インビトロ 4次元流磁気共鳴イメージングによる大動脈逆流の評価

注:プロトコルは、主に(1)モデル作成、(2)MRIスキャンとパラメータ選択、および(3)データ解析の3つの段階で構成されています。 図1は 、プロトコルの全体処理を示すフロー図である。 1. 模型製作 大動脈根モデル 図2に示すように、弁基部径や洞径などの大動脈根のパラメータ値を求める。この実験では、値はDA = 32.24 mm、DO = 26 mm、LB = 8.84 mm、LA = 26 mm、r分= 16.64 mm、rmax = 21.32 mmでした。 3D モデリング ソフトウェアを実行するには、[スケッチ > ツール] の [スケッチ ツール] > [スケッチ ピクチャー] をクリックします。注: ソリッドワークは、実験の 3D モデリングに使用されます。 洞モデルを作成するには、円ツールを使用して rmax と rmin に対応する円をスケッチします。フリーカーブ機能11を用いて洞の曲線を描き、「ロフ トツール」をクリックしてロフト のスケッチ領域を選択する。 カレントモデルの上部と下部に追加の円をスケッチし、「 押し出しツール」(Extrude Tool) をクリックして円を選択します。オプションを 20 mm 下、上へ 30 mm に設定します。同じ方法でサイズ100 mm x 100 mm x 76 mmの六面体モデルを作成します。 「フィーチャーを挿入」から「結合ツール」>クリック>ます。プロパティマネージャで「減算」を選択します。六面体モデルと洞モデルを選択します。メーカーの指示に従って、5軸CNCマシンを備えたアクリルモデルとして最終設計を製作します。 バルブフレーム 3Dモデリングソフトウェアを実行し、新しいスケッチを開きます。バルブベースの中央に、サイズ 100 mm x 100 mm の正方形と 25 mm の円を手動で描画します。 押し出しツール をクリックし、バルブベースの高さを 5 mm に調整します。 高さ23.5mm、厚さ3mmの円を押し出す。 ラインツールを使用して モデルを 12 個の均一なピースに分割し、各ピースの値が 30 度になるようにします。120°間隔で3本選択し、高さ16.5mmで押し出して3本の柱を作ります。 「フィレットツール」をクリックし、柱を選択します。上部と下部のフィレット半径をそれぞれ 4 mm と 10 mm に調整します。STLファイル形式で保存します。 バルブフレームを3Dプリントします。インフィル密度を100%に設定し、アクリロニトリルブタジエンスチレンをフィル材料として使用します。大動脈弁フレームの形状と寸法については 図3 を参照されたい。 膨張ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)を用いた大動脈逆流モデル 3D モデリングソフトウェアを実行し、新しいスケッチを開きます。 図4Aを参照して、23.24mmの水平線と15mmの垂直線を描きます。注:バルブのベース、高さ、およびリーフレットフリーエッジ長さの幾何学的パラメータは、以前の研究12に従って選択されました。 arc コマンドマネージャから [ 3 点 の円弧ツール] をクリックし、水平線の両端に 2 点、垂直線の終点に最後の点を設定します。スケッチを厚さ 5 mm で押し出します。STLファイル形式でモデルをエクスポートし、3Dプリントします。 ePTFE膜を2層に重ね、印刷したリーフレットを使用して2mm間隔で3枚のリーフレット境界線を描きます。直径0.1mmのポリアミド縫合糸を用いて、1mm間隔で延伸線および側縁に沿って縫合する。ePTFEバルブをフレームの上から下に1mm間隔で縫合します。 膜の外側を切断し、互いに縫合する。次の 3 つの修正を実行して、3 つの異なるモデルを取得します。 拡張モデル: 設計したリーフレットパラメータの比率を90%に減らします。 ミシン目モデル:小葉1枚の中央にハサミを使って直径2mmの円形の穴を開けます。 脱出:バルブの2つのコミスチャーを支柱の高さの低い穴に固定します。注: 図4は 、ePTFEバルブの材料と製造方法を示しています。 図5に 各ARタイプの特性を示す。 2. MRIスキャンとパラメータ選択 ARモデル、大動脈洞モデル、心臓シミュレーションポンプ、MRIからなる実験系を準備する。 MRI室に実験モデルをセットし、ポンプ、リザーバ、模型を25mm(内径)のシリコーンチューブで接続します。