Aort yetersizliği bir aort kapak kalp hastalığıdır. Bu yazıda, dört boyutlu akış manyetik rezonans görüntülemenin, aort yetersizliğini taklit eden in vitro kalp kapakçıklarını kullanarak aort yetersizliğini nasıl değerlendirebileceği gösterilmektedir.
Aort yetersizliği (AR), ventrikül diyastolü sırasında aorttan sol ventriküle (LV) geriye doğru kan akışını ifade eder. Karmaşık şekilden kaynaklanan yetersizlik jeti, üç boyutlu akış ve yüksek hızlı gradyan ile karakterize edilir, bazen 2D ekokardiyografi kullanılarak yetersizlik hacminin doğru bir ölçümünü sınırlar. Son zamanlarda geliştirilen dört boyutlu akış manyetik rezonans görüntüleme (4D akış MRG), yetersizliğin miktarını doğru bir şekilde ölçmek için kullanılabilecek üç boyutlu hacimsel akış ölçümlerini mümkün kılar. Bu çalışma (i) manyetik rezonans uyumlu AR model üretimi (dilatasyon, perforasyon ve prolapsus) ve (ii) AR nicelemesinde 4D akış MRG’nin performansının sistematik analizine odaklanmaktadır. Sonuçlar, zaman içinde ileri ve geri jetlerin oluşumunun AR orijinli tiplere büyük ölçüde bağlı olduğunu gösterdi. Model tipleri için yetersizlik hacmi önyargısı miktarı, pompa strok hacminden ölçülen zemin doğruluğu (48 mL) hacmine kıyasla -%7,04, -%33,21, %6,75 ve %37,04 idi. Yetersizlik fraksiyonunun en büyük hatası %12 civarındaydı. Bu sonuçlar, mutlak yetersizlik hacmi önemli olduğunda görüntüleme parametrelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesi gerektiğini göstermektedir. Önerilen in vitro akım fantom, aort darlığı veya biküspid aort kapağı (BAV) gibi diğer kapak hastalıklarını simüle etmek için kolayca değiştirilebilir ve gelecekte farklı MRG sekanslarını test etmek için standart bir platform olarak kullanılabilir.
Aort yetersizliği (AR), ventrikülün diyastolik fazı sırasında aorttan sol ventriküle geriye doğru akışı ifade eder. AR tipik olarak aort dilatasyonu, bardak prolapsusu, bardak delinmesi, bardak retraksiyonu ve diğerleri olarak sınıflandırılır1. Kronik AR, esas olarak hipertrofi ve dilatasyon nedeniyle LV’nin hacimsel aşırı yüklenmesine neden olabilir ve sonunda dekompansasyonuna neden olabilir2. Akut AR esas olarak enfeksiyöz endokardit, aort diseksiyonu ve hemodinamik acillere yol açan travmatik rüptürden kaynaklanır2.
AR tanısı için mevcut klinik standartlar esas olarak transtorasik ekokardiyografiye (TTE) veya transözofageal ekokardiyografiye (TEE) dayanmaktadır3. Gerçek zamanlı görüntüleme ve kısa muayene süresinin avantajlarına rağmen, ekokardiyografinin doğruluğu operatöre büyük ölçüde bağımlıdır. Özellikle regürjitan hacim ölçümü için, regurgitant jet, aort kapağının hareketi nedeniyle iki boyutlu (2D) ölçüm düzleminden kaydığı için regurgitant hacminin doğrudan ölçümü sınırlıdır. Proksimal izo-hız yüzey alanı (PISA) yöntemlerini kullanarak dolaylı tahmin sıklıkla kullanılır, ancak dairesel delik alanı gibi varsayımlar genellikle doğru ölçümü sınırlar4.
Son tıbbi kılavuzlar5 ayrıca kardiyak MR’ı (CMR) önermektedir, özellikle orta veya şiddetli AR hastaları için, LV’nin kütlesini ve küresel fonksiyonunu ölçerek ekokardiyografinin sınırlamasını telafi etmek için. Aort broşürleri ve LV boyutu gibi yapısal parametreler ve jet genişliği, vena kontrakta genişlik ve yetersizlik hacmi gibi akış parametreleri de AR tanısında kapsamlı bir şekilde düşünülebilir6 . Bununla birlikte, LV global fonksiyonu ile tahmin edilen aort yetersizliği hacmi, özellikle diğer kalp kapak hastalıkları veya şantı olan hastalar için başarısız olabilir.
