体外 使用四维流动磁共振成像评估主动脉瓣反流

注意：该协议主要由三个阶段组成：（1）模型制造，（2）MRI扫描和参数选择，以及（3）数据分析。 图1 是显示协议整体流程的流程图。 1. 模型制造 主动脉根部模型 如图 2所示，确定主动脉根部的参数值，如瓣底直径和窦半径。对于该实验，值为DA = 32.24 mm，DO = 26 mm，LB = 8.84 mm，LA = 26 mm，r最小值 = 16.64 mm，r最大值 = 21.32 mm。 通过单击 “草图”>工具“草图工具”>“草图图片”来运行 3D 建模软件。注意：Solidwork 用于实验中的 3D 建模。 要制作正弦模型，请使用圆工具草绘对应于 rmax 和 rmin 的圆。使用自由曲线函数11 绘制正弦的曲线，单击 “阁楼工具 ”，然后选择阁楼的草绘区域。 在当前模型的顶部和底部草绘其他圆，单击“ 拉伸工具”，然后选择圆。将选项设置为向下 20 mm，向上设置 30 mm。以相同的方式制作尺寸为 100 mm x 100 mm x 76 mm 的六面体模型。 单击插入>要素中的合并工具，>合并。在属性管理器中选择减去。选择六面体模型和正弦模型。根据制造商的说明，使用5轴CNC机床将最终设计制作为丙烯酸模型。 阀架 运行 3D 建模软件并打开新的草图。手动绘制一个尺寸为 100 mm x 100 mm 的正方形，并在阀座中心绘制一个 25 mm 的圆。单击 “拉伸工具” ，将阀座的高度调整为 5 mm。 拉伸高度为 23.5 mm、厚度为 3 mm 的圆。使用 线条工具 将模型分成 12 个均匀的零件，以便每个零件有 30°。选择三个120°间隔的工件，并以16.5 mm的高度挤出以形成三个支柱。 单击 圆角工具 ，然后选择柱子。将顶部和底部的圆角半径分别调整为 4 mm 和 10 mm。将其保存为 STL 文件格式。 3D 打印阀架。将填充密度设置为100%，并使用丙烯腈丁二烯苯乙烯作为填充材料。见 图3 ，了解主动脉瓣框架的形状和尺寸。 使用发泡聚四氟乙烯 （ePTFE） 的主动脉瓣反流模型 运行 3D 建模软件并打开新的草图。参照 图4A绘制一条23.24 mm的水平线和一条15 mm的垂直线。注：阀门底座、高度和小叶自由边长度的几何参数是根据先前的研究12 选择的。 单击 圆弧 命令管理器中的 3 点圆弧工具，然后在水平线的两端设置两个点，在垂直线的末端设置最后一个点。拉伸厚度为 5 mm 的草图。使用 STL 文件格式导出模型并进行 3D 打印。 将ePTFE膜重叠两层，并使用印刷的小叶以2mm的间隔绘制三个小叶边框。沿绘制的线条和侧边框以1 mm的间隔缝合直径为0.1 mm的聚酰胺缝合线。以 1 mm 的间隔将 ePTFE 阀从上到下缝合在框架上。 切割膜的外侧并相互缝合。执行以下三项修改以获得三个不同的模型。 扩张模型：将设计传单参数的比例降低到90%。 穿孔模型：用剪刀在一个小叶的中心做一个直径为2毫米的圆形孔。 脱垂：将阀门的两个孔固定在柱子高度较低的孔上。注： 图4 显示了ePTFE阀的材料和制造方法。 图5 显示了每种AR类型的特性。 2. 磁共振成像扫描和参数选择 准备由AR模型，主动脉窦模型，心脏模拟泵和MRI组成的实验系统。 在MRI室中设置实验模型，并使用25 mm（内径）硅胶管连接泵，储液罐和模型。使用10厘米长的电缆扎带固定连接部件，以防止可能的泄漏。 使用电机控制的柱塞泵模拟主动脉血流波形，通过流动回路系统产生生理流动波形。使用水作为工作流体，并在入口和出口上安装单向阀以防止回流。流量泵的细节可以在以前的研究23中找到。 在 MRI 的视场 （FOV） 内定位模型。执行侦察扫描以观察 MRI 操作控制台监视器中日冕、轴向和矢状视图中的幻像图像。此图像用作定位以下图像序列的指南。 将 2D 图像平面定位在主动脉模型的中心。运行可变速度编码参数 （VENC） 2D 相差成像，为 4D 流动 MRI 选择最合适的 VENC 值。 在 4D 流 MRI 中将 VENC 设置为高 10% 的值，以最大程度地减少可能的速度混叠7.在 MRI 控制台上输入所需的空间分辨率和时间分辨率。主动脉血流的空间和时间分辨率建议分别为2-3 mm和20-40 ms，分别为7。 表2 显示了MRI扫描参数。 使用 3 种类型的 AR 阀和不带流量的无流量获取数据。 3. 数据分析 数据排序和更正 从扫描仪复制原始数据文件以继续进行数据分析。使用Dicom排序软件根据名为系列描述的标题对dicom文件进行排序。在 Dicom 排序软件中单击“对 图像 进行排序”，对不同文件夹中的三向相位图像和大小图像进行排序。 将幅度图像加载到 ITK 快照软件中。单击 ITK 捕捉中的“ 画笔 ”，然后使用画笔工具手动绘制幻像的内部流体区域。保存分割图像。 （可选）加载使用 MATLAB 打开和关闭流程时获得的两个相位图像数据。将有流的数据减去无流的数据以删除后台错误。对每个方向和心脏周期重复此操作。 使用供应商特定的像素到速度方程计算 5D 矩阵相位数据（行 x 列 x 切片 x 方向 x 时间）的速度。通常，像素的最大强度对应于所选的 VENC 值。 可视化 将步骤3.1.4中的5D矩阵速度加载到流量可视化分析软件中。注：输入速度矩阵可能因分析软件而异。Ensight 用户应遵循 Ensight 金质表壳格式指南13。 单击 等值面零件，通过单击等值线按钮将数据类型从等值面更改为等 值线 以进行 3D 分析。在变量命令管理器中拖动速度数据，将其添加到等值线以检查模型的速度分布。 单击主菜单中的粒子追踪发射器工具。选中高级选项以获得更准确的分析。在创建中选择所需的可视化效果，例如“简化线”或“路径线”。 对于此实验，请设置以下值：“从选项发出”= 部件“、”部件 ID = 2“、”否”。发射器数 = 10000，方向 = +/-。创建并检查一段时间内的结果。 右键单击粒子 追踪 模型，然后单击 颜色依据。选取速度分量，用速度为流线着色。 量化 将速度数据（步骤 3.1.4）和分割图像（步骤 3.1.2）加载到 MATLAB 上。将分割区域外的速度设置为零。这可以通过按元素乘以分段矩阵数据和速度矩阵数据来轻松执行。 使用 MATLAB 的 Imshow 函数检查速度数据是否具有相位包装。速度方向的反演表示相位包络。 对矩阵数据的所需平面进行切片。求和平面内的所有速度数据，并乘以空间分辨率以计算通过平面的流速。对整个心脏周期中的所有流速求和，并乘以时间分辨率以计算心搏量。