Name: in vitro assessment of aortic regurgitation using four-dimensional flow magnetic resonance imaging
Uploaded: 2022-02-25T14:45:00
Duration: 11 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vitro Assessment of Aortic Regurgitation Using Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging at JoVE.com

Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa em Ciência Básica através da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, que é financiada pelo Ministério da Educação (2021R1I1A3040346, 2020R1A4A19475, 2021R1C1C1003481 e HI19C0760). Este estudo também foi apoiado pelo Research Grant (PoINT) de 2018 da Kangwon National University.

NOTA: O protocolo é composto em grande parte por três estágios: (1) fabricação de modelos, (2) ressonância magnética e seleção de parâmetros e (3) análise de dados. Figura 1 é um diagrama de fluxo que mostra o processo geral do protocolo.
1. Fabricação de modelos
<ol><li>Modelo de raiz aórtica<ol>
<li>Como mostrado na Figura 2, determine os valores dos parâmetros da raiz aórtica, como diâmetro da base da válvula e raio sinuso. Para este experimento, os valores foram DA = 32,24 mm, DO = 26 mm, LB = 8,84 mm, LA = 26 mm, rmin = 16,64 mm, rmax = 21,32 mm.</li>
		<li>Execute o software de modelagem 3D clicando em Sketch > Tools Sketch Tools > Sketch Picture. NOTA: O trabalho sólido é usado para modelagem 3D no experimento.</li>
		<li>Para fazer um modelo sinuso, círculos de esboço correspondentes a rmax e rmin usando a ferramenta de círculo. Desenhe uma linha curva do seio usando a função curva livre11, clique em Loft Tool e selecione a área de esboço para loft.</li>
		<li>Desenhe círculos adicionais na parte superior e inferior do modelo atual, clique em Extrude Tool e selecione os círculos. Defina as opções como 20 mm para baixo e 30 mm para cima. Faça um modelo de hexaedron tamanho 100 mm x 100 mm x 76 mm da mesma forma.</li>
		<li>Clique em Combinar ferramenta a partir de inserir > Recursos > Combinar. Selecione Subtrair no gerenciador de imóveis. Selecione o modelo hexaedro e o modelo sinusal. Fabricar o design final como um modelo de acrílico com uma máquina CNC de 5 eixos conforme instrução do fabricante.</li>
	</ol></li>
	<li>Quadro da válvula<ol>
<li>Execute o software de modelagem 3D e abra um novo esboço. Desenhe um quadrado de tamanho 100 mm x 100 mm e um círculo de 25 mm no centro para a base da válvula, manualmente. Clique na Ferramenta Extrude e ajuste a altura da base da válvula para 5 mm.</li>
		<li>Extrude o círculo com uma altura de 23,5 mm e uma espessura de 3 mm de espessura. Divida o modelo em 12 peças uniformes usando a Ferramenta de Linha para que cada peça tenha 30°. Selecione três peças com intervalos de 120° e extrude com uma altura de 16,5 mm para fazer três pilares.</li>
		<li>Clique na Ferramenta de Preenchimento e selecione os pilares. Ajuste o raio de filé na parte superior e inferior como 4 mm e 10 mm, respectivamente. Salve-o em um formato de arquivo STL.</li>
		<li>Imprima em 3D a estrutura da válvula. Defina a densidade de enchimento para 100% e use estireno de butadieno de acrilonitrila como material de enchimento. Consulte a Figura 3 para obter a forma e as dimensões da estrutura da válvula aórtica.</li>
	</ol></li>
	<li>Modelo de regurgitação aórtica utilizando politetrafluoroetileno expandido (ePTFE)<ol>
<li>Execute o software de modelagem 3D e abra um novo esboço. Desenhe uma linha horizontal de 23,24 mm e uma linha vertical de 15 mm com referência à Figura 4A. NOTA: Os parâmetros geométricos da base, altura e comprimento da borda livre da válvula foram escolhidos de acordo com um estudo anterior12.</li>
		<li>Clique em 3 Point Arc Tool do gerenciador de comando arc e defina dois pontos em cada extremidade da linha horizontal e no último ponto na extremidade da linha vertical. Extrude o esboço com uma espessura de 5 mm. Exporte o modelo com formato de arquivo STL e imprima-o em 3D.</li>
		<li>Sobreponha a membrana ePTFE em duas camadas e desenhe três bordas de folheto em intervalos de 2 mm usando o folheto impresso. Sutura ao longo das linhas desenhadas e bordas laterais em intervalos de 1 mm com uma sutura de poliamida com diâmetro de 0,1 mm. Suturar a válvula ePTFE de cima para baixo na estrutura em intervalos de 1 mm.</li>
