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In vitro Avaliação da Regurgitação Aórtica usando ressonância magnética de fluxo quadridimensional
Chapters
Summary February 25th, 2022
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Regurgitação aórtica é uma doença cardíaca da válvula aórtica. Este manuscrito demonstra como a ressonância magnética de fluxo quadridimensional pode avaliar a regurgitação aórtica usando válvulas cardíacas in vitro imitando regurgitação aórtica.
Transcript
As características das doenças valvulares podem ser identificadas através desse protocolo, o que, de outra forma, é difícil através do estudo diagnóstico in vivo. Além disso, demonstra-se neste protocolo a avaliação in vitro da ressonância magnética de fluxo 4D. Esta técnica pode medir o campo de velocidade 3D resolvido pelo tempo do modelo de válvula cardíaca in vitro.
Isso inclui a análise da taxa de fluxo e do volume de curso retrospectivamente. A medição da ressonância magnética de fluxo 4D fornece os resultados com imagens de formato médico DICOM. No entanto, entender essas imagens médicas e transferir imagens para dados de fluxo físico pode ser difícil para iniciantes.
Devido ao acesso limitado da ressonância magnética para pesquisadores em geral, a conscientização da medição da ressonância magnética de fluxo 4D é limitada em muitos campos. A demonstração visual deste protocolo aumentaria sua aplicação. Para começar, determine os valores dos parâmetros da raiz aórtica, como diâmetro à base de válvula e raio sinuso.
Execute o software de modelagem tridimensional clicando em esboço, depois vá para ferramentas, esboço, ferramentas e clique na imagem do esboço. Círculos de esboço correspondentes ao mínimo R e R mínimo usando a ferramenta de círculo para fazer um modo sinuso. Desenhe uma linha curva do seio usando a função curva livre, clique na ferramenta loft e selecione a área de esboço para loft.
Desenhe círculos adicionais na parte superior e inferior do modelo atual, clique na ferramenta extrude e selecione os círculos. Defina as opções como 20 milímetros para baixo e 30 milímetros para cima. Faça um modelo de hexaedro da mesma forma.
No menu de inserção, vá para recursos, selecione combinar e clique na ferramenta combinar. Selecione subtrair no gerente de propriedade. Selecione o modelo hexaedro e o modelo sinusal.
Fabricar o design final como um modelo de acrílico com uma máquina CNC de cinco eixos de acordo com as instruções do fabricante. Execute o software de modelagem 3D e abra um novo esboço. Desenhe manualmente um quadrado e um círculo no centro da base da válvula.
Clique na ferramenta extrude e ajuste a altura da base da válvula para cinco milímetros. Extrude o círculo com uma altura de 23,5 milímetros e uma espessura de três milímetros. Divida o modelo em 12 peças uniformes usando ferramentas de linha para que cada peça tenha 30 graus.
Selecione três peças com intervalos de 120 graus e extrude com uma altura de 16,5 milímetros para fazer três pilares. Clique na ferramenta de filé e selecione os pilares. Ajuste o raio de filé na parte superior e inferior como quatro milímetros e 10 milímetros, respectivamente.
Salve-o em um formato de arquivo STL. Imprima 3D o quadro da válvula, estabelecendo a densidade de enchimento a 100% e usando estireno de butadieno de acrilonitrila como material de filme. Execute o software de modelagem 3D e abra um novo esboço.
Desenhe uma linha horizontal de 23 milímetros e uma linha vertical de 15 milímetros. Clique na ferramenta ARC de três pontos do gerenciador de comando ARC. Coloque dois pontos em cada extremidade da linha horizontal e o último ponto na extremidade da linha vertical e extrude o esboço com uma espessura de cinco milímetros.
Exporte o modelo com formato de arquivo STL e imprima-o. Sobreponha a membrana ePTFE em duas camadas. Desenhe as bordas do folheto em intervalos de dois milímetros usando o folheto impresso.
Sutura ao longo das linhas desenhadas e bordas laterais em intervalos de um milímetro com uma sutura de poliamida de 0,1 milímetro de diâmetro. Suture a válvula ePTFE de cima para baixo na moldura em intervalos de um milímetro. Corte o lado externo da membrana e sutura-os uns com os outros.
Realizar modificações para três modelos diferentes. Para o modelo de dilatação, reduza a proporção dos parâmetros de folheto designados para 90% Faça um orifício circular de dois milímetros de diâmetro usando uma tesoura no centro de um folheto para o modelo de perfuração. Para prolapso, fixar as duas commissuras da válvula em um orifício com altura pós baixa.
Prepare o sistema experimental composto por modelos aórticos, uma bomba de simulação cardíaca e ressonância magnética. Coloque os modelos de experimento na sala de ressonância magnética e conecte a bomba, reservatório e modelos usando o tubo de silicone com 25 milímetros de diâmetro interno. Use um cabo de 10 centímetros de comprimento e aperte as peças de conexão para evitar qualquer vazamento.
