Kvantificering
- Indlæs hastighedsdataene (trin 3.1.4) og det segmenterede billede (trin 3.1.2) på MATLAB. Indstil hastigheden uden for segmenteringsområdet til nul. Dette kan let udføres ved elementvis at multiplicere de segmenterede matrixdata og hastighedsmatrixdataene.
- Kontroller, om hastighedsdataene har faseindpakning ved hjælp af Imshow-funktionen i MATLAB. Inversion af hastighedsretningen indikerer faseindpakning.
- Skær det ønskede plan af matrixdataene. Sum alle hastighedsdata i planet og multiplicer rumlig opløsning for at beregne strømningshastigheden gennem planet. Sum alle strømningshastigheder i hele hjertecyklussen og multiplicer den tidsmæssige opløsning for at beregne slagvolumenet.
Representative Results
Tre repræsentative klasser af aorta regurgitation modeller blev fremstillet, og en sag uden ventil blev fremstillet til sammenligning (figur 3). Udvidelsesmodellen viste tydeligt ufuldstændig lukning af ventilfolderen på grund af de mindre foldere. Et hul blev punkteret på en af brochurerne ved hjælp af en saks til at efterligne perforeringsmodellen. En folder af prolapsmodellen så mindre ud end de to andre foldere, fordi de to kommissurer blev sutureret i en position, der var lavere end den oprindelige højde. Der var ingen signifikante forskelle fra den øverste visning.
Med de 3D-hastighedsoplysninger, der blev erhvervet over tid ved hjælp af 4D-flow MR, blev strømlinjer af normale og regurgitationsstråler visualiseret under systole og diastol (figur 6). Den forreste jet var lige i alle modeller undtagen perforeringsmodellen. I perforeringsmodellen opstod der en vægforspændt stråle under systolefasen. Den regurgiterende stråle viste en anden hastighed og form i henhold til AR-klassificeringen. I tilfælde af uden ventil opstod der en samlet fremadgående og baglæns strømning. Den regurgitante stråle af udvidelsesmodellen kom ud fra midten og havde tendens til at ændre retninger over tid. Perforerings- og prolapsmodellen regurgitant jet lænede sig mod væggen. Tophastigheden for den fremadgående og regurgitante stråle var 0,28 m/s, -0,29 m/s i modellen uden ventil, 2,03 m/s, -3,53 m/s i dilatationsmodellen, 2,52 m/s, -3,13 m/s i perforeringsmodellen og 2,76 m/s, -2,88 m/s i prolapsmodellen.
Figur 7 viser strømningshastigheden for hver ventil og de fremadgående og regurgitantvolumener i et 3D-plan væk fra ventilbasen. Strømningshastighederne viste forskellige bølgeformer og mængder for hver model. Mængden af regurgitationsvolumen var 51,38 ml, 63,94 ml, 44,76 ml og 30,22 ml for henholdsvis ventil-, dilatations-, perforerings- og prolapsmodeller. Bias for uden ventil, dilatation, perforering og prolapsmodel var henholdsvis -7,04%, -33,21%, 6,75% og 37,04% sammenlignet med jordsandheden (48 ml) målt ud fra pumpens slagvolumen. De positive procentværdier indikerer undervurdering, mens de negative procentværdier repræsenterer overestimering. Regurgitationsfraktionsfejlen var -7,78%, -6,00%, 0,33% og -11,18% for henholdsvis uden ventil, dilatation, perforering og prolapsmodel.