		<li>Corte o lado externo da membrana e sutura-o uns com os outros. Realize as três modificações seguintes para obter três modelos diferentes.<ol>
<li>Modelo de dilatação: Reduza a proporção dos parâmetros do folheto projetado para 90%.</li>
			<li>Modelo de perfuração: Faça um orifício circular com diâmetro de 2 mm usando uma tesoura no centro de um folheto.</li>
			<li>Prolapse: Fixar as duas commissures da válvula em um orifício com baixa altura pós. NOTA: A Figura 4 mostra os materiais e o método de fabricação da válvula ePTFE. A Figura 5 mostra as características de cada tipo AR.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>2. Ressonância magnética e seleção de parâmetros
<ol><li>Prepare o sistema experimental composto por um modelo AR, modelo de seio aórtico, uma bomba de simulação cardíaca e ressonância magnética.</li>
	<li>Coloque os modelos de experimento na sala de ressonância magnética e conecte a bomba, reservatório e modelos usando um tubo de silicone de 25 mm (diâmetro interno). Use uma gravata de cabo de 10 cm de comprimento para fixar as peças de conexão para evitar possíveis vazamentos.</li>
	<li>Use uma bomba de pistão controlada pelo motor para simular as formas de onda de fluxo sanguíneo aórtico para gerar uma forma de onda de fluxo fisiológico através do sistema de circuito de fluxo. Use a água como fluido de trabalho e conecte válvulas unidirecional à entrada e saída para evitar o fluxo de retorno. Detalhes da bomba de fluxo podem ser encontrados no estudo anterior23.</li>
	<li>Localize o modelo dentro do campo de visão (FOV) 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. Esta imagem é usada como um guia para posicionar as seguintes sequências de imagem.</li>
	<li>Localize o plano de imagem 2D no centro do modelo de aorta. Execute um parâmetro de codificação de velocidade variável (VENC) imagem de contraste de fase 2D para selecionar o valor VENC mais apropriado para ressonância magnética de fluxo 4D.</li>
	<li>Defina o VENC para um valor 10% maior na ressonância magnética de fluxo 4D para minimizar possíveis aliasing de velocidade7. Digite a resolução espacial desejada e a resolução temporal no console de ressonância magnética. Recomenda-se que a resolução espacial e temporal para o fluxo aórtico seja de 2-3 mm e 20-40 ms, respectivamente7. A tabela 2 mostra os parâmetros de ressonância magnética.</li>
	<li>Adquira dados para com e sem fluxo utilizando os 3 tipos de válvulas AR e o sem válvula.</li>
</ol>3. Análise de dados
<ol><li>Classificação e correção de dados<ol>
<li>Copie arquivos de dados brutos do scanner para prosseguir com a análise de 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.</li>
		<li>Carregue a imagem de magnitude no software ITK-snap. Clique em Pincel no snap ITK e pinte manualmente a região do fluido interno do fantasma usando a ferramenta de pincel. Salve imagem segmentada.</li>
		<li>(Opcional) 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 fluxo para remover erros de fundo. Repita isso para todas as direções e ciclo cardíaco.</li>
		<li>Calcule a velocidade dos dados de fase da matriz 5D (linha x coluna x fatia x direção x tempo) usando uma equação pixel-a-velocidade específica do fornecedor. Em geral, a intensidade máxima do pixel corresponde ao valor VENC selecionado.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Visualização<ol>
<li>Carregue a velocidade da matriz 5D da etapa 3.1.4 para o software de análise de visualização de fluxo. NOTA: A matriz de velocidade de entrada pode variar de acordo com o software de análise. Os usuários da Ensight devem seguir o guia de formato de caixa ouro ensight13.</li>
		<li>Clique na Peça Isosufacial, altere o tipo de dados de isosuface para isovolume para análise 3D clicando no botão Isovolume . Arraste os dados de velocidade no gerenciador de comando de variáveis, adicione-os ao isovolume para verificar a distribuição de velocidade do modelo.</li>
		<li>Clique na Ferramenta de Emissores de Traços de Partículas no menu principal. Verifique a Opção Avançada para obter uma análise mais precisa. Selecione a visualização desejada, como Simplificações ou Diretrizes na criação.</li>
		<li>Para este experimento, defina o seguinte valor: Emitir da opção = Parte, ID da peça = 2, Não. de Emissores = 10000, Sentido = +/-. Crie e verifique os resultados ao longo do tempo.</li>