Localize o modelo dentro do campo de visão da ressonância magnética. Realize uma varredura de reconhecimento para observar imagens fantasmas nas visualizações coronal, axial e sagital no monitor do console operacional de ressonância magnética. Localize o plano de imagem bidimensional no centro do modelo de aorta.
Execute uma imagem de contraste de fase 2D do parâmetro de codificação de velocidade variável para selecionar o valor de codificação de velocidade mais apropriado para ressonância magnética de fluxo 4D. Defina o VENC para um valor 10% maior na ressonância magnética de fluxo 4D. Digite a resolução espacial desejada e a resolução temporal no console de ressonância magnética.
Para o fluxo aórtico, esses valores são de dois a três milímetros e de 20 a 40 milissegundos e dados adquiridos para ambos com e sem fluxo usando os três tipos de válvulas AR e sem válvula. Copie arquivos de dados brutos do scanner para analisar os dados. Classifique os arquivos DICOM de acordo com a descrição da série nomeada pelo cabeçalho usando o software de classificação DICOM.
Clique em classificar imagens no software de classificação DICOM para classificar imagens de fase de três sentidos e imagens de magnitude em pastas separadas. Carregue a imagem de magnitude no software ITK-SNAP. Clique no pincel no ITK-SNAP e pinte manualmente a região do fluido interno do fantasma usando a ferramenta de pincel.
Salve imagem segmentada. Opcionalmente, carregue os dados de imagem de ambas as fases obtidos com o fluxo ligado e desligado usando o MATLAB. Subtraia os dados com o fluxo pelos dados sem o fluxo para remover erros de fundo.
Repita isso para todas as direções e ciclo cardíaco. Calcule a velocidade dos dados de fase da matriz 5D usando uma equação pixel-a-velocidade específica do fornecedor. A carga obteve anteriormente velocidade de matriz 5D em software de análise de visualização de fluxo.
Clique na parte isosuperfície e altere o tipo de dados para análise 3D clicando no botão isovolume. Arraste os dados de velocidade no gerenciador de comando de variáveis e adicione-os ao isovolume para verificar a distribuição de velocidade do modelo. Clique na ferramenta de emissores de rastreamento de partículas no menu principal.
Verifique a opção avançada para uma análise mais precisa. Selecione a visualização desejada, como simplificações ou linhas de caminho na criação. Defina os valores para o experimento.
Crie e verifique os resultados ao longo do tempo. Clique com o botão direito do mouse no modelo de traço de partículas e clique na cor por. Selecione o componente de velocidade para colorir a simplificação com a velocidade.
Carregue os dados de velocidade e a imagem segmentada previamente obtidas no MATLAB. Defina a velocidade fora da região de segmentação a zero multiplicando o elemento sábio a matriz segmentada e os dados da matriz de velocidade. Verifique se os dados de velocidade têm envoltório de fase usando a função show de imagem do MATLAB.
A inversão da direção de velocidade indica embrulho de fase. Corte o plano desejado dos dados da matriz. Soma todos os dados de velocidade dentro do plano e multiplique a resolução espacial para calcular a taxa de fluxo através do plano.
Somar todas as taxas de fluxo ao longo do ciclo cardíaco e multiplicar a resolução temporal para calcular o volume do derrame. O número mostra os resultados da ressonância magnética de fluxo 4D que agiliza jatos normais e de regurgitação durante a sístole e a diastole. Observa-se que, sem uma válvula, ocorreu um fluxo geral para frente e para trás.
O jato regurgitante do modelo de dilatação saiu do centro e tende a mudar de direção ao longo do tempo. Além disso, o jato dianteiro era reto em todos os modelos, exceto para o modelo de perfuração. Um jato com viés de parede durante a fase de sístole ocorreu no modelo de perfuração.
Além disso, o jato regurgitante modelo de perfuração e prolapso inclinou-se em direção à parede. A figura mostra a taxa de fluxo para cada válvula e os volumes dianteiros e regurgitantes em um plano 3D longe da base da válvula. As taxas de fluxo mostraram diferentes formas de onda e quantidades para cada modelo.
Geralmente, os valores percentuais positivos indicam subestimação, enquanto os valores percentuais negativos representam superestimação. Seguindo este protocolo, os pesquisadores podem fabricar várias válvulas cardíacas in vitro, incluindo válvulas cardíacas de estenose e válvulas cardíacas de regurgitação. Além disso, a hemodinâmica nessas válvulas pode ser investigada.
Esta técnica explorou a fabricação in vitro de válvulas cardíacas doentes e demonstrações de ressonância magnética de fluxo 4D.
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