רגורגיטציה של אבי העורקים היא מחלת לב מסתם אבי העורקים. כתב יד זה מדגים כיצד הדמיית תהודה מגנטית של זרימה ארבע-ממדית יכולה להעריך רגורגיטציה של אבי העורקים באמצעות מסתמי לב במבחנה המחקים את הרגורגיטציה של אבי העורקים.
רגורגיטציה של אבי העורקים (AR) מתייחסת לזרימת דם לאחור מאבי העורקים לחדר השמאלי (LV) במהלך דיאסטולה חדרית. הסילון הרגורגיטנטי הנובע מהצורה המורכבת מאופיין בזרימה התלת-ממדית ובשיפוע המהירות הגבוהה, ולעתים מגביל מדידה מדויקת של נפח הרגורגיטאנט באמצעות אקוקרדיוגרפיה דו-ממדית. הדמיית תהודה מגנטית של זרימה ארבע-ממדית שפותחה לאחרונה (MRI זרימה 4D) מאפשרת מדידות זרימה נפחיות תלת-ממדיות, בהן ניתן להשתמש כדי לכמת במדויק את כמות הרגורגיטציה. מחקר זה מתמקד ב-(i) ייצור מודל AR תואם תהודה מגנטית (הרחבה, ניקוב וצניחה) ו-(ii) ניתוח שיטתי של הביצועים של MRI זרימה 4D בכימות AR. התוצאות הצביעו על כך שהיווצרות המטוסים קדימה ואחורה לאורך זמן הייתה תלויה מאוד בסוגי מקור ה-AR. כמות הטיית נפח הרגורגיטציה עבור סוגי הדגמים הייתה -7.04%, -33.21%, 6.75%, ו-37.04% בהשוואה לנפח האמת הקרקעית (48 מ”ל) שנמדד מנפח שבץ המשאבה. השגיאה הגדולה ביותר של שבר הרגורגיטציה הייתה סביב 12%. תוצאות אלה מצביעות על כך שנדרשת בחירה זהירה של פרמטרי הדמיה כאשר נפח הרגורגיטציה המוחלט חשוב. ניתן לשנות בקלות את פנטום הזרימה במבחנה המוצע כדי לדמות מחלות וולוולריות אחרות כגון היצרות אבי העורקים או מסתם אבי העורקים הדו-חמצני (BAV) וניתן להשתמש בו כפלטפורמה סטנדרטית לבדיקת רצפי MRI שונים בעתיד.
רגורגיטציה של אבי העורקים (AR) מתייחסת לזרימה לאחור מאבי העורקים לתוך החדר השמאלי במהלך השלב הדיאסטולי של החדר. AR מסווג בדרך כלל להרחבת אבי העורקים, צניחת כוסות, ניקוב כוסות, נסיגת כוסות ועוד1. מציאות רבודה כרונית עלולה לגרום לעומס יתר של ה-LV בעיקר עקב היפרטרופיה והתפשטות, ובסופו של דבר גורמת לפירוק שלה2. AR חריף נגרם בעיקר על ידי אנדוקרדיטיס זיהומית, דיסקציה של אבי העורקים וקרע טראומטי, מה שמוביל למקרי חירום המודינמיים2.
התקנים הקליניים הנוכחיים לאבחון AR מבוססים בעיקר על אקוקרדיוגרפיה טרנסתוראקית (TTE) או אקוקרדיוגרפיה טרנס-וושטית (TEE)3. למרות היתרונות של הדמיה בזמן אמת וזמן בדיקה קצר, הדיוק של אקוקרדיוגרפיה תלוי מאוד במפעיל. במיוחד עבור מדידת נפח regurgitant, מדידה ישירה של נפח regurgitant מוגבלת כאשר סילון regurgitant נע מתוך מישור המדידה הדו-ממדי (2D) עקב התנועה של שסתום אבי העורקים. לעתים קרובות נעשה שימוש באומדן עקיף באמצעות שיטות פרוקסימליות של שטח פנים איזו-מהירות (PISA), אך הנחות כגון שטח פתח מעגלי מגבילות לעתים קרובות את המדידה המדויקת4.
