시험관내 사차원 유동 자기 공명 영상을 이용한 대동맥 역류 평가

참고: 프로토콜은 크게 (1) 모델 제작, (2) MRI 스캔 및 파라미터 선택, (3) 데이터 분석의 세 단계로 구성됩니다. 도 1은 프로토콜의 전체 과정을 나타내는 흐름도이다. 1. 모델 제작 대동맥 루트 모델 그림 2와 같이 밸브 베이스 직경 및 부비동 반지름과 같은 대동맥 뿌리의 파라미터 값을 결정합니다. 이 실험을 위해, 값은 DA = 32.24 mm, O = 26 mm, LB = 8.84 mm, LA = 26 mm, rmin = 16.64 mm, rmax = 21.32 mm이었다. 스케치 > 도구 스케치 도구 > 스케치 그림을 클릭하여 3D 모델링 소프트웨어를 실행합니다.참고: 솔리드 워크는 실험에서 3D 모델링에 사용됩니다. 부비동 모델을 만들려면 원 도구를 사용하여 rmax 및 rmin 에 해당하는 원을 스케치합니다. 자유 곡선 기능11을 사용하여 부비동의 곡선을 그리고 로프 트 도구를 클릭하고 로프트의 스케치 영역을 선택하십시오. 현재 모델의 위쪽과 아래쪽에 추가 원을 스케치하고 밀어내기 도구를 클릭한 다음 원을 선택합니다. 옵션을 아래쪽 20mm, 위쪽 30mm로 설정합니다. 같은 방법으로 100mm x 100mm x 76mm 크기의 육면체 모델을 만듭니다. 삽입에서 피쳐 결합> 도구> 클릭합니다. 속성 관리자에서 빼기를 선택합니다. 육면체 모델과 부비동 모델을 선택합니다. 제조업체의 지시에 따라 5 축 CNC 기계가있는 아크릴 모델로 최종 설계를 제작하십시오. 밸브 프레임 3D 모델링 소프트웨어를 실행하고 새 스케치를 엽니다. 밸브 베이스의 중앙에 100mm x 100mm 크기의 정사각형과 25mm의 원을 수동으로 그립니다. 압출 도구를 클릭하고 밸브베이스의 높이를 5mm로 조정하십시오. 높이 23.5mm, 두께 3mm의 원형을 밀어냅니다. 라인 툴(Line Tool )을 사용하여 모델을 12개의 균일한 조각으로 나누어 각 조각이 30°가 되도록 합니다. 120 ° 간격으로 세 조각을 선택하고 16.5mm 높이로 압출하여 세 개의 기둥을 만듭니다. 필렛 도구를 클릭하고 기둥을 선택합니다. 위쪽과 아래쪽의 필렛 반지름을 각각 4mm 및 10mm로 조정합니다. STL 파일 형식으로 저장합니다. 밸브 프레임을 3D 인쇄합니다. 채우기 밀도를 100%로 설정하고 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌을 충전 재료로 사용합니다. 대동맥 밸브 프레임의 모양과 치수에 대해서는 그림 3 을 참조하십시오. 확장된 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 이용한 대동맥 역류 모델 3D 모델링 소프트웨어를 실행하고 새 스케치를 엽니다. 그림 4A를 참조하여 수평선 23.24mm와 수직 15mm의 수직선을 그립니다.참고: 밸브의 베이스, 높이 및 리플릿 프리 엣지 길이의 기하학적 파라미터는 이전 연구12에 따라 선택되었습니다. 아크 명령 관리자에서 3 점 아크 도구를 클릭하고 수평선의 양쪽 끝과 세로선 끝의 마지막 점에 두 점을 설정합니다. 스케치를 두께 5mm로 밀어냅니다. STL 파일 형식으로 모델을 내보내고 3D 인쇄합니다. ePTFE 멤브레인을 두 겹쳐서 인쇄된 전단지를 사용하여 2mm 간격으로 세 개의 전단지 테두리를 그립니다. 1mm 간격으로 그려진 선과 측면 테두리를 따라 직경 0.1mm의 폴리아미드 봉합사로 봉합합니다. ePTFE 밸브를 1mm 간격으로 프레임의 위에서 아래로 봉합합니다. 멤브레인의 바깥 쪽을 자르고 서로 봉합하십시오. 다음 세 가지 수정 작업을 수행하여 세 가지 다른 모델을 가져옵니다. 확장 모델: 설계된 리플릿 매개변수의 비율을 90%로 줄입니다. 천공 모델 : 하나의 전단지 중앙에 가위를 사용하여 직경 2mm의 원형 구멍을 만듭니다. 탈출증: 포스트 높이가 낮은 구멍에서 밸브의 두 가지 단점을 수정하십시오.참고 : 그림 4 는 ePTFE 밸브의 재료 및 제조 방법을 보여줍니다. 도 5는 각 AR 타입의 특성을 나타낸다. 2. MRI 스캔 및 파라미터 선택 AR 모델, 대동맥 부비동 모델, 심장 시뮬레이션 펌프 및 MRI로 구성된 실험 시스템을 준비하십시오. MRI 룸에서 실험 모델을 설정하고 25 mm (내경) 실리콘 튜브를 사용하여 펌프, 저장소 및 모델을 연결합니다. 