Alternatif olarak, 4D akış MRG, yetersizlik hacmini, ilgilenilen hacim7 içindeki zamana bağlı hız bilgisi ile doğrudan ölçebilen umut verici bir teknik olarak kabul edilmiştir. Valfin zamana göre hareketi, yetersizlik akış hacmi 8,9 ölçülürken kolayca izlenebilir ve telafi edilebilir. Ayrıca, yetersizlik jetine dik olan keyfi bir düzlem geriye dönük olarak konumlandırılabilir, bu da ölçümün doğruluğunu arttırır10. Bununla birlikte, 4D akış MRG’si doğal olarak mekansal olarak ortalamalanmış bilgileri elde ettiğinden, bu tekniğin doğruluğu hala iyi kontrol edilen in vitro akış deneyleri kullanılarak doğrulamayı garanti eder.
Bu çalışma, (i) AR’nin farklı klinik senaryolarını (dilatasyon, perforasyon ve prolapsus) yeniden üretebilen MRG uyumlu in vitro deneysel platform geliştirmeyi ve (ii) bu AR modellerinde farklı AR’yi ölçmede 4D akış MRG performansı hakkındaki anlayışımızı zenginleştirmeyi amaçlamaktadır. Ek olarak, çeşitli klinik senaryolara göre 4D akış MRG’ye dayalı 3D hemodinamik görselleştirme ve niceleme yapılmıştır. Bu protokol AR ile sınırlı değildir ve bir dizi in vitro deney ve hemodinamik niceleme gerektiren diğer kapak hastalığı çalışmalarına genişletilebilir.
Dört boyutlu akışlı MRG son zamanlarda klinik rutin kullanım için bir uygulama olarak çeşitli ex vivo ve in vivo çalışmalarla doğrulanmıştır14. 4D akış MRG’si tüm kardiyak döngü boyunca 3D hız bilgisini elde ettiğinden, güçlü bir uygulama, geleneksel 2D Doppler ekokardiyografinin15’i ölçemediği kapak yetersizliği hacminin doğrudan ölçülmesidir. 4D Flow MRG kullanan in vitro deneyler, kardiyovasküler hastalık ve hemodinamik arasındaki ilişkiyi araştırmak için kullanılabilecek 3D akış hızını ve ilgili hemodinamik parametreleri sağlayabilir. Bununla birlikte, umut verici yeteneğine rağmen, bu uygulama hakkında henüz sistematik bir çalışma bildirilmemiştir. Bu muhtemelen üç yapraklı valflerin yetersizliğini taklit eden iyi kontrol edilen in vitro deneylerin eksikliğinden kaynaklanmaktadır.
İn vitro çalışmalardaki son gelişmeler, kapak öncesi ve sonrası hemodinamiğe ulaşmak için daha doğru ve gerçekçi deneysel yöntemler sağlamıştır16,17. Optik görüntü tabanlı parçacık görüntü velosimetrisi (PIV) ile birleştiğinde, valf etrafındaki akışın doğru ölçümü ve nicelleştirilmesi, önceki in vitro çalışmalarda18’de mümkündü. Bununla birlikte, özellikle kapak sonrası akış için doğru 3B akış alanları, opak model ve kırılma nedeniyle sınırlıydı. Öte yandan, MRG kullanılarak yapılan 3D hız ölçümleri de sınırlıydı, çünkü metal bileşenler19,20 kullanılamıyordu.