		<li>Clique com o botão direito do mouse no modelo Particle Trace e clique na Cor por. Selecione o componente de velocidade para colorir a simplificação com a velocidade.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Quantificação<ol>
<li>Carregue os dados de velocidade (passo 3.1.4) e imagem segmentada (passo 3.1.2) no MATLAB. Defina a velocidade fora da região de segmentação para zero. Isso pode ser facilmente realizado multiplicando-se os dados da matriz segmentada e os dados da matriz de velocidade.</li>
		<li>Verifique se os dados de velocidade têm envoltório de fase usando a função Imshow do MATLAB. A inversão da direção de velocidade indica embrulho de fase.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Koo, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+classification+of+aortic+regurgitation+using+cardiac+computed+tomography:+comparison+with+surgical+inspection.">Functional classification of aortic regurgitation using cardiac computed tomography: comparison with surgical inspection.</a> The International Journal of Cardiovascular Imaging. 34 (8), 1295-1303 (2018).</li><li>Bekeredjian, R., Grayburn, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valvular+heart+disease:+aortic+regurgitation.">Valvular heart disease: aortic regurgitation.</a> Circulation. 112 (1), 125-134 (2005).</li><li>Lancellotti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=European+Association+of+Echocardiography+recommendations+for+the+assessment+of+valvular+regurgitation.+Part+1:+aortic+and+pulmonary+regurgitation+(native+valve+disease).">European Association of Echocardiography recommendations for the assessment of valvular regurgitation. Part 1: aortic and pulmonary regurgitation (native valve disease).</a> European Journal of Echocardiography. 11 (3), 223-244 (2010).</li><li>Zo, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Echocardiographic+Evaluation+of+Valvular+Regurgitation:Semiquantitation+Based+on+the+Color+Flow+is+Enough+in+Everyday+Clinical+Practice.">Echocardiographic Evaluation of Valvular Regurgitation:Semiquantitation Based on the Color Flow is Enough in Everyday Clinical Practice.</a> Korean Circulation Journal. 29 (10), 1144-1150 (1999).</li><li>Falk, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ESC/EACTS+Guidelines+for+the+management+of+valvular+heart+disease.">ESC/EACTS Guidelines for the management of valvular heart disease.</a> European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 52 (4), 616-664 (2017).</li><li>Members, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ACC/AHA+guideline+for+the+management+of+patients+with+valvular+heart+disease:+a+report+of+the+American+College+of+Cardiology/American+Heart+Association+Joint+Committee+on+Clinical+Practice+Guidelines.">ACC/AHA guideline for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines.</a> Journal of the American College of Cardiology. 77 (4), 25 (2021).</li><li>Ha, H., Huh, H., Yang, D. H., Kim, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+Hemodynamic+Parameters+Using+Four-Dimensional+Flow+MRI.">Quantification of Hemodynamic Parameters Using Four-Dimensional Flow MRI.</a> Journal of the Korean Society of Radiology. 80 (2), 239-258 (2019).</li><li>vander Geest, R. J., Garg, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+analysis+techniques+for+intra-cardiac+flow+evaluation+from+4D+flow+MRI.">Advanced analysis techniques for intra-cardiac flow evaluation from 4D flow MRI.</a> Current Radiology Reports. 4 (7), 38 (2016).</li><li>Blanken, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+mitral+valve+regurgitation+from+4D+flow+MRI+using+semiautomated+flow+tracking.">Quantification of mitral valve regurgitation from 4D flow MRI using semiautomated flow tracking.</a> Radiology: Cardiothoracic Imaging. 2 (5), 200004 (2020).</li><li>Kim, B. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+aortic+regurgitation+by+using+PC+MRI:+a+comparison+of+the+accuracies+at+different+image+plane+locations.">Evaluation of aortic regurgitation by using PC MRI: a comparison of the accuracies at different image plane locations.</a> Journal of the Korean Physical Society. 61 (11), 1884-1888 (2012).</li><li>de Tullio, M. D., Pedrizzetti, G., Verzicco, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+effect+of+aortic+root+geometry+on+the+coronary+entry-flow+after+a+bileaflet+mechanical+heart+valve+implant:+a+numerical+study.">On the effect of aortic root geometry on the coronary entry-flow after a bileaflet mechanical heart valve implant: a numerical study.