長さ10cmのケーブルタイを使用して接続部品を固定し、漏れを防ぐことができます。 モーター制御ピストンポンプを使用して大動脈血流波形をシミュレートし、フロー回路システムを介して生理学的フロー波形を生成します。作動流体として水を使用し、逆流を防ぐために入口と出口に一方向バルブを取り付けます。フローポンプの詳細は、以前の研究23で見出すことができる。 MRI の視野 (FOV) 内でモデルを見つけます。偵察スキャンを実行して、MRI操作コンソールモニターのコロナビュー、軸ビュー、矢状ビューのファントム画像を観察します。この画像は、次の画像シーケンスを配置するためのガイドとして使用されます。 大動脈モデルの中心にある 2D イメージ平面を見つけます。可変速度エンコードパラメータ(VENC)2D位相差イメージングを実行して、4DフローMRIに最も適したVENC値を選択します。 4DフローMRIでVENCを10%高い値に設定して、可能な速度エイリアシング7を最小限に抑えます。MRIコンソールで目的の空間分解能と時間分解能を入力します。大動脈流の空間分解能と時間分解能は、それぞれ2~3mmと20~40msとすることが推奨されます7。 表2 にMRIスキャンパラメータを示す。 3種類のARバルブと無バルブを使用して、流れの有無両方のデータを取得します。 3. データ解析 データの並べ替えと修正 スキャナーから生データ・ファイルをコピーして、データ分析を続行します。Dicomソートソフトウェアを使用して、シリーズの説明という名前のヘッダーに従ってdicomファイルをソートします。Dicomソートソフトウェアで画像を並べ替えるをクリックして、3方向位相画像とマグニチュード 画像を 別々のフォルダに並べ替えます。 マグニチュード・イメージをITK-snapソフトウェアにロードします。ITK-スナップの 「ブラシ」(Brush ) をクリックし、ブラシツールを使用してファントムの内部流体領域を手動でペイントします。セグメント化された画像を保存します。 (オプション)フローのオンとオフで取得した位相画像データをMATLABでロードします。フローのあるデータをフローのないデータから減算して、バックグラウンドエラーを削除します。これをあらゆる方向と心周期に対して繰り返します。 ベンダー固有のピクセル対速度方程式を使用して、5Dマトリクス位相データ(行×列×スライス×方向x時間)の速度を計算します。一般に、ピクセルの最大強度は、選択されたVENC値に対応する。 視覚化 ステップ3.1.4の5D行列速度を流れ可視化解析ソフトウェアにロードします。メモ: 入力速度マトリックスは、解析ソフトウェアによって異なる場合があります。Ensightのユーザーは、Ensightゴールドケースフォーマットガイド13に従う必要があります。 [等 値面部品]をクリックし、[等容積]ボタンをクリックして、3D 解析のデータ型を等値面から 等容積 に変更します。変数コマンドマネージャで速度データをドラッグし、等容積に追加してモデルの速度分布を確認します。 メイン メニューのパーティクルトレースエミッタツール をクリックします。より正確な分析のために [詳細オプション] をオンにします。作成時に目的のビジュアライゼーション (ストリーム ラインや パスラインなど) を選択します。 この実験では、次の値を設定します: [オプションから出力] = [部品]、[部品 ID = 2]、[いいえ]。エミッタの数 = 10000、方向 = +/-。時間の経過とともに結果を作成して確認します。 パーティクルトレースモデルを右クリックし、[カラーバイ]をクリックします。速度成分を選択して、流線を速度で色付けします。 定量化 速度データ (ステップ 3.1.4) とセグメント化された画像 (ステップ 3.1.2) を MATLAB にロードします。セグメンテーション領域の外側の速度をゼロに設定します。これは、セグメント化された行列データと速度行列データを要素ごとに乗算することによって容易に行うことができる。 速度データに位相ラッピングがあるかどうかを確認するには、MATLAB の Imshow 関数を使用します。速度方向の反転は位相ラッピングを示します。 行列データの目的の平面をスライスします。平面内のすべての速度データを合計し、空間分解能を乗算して平面を通る流量を計算します。心周期全体のすべての流量を合計し、時間分解能を乗算して一回拍出量を計算します。