Bu nedenle bu çalışmada, kapak hastalıklarının çeşitli klinik senaryolarını yeniden üretmek için MR uyumlu ve oldukça değiştirilebilir bir akış deney platformu oluşturmak için bir protokol tanıtılmıştır. ePTFE membran, yüksek çekme mukavemeti ve kimyasal direnci17,21,22 nedeniyle valf ve vasküler greft malzemesi olarak yaygın olarak kullanıldığı için metal komponentsiz triküspid valfi taklit etmek için kullanılır. ePTFE filmlerine dayanarak, AR’nin üç farklı kökeni (dilatasyon, perforasyon ve prolapsus) ve karşılaştırma için valfsiz bir model yeniden üretilmiştir. Bu akış deneysel protokolündeki bir sonraki önemli adım MR görüntüleme ve nicelleştirmedir. Aort kan akışı dalga formlarını simüle edebilen motor kontrollü bir pistonlu pompa, akış devresi sistemi boyunca fizyolojik bir akış dalga formu oluşturmak için kullanılır. Akış pompasının detayları önceki çalışmada bulunabilir23. Bu çalışma aynı zamanda akış nicelemesinde 4D akış MRG’sinin doğruluğunu doğrulamayı amaçladığından, tüm görüntüleme parametreleri, klinik rutinde kullanılabilecek parametreleri özetleyen önceki çalışmaya dayanarak seçilmiştir24. MRI sistemi, girdap akımları ve manyetik alanın doğrusal olmaması25 gibi kusurlardan kaynaklanan doğal hatalar içerdiğinden, arka plan düzeltme stratejisi, adım 3.1.3’te açıklandığı gibi gerçek veri nicelleştirmesinden önce uygulanır.
Bu çalışmada önerilen el yapımı aort yetersizliği modeli, model sınıflamasına göre regurgitant jetin hemodinamik özelliklerini, önceki çalışmaların bildirdiği26,27 ile benzer şekilde göstermiştir. Kapalı şekil simetrikti ve dilatasyon modelinde valfin merkezinde düz bir jet meydana geldi. Perforasyon modelinde cusp hasarı nedeniyle posterioral olarak yönlendirilmiş eksantrik bir jet ortaya çıkar. Valfin kısmi prolapsusu, sınırlı hareket kabiliyeti nedeniyle suçlu bardaktan yönü bükülmüş bir jeti gösterir. 4D akış MRG’si kullanılarak doğrudan ölçülen aort yetersizliği hacmi, kapaksız ve dilatasyon modelinde fazla tahmin edilirken, prolapsus modelinde zemin gerçeğiyle karşılaştırıldığında büyük ölçüde hafife alınmıştır. Bununla birlikte, yetersizlik fraksiyonu hesaplandığında, en büyük önyargı prolapsus modelinde sadece% 11 idi. Bu, sadece yetersizlik akışının değil, aynı zamanda normal aort jetinin de MR taramasından etkilendiğini güçlü bir şekilde göstermektedir. Geçerli aşamada, her AR modeli için ayrı ayrı tarama parametreleri optimize edilmemiştir. Gelecekteki bir sistemik parametre çalışması, yetersizliğin hacim ölçümünün doğruluğunu artırabilir. Alternatif olarak, yetersizlik fraksiyonunun kullanımı, 4D akış MRG’sindeki doğal hataları iptal ettiği için daha sağlamdır, ancak aynı zamanda klinik olarak mutlak yetersizlik hacmini ölçmekten daha önemlidir.
Sonuç olarak, bu çalışma, çeşitli AR tiplerini simüle etmek için oldukça değiştirilebilir olan MR uyumlu bir in vitro akış deneysel modeli önermektedir. Ayrıca, 4D akış MRI kullanarak AR hacim ölçümünün doğruluğu karşılaştırıldı. Bu çalışmanın sınırlaması, aort kapağının hareketinin simüle edilmemesidir, bu da yetersizlik jetinin gerçek gelişimini etkileyebilir. Ek olarak, 4D akışlı MRG’nin kısmi hacim etkisi ve zamansal ortalama doğası, özellikle jet ve çevresindeki yüksek dinamik hız aralığı göz önüne alındığında, akış ölçümünün doğruluğunu sınırlayabilir. Bu nedenle, daha fazla sistematik parametre çalışması gereklidir.
The authors have nothing to disclose.
Bu araştırma, Eğitim Bakanlığı tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı aracılığıyla Temel Bilim Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir (2021R1I1A3040346, 2020R1A4A1019475, 2021R1C1C1003481 ve HI19C0760). Bu çalışma ayrıca Kangwon Ulusal Üniversitesi’nden 2018 Araştırma Bursu (PoINT) tarafından da desteklenmiştir.
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 |