Figur 1: Arbejdsgangsdiagram over protokollen. Denne eksperimentelle protokol består hovedsageligt af modelfabrikation, MR-scanning og dataanalyse. I modelfremstillingstrinnet fremstilles den ydre aortarodmodel og fire forskellige typer AR-modeller (uden ventil, dilatation, prolaps og perforering). Under MR-scanningen udføres spejderbilleddannelse efterfulgt af multi-VENC-scanning og 4D-flow MR. Dataanalysedelen omfatter datasortering, billedsegmentering, hastighedsberegning, visualisering og kvantificering. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Skematisk og designet akrylmodel af aortaroden (A) Geometrisk karakterisering og parametre for aortarodgeometrien. (B) Aortarod 3D-model i flerdimensionel visning. DA: diameter af sinotokubulært kryds (STJ), DO: diameter af annulus, rmax: maksimal sinusdiameter, rmin: mindste sinusdiameter, LA: sinushøjde, LB: STJ's højde. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Aorta regurgitationsramme og model (A) Geometrisk information af aortaklaprammen, som bruges til at holde indlægssedlen. Huller omkring rammens krop er, hvor suturlinjen passerer. (B) Eksempel på ePTFE membran sutureret ventil. (C) En-face-visning af in vitro-modellerne : uden ventil, dilatation, perforering og prolaps fremstillet i denne undersøgelse. Pilen angiver den beskadigede spids. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Materiale- og fabrikationstrin i ePTFE-folderen. (A) Ved hjælp af 3D-trykte foldere som vejledning fremstilles foldere ved hjælp af ePTFE-membran. B) Tegning, suturering, skæring og fastgørelse af trin i ePTFE-ventilen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Fabrikationsmetoder for forskellige AR-modeller. (A) Dilatationsmodel, (B) perforeringsmodel og (C) prolapsmodel. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Strømlin visualisering i henhold til aorta regurgitation type. En strømlinet visualisering ved systole (venstre for hvert panel) og diastol (højre for hvert panel) i henhold til aorta regurgitation type. (A) Model uden ventil (diastol/systole-billedet er det samme på grund af manglende ventil), (B) dilatation, (C) perforering og (D) prolaps. Systol- og diastoldata blev taget, hvor indløbshastigheden er den højeste og den laveste i hjertecyklussen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Strømningshastighed og slagvolumen. Strømningshastighed og slagvolumen for (A) model uden ventil, (B) dilatation, (C) perforering og (D) prolaps. Strømningshastigheden og slagvolumenet måles ved planet (fast linje) med tre diameter nedstrøms til ventilnunuulus. De blå og røde farver angiver henholdsvis fremadgående og regurgiterende strømme. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Forhold (Do= 26 mm) |
DA/Do | LA/Do | LB/Do | rmax/Do | rmin/Do |
| 1.24 | 1 | 0.34 | 0.82 | 0.64 |
Tabel 1. Geometriske parametre for aortarodgeometrien vist i figur 1.
| Tidsmæssig opløsning | 0,025 ms/40 faser |
| Rumlig opløsning | 2 mm x 2 mm/0,5 pixel pr. 1 mm |
| Matrix | 96 x 160 x 26 pixel |
| Skive tykkelse | 2 mm |
| Ekko tid | 2,54 ms |
| Kodningshastighed | 25-330 cm/s |
Tabel 2. 4D Flow MR-sekvensparametre in vitro.
Discussion
Firedimensionel flow-MR er for nylig blevet verificeret af forskellige ex vivo - og in vivo-undersøgelser som en applikation til klinisk rutinemæssig brug14. Da 4D-flow MR opnår 3D-hastighedsinformation over hele hjertecyklussen, er en stærk anvendelse en direkte kvantificering af det valvulære regurgitantvolumen, som konventionel 2D Doppler-ekkokardiografi ikke er i stand til at kvantificere15. In vitro-eksperimenter ved hjælp af 4D Flow MR kan give 3D-strømningshastigheden og relaterede hæmodynamiske parametre, som kan bruges til at undersøge forholdet mellem hjerte-kar-sygdomme og hæmodynamik. På trods af sin lovende kapacitet er der imidlertid endnu ikke rapporteret om systematiske undersøgelser af denne applikation. Dette skyldes muligvis manglen på velkontrollerede in vitro-eksperimenter , der efterligner regurgitationen af tri-brochureventilerne.
Den seneste udvikling inden for in vitro-undersøgelser har givet mere præcise og realistiske eksperimentelle metoder til at få adgang til den præ- og postvalvulære hæmodynamik16,17. Sammen med en optisk billedbaseret partikelbilledvelocimetri (PIV) var nøjagtig måling og kvantificering af flowet omkring ventilen mulig i tidligere in vitro-undersøgelser 18. Imidlertid var nøjagtige 3D-flowfelter, især for postvalvulært flow, begrænset på grund af den uigennemsigtige model og brydning. På den anden side var 3D-hastighedsmålinger ved hjælp af MR også begrænsede, da metalkomponenter ikke kan bruges19,20.
Derfor introduceres i denne undersøgelse en protokol til opbygning af en flow eksperimentel platform, der er MR-kompatibel og meget modificerbar til at reproducere forskellige kliniske scenarier for valvulære sygdomme. ePTFE-membranen bruges til at efterligne tricuspidventilen uden metalkomponenter, da den i vid udstrækning er blevet anvendt som ventil og vaskulært transplantatmateriale på grund af dens høje trækstyrke og kemiske resistens 17,21,22. Baseret på ePTFE-film er tre forskellige oprindelser af AR blevet gengivet (dilatation, perforering og prolaps) samt en model uden en ventil til sammenligning. Det næste vigtige skridt i denne flow eksperimentelle protokol er MR-billeddannelse og kvantificering. En motorstyret stempelpumpe, der kan simulere aortablodstrømbølgeformerne, bruges til at generere en fysiologisk strømningsbølgeform gennem flowkredsløbssystemet. Detaljer om flowpumpen findes i den tidligere undersøgelse23. Da denne undersøgelse også har til formål at validere nøjagtigheden af 4D-flow MR i flowkvantificering, vælges alle billeddannelsesparametre baseret på den tidligere undersøgelse, der opsummerer de parametre, der kan anvendes i den kliniske rutine24. Da MR-systemet omfatter iboende fejl som følge af ufuldkommenheder såsom hvirvelstrømme og magnetfeltets ikke-lineæritet25, anvendes baggrundskorrektionsstrategien forud for den faktiske datakvantificering som beskrevet i trin 3.1.3.