הנחיות רפואיות עדכניות5 ממליצות גם על MR לבבי (CMR), במיוחד לחולי AR בינוניים או חמורים כדי לפצות על המגבלה של אקוקרדיוגרפיה על ידי מדידת המסה והתפקוד הגלובלי של ה- LV. פרמטרים מבניים כגון עלוני אבי העורקים וגודל LV, ופרמטרים של זרימה כגון רוחב סילון, רוחב vena contracta ונפח regurgitant יכולים גם להילקח בחשבון באופן מקיף באבחון AR6 . עם זאת, נפח הרגורגיטציה של אבי העורקים המוערך בתפקוד הגלובלי של LV עלול להיכשל במיוחד עבור חולים עם מחלות לב אחרות או shunt.
לחלופין, MRI זרימה 4D נחשב כטכניקה מבטיחה שיכולה למדוד ישירות את נפח הרגורגיטאנט עם מידע על מהירות שנפתר בזמן בתוך נפח העניין7. ניתן לעקוב בקלות אחר תנועת השסתום בהתאם לזמן ולפצות אותו בעת מדידת נפח הזרימה הרגורגיטנטי 8,9. כמו כן, מישור שרירותי בניצב לסילון הרגורגיטנטי יכול להיות ממוקם בדיעבד, מה שמגדיל את הדיוק של המדידה10. עם זאת, מכיוון ש-MRI של זרימה 4D משיג באופן אינהרנטי את המידע הממוצע ה-spatiotemporly, הדיוק של טכניקה זו עדיין מצדיק אימות על ידי שימוש בניסויי זרימה במבחנה מבוקרים היטב.
מחקר זה נועד (1) לפתח פלטפורמה ניסיונית תואמת MRI במבחנה שיכולה לשחזר את התרחישים הקליניים השונים של AR (התרחבות, ניקוב וצניחה) ו-(2) להעשיר את הבנתנו את ביצועי ה-MRI של זרימה 4D בכימות AR שונים במודלים אלה של AR. בנוסף, הדמיה וכימות המודינמיים תלת-ממדיים המבוססים על MRI זרימה 4D נערכו על פי התרחישים הקליניים השונים. פרוטוקול זה אינו מוגבל ל-AR וניתן להרחיבו לסוגים אחרים של מחקרי מחלות וולולריות הדורשים סדרה של ניסויים במבחנה וכימות המודינמי.
MRI זרימה ארבע מימדי אומת לאחרונה על ידי מחקרי ex vivo ו – in vivo שונים כיישום לשימוש שגרתי קליני14. מכיוון ש-MRI של זרימה 4D מקבל מידע על מהירות תלת-ממדית לאורך כל מחזור הלב, יישום חזק אחד הוא כימות ישיר של נפח ה-regurgitant הוולבולרי, אשר אקוקרדיוגרפיה דו-ממדית קונבנציונלית של דופלר אינה מסוגלת לכמת15. ניסויים במבחנה באמצעות MRI זרימה 4D יכולים לספק את מהירות הזרימה התלת-ממדית ואת הפרמטרים ההמודינמיים הקשורים אליהם, אשר יכולים לשמש לחקר הקשר בין מחלות לב וכלי דם והומודינמיקה. עם זאת, למרות יכולתו המבטיחה, עדיין לא דווח על מחקרים שיטתיים על יישום זה. ייתכן שהדבר נובע מהיעדר ניסויים מבוקרים היטב במבחנה המחקים את הרגורגיטציה של שסתומי שלושת העלונים.
התפתחויות אחרונות במחקרים חוץ גופיים סיפקו שיטות ניסוי מדויקות ומציאותיות יותר לגישה להמודינמיקה הקדם-ערכית והפוסט-וולולרית 16,17. יחד עם ולוצימטריית תמונה אופטית מבוססת תמונה של חלקיקים (PIV), מדידה וכימות מדויקים של הזרימה סביב השסתום התאפשרו במחקרים קודמים במבחנה 18. עם זאת, שדות זרימה תלת-ממדיים מדויקים, במיוחד עבור הזרימה הפוסט-וולולרית, היו מוגבלים בשל המודל האטום והשבירה. מצד שני, מדידות מהירות תלת-ממדיות באמצעות MRI היו מוגבלות גם הן, שכן לא ניתן להשתמש ברכיבי מתכת19,20.