10cm 길이의 케이블 타이를 사용하여 연결 부품을 고정하여 누출을 방지하십시오. 모터 제어 피스톤 펌프를 사용하여 대동맥 혈류 파형을 시뮬레이션하여 흐름 회로 시스템을 통해 생리적 흐름 파형을 생성합니다. 물을 작동 유체로 사용하고 역류를 방지하기 위해 입구와 출구에 단방향 밸브를 부착하십시오. 유동 펌프의 세부사항은 이전 연구(23)에서 찾을 수 있다. MRI의 시야각(FOV) 내에서 모델을 찾습니다. 스카우트 스캔을 수행하여 MRI 작동 콘솔 모니터에서 관상, 축방향 및 시상 뷰에서 팬텀 이미지를 관찰합니다. 이 이미지는 다음 이미지 시퀀스를 배치하는 가이드로 사용됩니다. 대동맥 모델의 중앙에 있는 2D 이미지 평면을 찾습니다. 가변 속도 인코딩 파라미터(VENC) 2D 위상차 이미징을 실행하여 4D 흐름 MRI에 가장 적합한 VENC 값을 선택합니다. 가능한 속도 앨리어싱을 최소화하기 위해 4D 흐름 MRI에서 VENC를 10% 더 높은 값으로 설정합니다. 7. MRI 콘솔에 원하는 공간 해상도와 시간 해상도를 입력합니다. 대동맥 흐름에 대한 공간 및 시간 분해능은 각각 2-3mm 및 20-40ms(7)인 것이 좋습니다. 표 2는 MRI 스캔 파라미터를 나타낸다. 3 가지 유형의 AR 밸브와 무 밸브를 사용하여 흐름 유무에 관계없이 데이터를 수집합니다. 3. 데이터 분석 데이터 정렬 및 수정 스캐너에서 원시 데이터 파일을 복사하여 데이터 분석을 진행합니다. Dicom 정렬 소프트웨어를 사용하여 시리즈 설명이라는 헤더에 따라 dicom 파일을 정렬합니다. Dicom 정렬 소프트웨어에서 이미지 정렬을 클릭하여 삼방향 위상 이미지와 크기 이미지를 별도의 폴더에 정렬 합니다. 크기 이미지를 ITK 스냅 소프트웨어에 로드합니다. ITK 스냅에서 브러시를 클릭하고 브러시 도구를 사용하여 팬텀의 내부 유체 영역을 수동으로 페인트합니다. 분할된 이미지를 저장합니다. (선택 사항) MATLAB을 사용하여 흐름을 켜고 끌 때 얻은 두 위상 이미지 데이터를 모두 로드합니다. 흐름이 없는 데이터에 의해 흐름이 있는 데이터를 빼서 배경 오류를 제거합니다. 모든 방향과 심장 사이클에 대해 이것을 반복하십시오. 공급업체별 픽셀-속도 방정식을 사용하여 5D 행렬 위상 데이터(행 x 열 x 슬라이스 x 방향 x 시간)의 속도를 계산합니다. 일반적으로, 픽셀의 최대 강도는 선택된 VENC 값에 대응한다. 시각화 3.1.4단계의 5D 매트릭스 속도를 흐름 시각화 분석 소프트웨어로 로드합니다.참고: 입력 속도 매트릭스는 분석 소프트웨어에 따라 다를 수 있습니다. Ensight 사용자는 Ensight 골드 케이스 형식 가이드13을 따라야 합니다. 등면 부품을 클릭하고 Isovolume 버튼을 클릭하여 3D 분석을 위해 데이터 유형을 isosurface에서 isovolume으로 변경합니다. 변수 명령 관리자에서 속도 데이터를 드래그하고 isovolume에 추가하여 모델의 속도 분포를 확인하십시오. 주 메뉴에서 파티클 추적 이미터 도구를 클릭합니다. 보다 정확한 분석을 위해 고급 옵션을 선택하십시오. 만들 때 간소화 또는 경로선 과 같은 원하는 시각화를 선택합니다. 이 실험에서는 내보내기 옵션 = 부품, 부품 ID = 2, 아니요 값을 설정합니다. 에미터 수 = 10000, 방향 = +/-. 시간이 지남에 따라 결과를 만들고 확인합니다. 파티클 추적 모델을 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 색상 기준(Color by)을 클릭합니다. 속도 구성 요소를 선택하여 속도와 함께 유선형을 채색합니다. 부량 속도 데이터(3.1.4단계) 및 세그먼트화된 이미지(3.1.2단계)를 MATLAB에 로드합니다. 세그멘테이션 영역 외부의 속도를 0으로 설정합니다. 이것은 분절된 행렬 데이터와 속도 행렬 데이터를 요소적으로 곱함으로써 쉽게 수행될 수 있다. 속도 데이터에 MATLAB의 Imshow 함수를 사용하여 위상 래핑이 있는지 확인합니다. 속도 방향의 반전은 위상 래핑을 나타냅니다. 행렬 데이터의 원하는 평면을 분할합니다. 평면 내의 모든 속도 데이터를 합산하고 공간 분해능을 곱하여 평면을 통한 유속을 계산합니다. 심장 주기 동안의 모든 유속을 합산하고 시간 분해능을 곱하여 뇌졸중 부피를 계산합니다.