Den håndlavede aorta regurgitationsmodel, der blev foreslået i denne undersøgelse, viste lignende hæmodynamiske egenskaber ved regurgitantstråle i henhold til modelklassificering, da tidligere undersøgelser rapporterede26,27. Den lukkede form var symmetrisk, og der opstod en lige stråle i midten af ventilen i dilatationsmodellen. En bagudrettet excentrisk stråle vises på grund af cusp-skader i perforeringsmodellen. Delvis prolaps af ventilen viser en stråle, hvis retning blev bøjet fra synderkoppen på grund af begrænset mobilitet. Aorta regurgitationsvolumenet direkte målt ved hjælp af 4D flow MR blev overvurderet i uden ventil og dilatationsmodellen, mens det stort set blev undervurderet i prolapsmodellen sammenlignet med jordsandheden. Men når regurgitantfraktionen blev beregnet, var den største bias kun 11% i prolapsmodellen. Dette indikerer stærkt, at ikke kun regurgitantstrømmen, men også den normale aortastråle blev påvirket af MR-scanningen. På nuværende tidspunkt blev individuelle scanningsparametre ikke optimeret for hver AR-model. En fremtidig systemisk parameterundersøgelse kan forbedre nøjagtigheden af måling af regurgitantvolumen. Alternativt er brugen af regurgitant fraktion mere robust, da den annullerer de iboende fejl i 4D-flow MR, men også er klinisk mere relevant end blot at måle det absolutte regurgitantvolumen.
Afslutningsvis foreslår denne undersøgelse en MR-kompatibel in vitro flow eksperimentel model, der er meget modificerbar til at simulere forskellige typer AR. Nøjagtigheden af AR-volumenmåling ved hjælp af 4D-flow MR blev også sammenlignet. Begrænsningen af denne undersøgelse er, at aortaklappens bevægelse ikke blev simuleret, hvilket kan påvirke den faktiske udvikling af regurgitantstrålen. Desuden kan 4D-flow-MR'ens partielle volumeneffekt og tidsmæssige gennemsnitskarakter begrænse nøjagtigheden af flowmålingen, især i betragtning af det høje dynamiske hastighedsområde i strålen og omgivelserne. Derfor er der behov for yderligere systematisk parameterundersøgelse.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af Basic Science Research Program gennem National Research Foundation of Korea, som er finansieret af Undervisningsministeriet (2021R1I1A3040346, 2020R1A4A1019475, 2021R1C1C1003481 og HI19C0760). Denne undersøgelse blev også støttet af 2018 Research Grant (PoINT) fra Kangwon National University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D modeling software(SolidWorks) | Dassault Systèmes SolidWorks Corporation | Waltham, MA, USA | |
| 3D printer | Zortrax S.A. | the construction of a three-dimensional object from a CAD model or a digital 3D model,(zortrax m200 plus, Zortrax S.A.,Olsztyn, Poland) | |
| Dicom sort | Open source software | Jonathan Suever, Software Engineer | |
| Ensight | Ansys | Flow visualization software (Canonsburg, PA, USA). | |
| Expanded Polytetrafluoroethylene(ePTFE) | SANG-A-FRONTEC | Medical membrane (ePTFE,SANG-A-FRONTEC, Incheon, korea) | |
| Itk snap software | Open source software | GNU General Public License, | |
| MATLAB | MathWorks | Natick, MA, USA | |
| MRI | Siemens | 3T, Erlangen, Germany | |
| Scissors | Scanlan International Inc | n43 1765 | 7007-454, Scanlan International Inc., Saint Paul, USA |
| Suture | AILEE | NB530 | Ailee, Polyamide suture, UPS 5-0 |
References
- Koo, H. J., et al. Functional classification of aortic regurgitation using cardiac computed tomography: comparison with surgical inspection. The International Journal of Cardiovascular Imaging. 34 (8), 1295-1303 (2018).
- Bekeredjian, R., Grayburn, P. A. Valvular heart disease: aortic regurgitation. Circulation. 112 (1), 125-134 (2005).
- Lancellotti, P., et al. European Association of Echocardiography recommendations for the assessment of valvular regurgitation. Part 1: aortic and pulmonary regurgitation (native valve disease). European Journal of Echocardiography. 11 (3), 223-244 (2010).