</a> Acta Mechanica. 216 (1), 147-163 (2011).</li><li>Fallahiarezoudar, E., Ahmadipourroudposht, M., Yusof, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+modeling+of+aortic+heart+valve.">Geometric modeling of aortic heart valve.</a> Procedia Manufacturing. 2, 135-140 (2015).</li><li>Computational Engineering International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EnSight+User+Manual+for+Version+10.2.">EnSight User Manual for Version 10.2.</a> Computational Engineering International, Inc. , (2017).</li><li>Garg, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+fast+acquisition+strategies+in+whole-heart+four-dimensional+flow+cardiac+MR:+Two-center,+1.5+Tesla,+phantom+and+in+vivo+validation+study.">Comparison of fast acquisition strategies in whole-heart four-dimensional flow cardiac MR: Two-center, 1.5 Tesla, phantom and in vivo validation study.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 47 (1), 272-281 (2018).</li><li>Gabbour, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4-D+flow+magnetic+resonance+imaging:+blood+flow+quantification+compared+to+2-D+phase-contrast+magnetic+resonance+imaging+and+Doppler+echocardiography.">4-D flow magnetic resonance imaging: blood flow quantification compared to 2-D phase-contrast magnetic resonance imaging and Doppler echocardiography.</a> Pediatric Radiology. 45 (6), 804-813 (2015).</li><li>Kvitting, J. P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=et+al.+In+vitro+assessment+of+flow+patterns+and+turbulence+intensity+in+prosthetic+heart+valves+using+generalized+phase-contrast+MRI.">et al. In vitro assessment of flow patterns and turbulence intensity in prosthetic heart valves using generalized phase-contrast MRI.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging: An Official Journal of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 31 (5), 1075-1080 (2010).</li><li>Chang, T. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+study+of+trileaflet+polytetrafluoroethylene+conduit+and+its+valve-in-valve+transformation.">In vitro study of trileaflet polytetrafluoroethylene conduit and its valve-in-valve transformation.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 30 (3), 408-416 (2020).</li><li>Kim, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Four-Dimensional+Flow+Magnetic+Resonance+Imaging+and+Particle+Image+Velocimetry+to+Quantify+Velocity+and+Turbulence+Parameters.">Comparison of Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging and Particle Image Velocimetry to Quantify Velocity and Turbulence Parameters.</a> Fluids. 6 (8), 277 (2021).</li><li>Bai, K., Katz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+refractive+index+of+sodium+iodide+solutions+for+index+matching+in+PIV.">On the refractive index of sodium iodide solutions for index matching in PIV.</a> Experiments in Fluids. 55 (4), 1-6 (2014).</li><li>Hargreaves, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+induced+artifacts+in+MRI.">Metal induced artifacts in MRI.</a> AJR. American Journal of Roentgenology. 197 (3), 547 (2011).</li><li>Zhu, G., Ismail, M. B., Nakao, M., Yuan, Q., Yeo, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+and+in-vitro+experimental+assessment+of+the+performance+of+a+novel+designed+expanded-polytetrafluoroethylene+stentless+bi-leaflet+valve+for+aortic+valve+replacement.">Numerical and in-vitro experimental assessment of the performance of a novel designed expanded-polytetrafluoroethylene stentless bi-leaflet valve for aortic valve replacement.</a> PloS One. 14 (1), 0210780 (2019).</li><li>Ebnesajjad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Expanded PTFE applications handbook: Technology, manufacturing and applications. , (2016).</li><li>Kim, J., Lee, Y., Choi, S., Ha, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsatile+flow+pump+based+on+an+iterative+controlled+piston+pump+actuator+as+an+in-vitro+cardiovascular+flow+model.">Pulsatile flow pump based on an iterative controlled piston pump actuator as an in-vitro cardiovascular flow model.</a> Medical Engineering &amp; Physics. 77, 118-124 (2020).