לפיכך במחקר זה, פרוטוקול לבניית פלטפורמת ניסוי זרימה התואמת MR וניתנת לשינוי רב כדי לשחזר תרחישים קליניים שונים של מחלות וולולריות מוצג. קרום ePTFE משמש לחיקוי השסתום הטריקוספידי ללא רכיבי מתכת מכיוון שהוא נמצא בשימוש נרחב כחומר שסתום והשתלת כלי דם בשל חוזק המתיחה הגבוה שלו ועמידותו הכימית 17,21,22. בהתבסס על סרטי ePTFE, שוחזרו שלושה מקורות שונים של ה-AR (התרחבות, ניקוב וצניחה) וכן מודל ללא שסתום להשוואה. השלב החשוב הבא בפרוטוקול ניסוי זרימה זה הוא הדמיית MR וכימות. משאבת בוכנה הנשלטת על ידי מנוע שיכולה לדמות את צורות הגל של זרימת הדם באבי העורקים משמשת ליצירת צורת גל זרימה פיזיולוגית דרך מערכת מעגלי הזרימה. פרטים על משאבת הזרימה ניתן למצוא במחקר הקודם23. מכיוון שמחקר זה נועד גם לאמת את הדיוק של ה-MRI של זרימה 4D בכימות זרימה, כל פרמטרי ההדמיה נבחרים על סמך המחקר הקודם שמסכם את הפרמטרים שניתן להשתמש בהם בשגרה הקלינית24. מכיוון שמערכת ה- MRI כוללת שגיאות אינהרנטיות עקב פגמים כגון זרמי אדי ואי-ליניאריות של השדה המגנטי25, אסטרטגיית תיקון הרקע מיושמת לפני כימות הנתונים בפועל כמתואר בשלב 3.1.3.
מודל הרגורגיטציה של אבי העורקים בעבודת יד שהוצע במחקר זה הראה מאפיינים המודינמיים דומים של סילון רגורגיטנטי על פי סיווג המודל כפי שמחקרים קודמים דיווחו על 26,27. הצורה הסגורה הייתה סימטרית, וסילון ישר התרחש במרכז השסתום במודל ההתרחבות. מטוס אקסצנטרי מכוון לאחור מופיע עקב נזקי זיזים במודל הניקוב. צניחה חלקית של השסתום מראה סילון שכיוונו היה כפוף מכוס האשם בשל ניידות מוגבלת. נפח הרגורגיטציה של אבי העורקים שנמדד ישירות באמצעות MRI של זרימה 4D הוערך יתר על המידה במודל ללא שסתום והרחבה, בעוד שהוא הוערך במידה רבה במודל הצניחה בהשוואה לאמת הקרקעית. עם זאת, כאשר חושב השבר הרגורגיטנטי, ההטיה הגדולה ביותר הייתה רק 11% במודל הצניחה. זה מצביע על כך שלא רק הזרימה הרורגיטנטית אלא גם סילון אבי העורקים הרגיל הושפע מסריקת ה-MR. בשלב הנוכחי, פרמטרי סריקה בודדים לא היו ממוטבים עבור כל מודל AR. מחקר פרמטרים מערכתיים עתידי עשוי לשפר את הדיוק של מדידת נפח regurgitant. לחלופין, השימוש בשבר regurgitant הוא חזק יותר מכיוון שהוא מבטל את השגיאות המובנות ב- MRI של זרימה 4D, אך הוא גם רלוונטי יותר מבחינה קלינית מאשר פשוט למדוד את נפח ה- regurgitant המוחלט.
לסיכום, מחקר זה מציע מודל ניסיוני תואם MR של זרימה חוץ גופית הניתן לשינוי רב כדי לדמות סוגים שונים של AR. כמו כן, הדיוק של מדידת נפח AR באמצעות MRI זרימה 4D הושווה. המגבלה של מחקר זה היא שהתנועה של שסתום אבי העורקים לא הייתה מדומה, מה שיכול להשפיע על ההתפתחות בפועל של סילון הרגורגיטאנט. בנוסף, אפקט הנפח החלקי ואופי הממוצע הזמני של ה-MRI של זרימה 4D עשויים להגביל את הדיוק של מדידת הזרימה, במיוחד בהתחשב בטווח הדינמי הגבוה של המהירות בתוך הסילון והסביבה. לכן, נדרש מחקר פרמטרים שיטתי נוסף.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר המדעית הבסיסית באמצעות קרן המחקר הלאומית של קוריאה, הממומנת על ידי משרד החינוך (2021R1I1I1A3040346, 2020R1A4A1019475, 2021R1C1C1003481, ו- HI19C0760). מחקר זה נתמך גם על ידי מענק מחקר לשנת 2018 (PoINT) מהאוניברסיטה הלאומית קנגוואן.
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 |