- Zo, J. H. Echocardiographic Evaluation of Valvular Regurgitation:Semiquantitation Based on the Color Flow is Enough in Everyday Clinical Practice. Korean Circulation Journal. 29 (10), 1144-1150 (1999).
- Falk, V., et al. ESC/EACTS Guidelines for the management of valvular heart disease. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 52 (4), 616-664 (2017).
- Members, W. C., et al. ACC/AHA guideline for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Journal of the American College of Cardiology. 77 (4), 25 (2021).
- Ha, H., Huh, H., Yang, D. H., Kim, N. Quantification of Hemodynamic Parameters Using Four-Dimensional Flow MRI. Journal of the Korean Society of Radiology. 80 (2), 239-258 (2019).
- vander Geest, R. J., Garg, P. Advanced analysis techniques for intra-cardiac flow evaluation from 4D flow MRI. Current Radiology Reports. 4 (7), 38 (2016).
- Blanken, C. P., et al. Quantification of mitral valve regurgitation from 4D flow MRI using semiautomated flow tracking. Radiology: Cardiothoracic Imaging. 2 (5), 200004 (2020).
- Kim, B. G., et al. Evaluation of aortic regurgitation by using PC MRI: a comparison of the accuracies at different image plane locations. Journal of the Korean Physical Society. 61 (11), 1884-1888 (2012).
- de Tullio, M. D., Pedrizzetti, G., Verzicco, R. On the effect of aortic root geometry on the coronary entry-flow after a bileaflet mechanical heart valve implant: a numerical study. Acta Mechanica. 216 (1), 147-163 (2011).
- Fallahiarezoudar, E., Ahmadipourroudposht, M., Yusof, N. M. Geometric modeling of aortic heart valve. Procedia Manufacturing. 2, 135-140 (2015).
- Computational Engineering International. EnSight User Manual for Version 10.2. Computational Engineering International, Inc. , (2017).
- Garg, P., et al. Comparison of fast acquisition strategies in whole-heart four-dimensional flow cardiac MR: Two-center, 1.5 Tesla, phantom and in vivo validation study. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 47 (1), 272-281 (2018).
- Gabbour, M., et al. 4-D flow magnetic resonance imaging: blood flow quantification compared to 2-D phase-contrast magnetic resonance imaging and Doppler echocardiography. Pediatric Radiology. 45 (6), 804-813 (2015).
- Kvitting, J. P. E., et al. et al. In vitro assessment of flow patterns and turbulence intensity in prosthetic heart valves using generalized phase-contrast MRI. Journal of Magnetic Resonance Imaging: An Official Journal of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 31 (5), 1075-1080 (2010).
- Chang, T. I., et al. In vitro study of trileaflet polytetrafluoroethylene conduit and its valve-in-valve transformation. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 30 (3), 408-416 (2020).
- Kim, D., et al. Comparison of Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging and Particle Image Velocimetry to Quantify Velocity and Turbulence Parameters. Fluids. 6 (8), 277 (2021).
- Bai, K., Katz, J. On the refractive index of sodium iodide solutions for index matching in PIV. Experiments in Fluids. 55 (4), 1-6 (2014).
- Hargreaves, B., et al. Metal induced artifacts in MRI. AJR. American Journal of Roentgenology. 197 (3), 547 (2011).
- Zhu, G., Ismail, M. B., Nakao, M., Yuan, Q., Yeo, J. H. Numerical and in-vitro experimental assessment of the performance of a novel designed expanded-polytetrafluoroethylene stentless bi-leaflet valve for aortic valve replacement. PloS One. 14 (1), 0210780 (2019).
- Ebnesajjad, S. Expanded PTFE applications handbook: Technology, manufacturing and applications. , William Andrew. (2016).
- Kim, J., Lee, Y., Choi, S., Ha, H. Pulsatile flow pump based on an iterative controlled piston pump actuator as an in-vitro cardiovascular flow model. Medical Engineering & Physics. 77, 118-124 (2020).
- Dyverfeldt, P., et al. 4D flow cardiovascular magnetic resonance consensus statement. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 17 (1), 1-19 (2015).
- Stankovic, Z., Allen, B. D., Garcia, J., Jarvis, K. B., Markl, M. 4D flow imaging with MRI. Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 4 (2), 173 (2014).
- Patel, P. A., et al. Aortic regurgitation in acute type-A aortic dissection: a clinical classification for the perioperative echocardiographer in the era of the functional aortic annulus. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (1), 586-597 (2018).
- Boodhwani, M., et al. Repair-oriented classification of aortic insufficiency: impact on surgical techniques and clinical outcomes. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 137 (2), 286-294 (2009).