</li><li>Dyverfeldt, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+flow+cardiovascular+magnetic+resonance+consensus+statement.">4D flow cardiovascular magnetic resonance consensus statement.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 17 (1), 1-19 (2015).</li><li>Stankovic, Z., Allen, B. D., Garcia, J., Jarvis, K. B., Markl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+flow+imaging+with+MRI.">4D flow imaging with MRI.</a> Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 4 (2), 173 (2014).</li><li>Patel, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aortic+regurgitation+in+acute+type-A+aortic+dissection:+a+clinical+classification+for+the+perioperative+echocardiographer+in+the+era+of+the+functional+aortic+annulus.">Aortic regurgitation in acute type-A aortic dissection: a clinical classification for the perioperative echocardiographer in the era of the functional aortic annulus.</a> Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (1), 586-597 (2018).</li><li>Boodhwani, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repair-oriented+classification+of+aortic+insufficiency:+impact+on+surgical+techniques+and+clinical+outcomes.">Repair-oriented classification of aortic insufficiency: impact on surgical techniques and clinical outcomes.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 137 (2), 286-294 (2009).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

A ressonância magnética de fluxo quadridimensional foi recentemente verificada por diversos estudos ex vivo e in vivo como aplicação para uso de rotina clínica14. Como a ressonância magnética de fluxo 4D obtém informações de velocidade 3D durante todo o ciclo cardíaco, uma aplicação forte é uma quantificação direta do volume regurgitante valvular, que a ecocardiografia 2D doppler convencional não é capaz de quantificar15. Experimentos in vitro usando ressonância magnética de fluxo 4D podem fornecer a velocidade de fluxo 3D e parâmetros hemodinâmicos relacionados que podem ser usados para investigar a relação entre doenças cardiovasculares e hemodinâmica. No entanto, apesar de sua capacidade promissora, ainda não foram relatados estudos sistemáticos sobre essa aplicação. Isso é possivelmente devido à falta de experimentos in vitro bem controlados que imitam a regurgitação das válvulas tri-folhetos.
Desenvolvimentos recentes em estudos in vitro forneceram métodos experimentais mais precisos e realistas para acessar a hemodinâmica pré e pós-valvular16,17. Juntamente com uma velocimetria de imagem de partículas baseada em imagem óptica (PIV), a medição precisa e a quantificação do fluxo ao redor da válvula foram possíveis em estudos in vitro anteriores18. No entanto, os campos de fluxo 3D precisos, especialmente para o fluxo pós-valvular, foram limitados devido ao modelo opaco e à refração. Por outro lado, as medições de velocidade 3D utilizando ressonância magnética também foram limitadas, uma vez que os componentes metálicos não podem ser utilizados19,20.
Assim, neste estudo, é introduzido um protocolo para construir uma plataforma experimental de fluxo compatível com E MR e altamente modificável para reproduzir vários cenários clínicos de doenças valvulares. A membrana ePTFE é usada para imitar a válvula tricúspide sem componentes metálicos, pois tem sido amplamente utilizada como válvula e material de enxerto vascular devido à sua alta resistência à tração e resistência química 17,21,22. Com base em filmes ePTFE, três origens diferentes do AR foram reproduzidas (dilatação, perfuração e prolapso), bem como um modelo sem válvula para comparação. O próximo passo importante neste protocolo experimental de fluxo é a imagem e quantificação de ressonância magnética. Uma bomba de pistão controlada pelo motor que pode simular as formas de onda de fluxo sanguíneo aórtico é usada para gerar uma forma de onda de fluxo fisiológico através do sistema de circuito de fluxo. Detalhes da bomba de fluxo podem ser encontrados no estudo anterior23. Como este estudo também visa validar a precisão da ressonância magnética de fluxo 4D na quantificação do fluxo, todos os parâmetros de imagem são selecionados com base no estudo anterior que resume os parâmetros que podem ser utilizados na rotina clínica24. Como o sistema de ressonância magnética inclui erros inerentes devido a imperfeições como correntes de eddy e não linearidade do campo magnético25, a estratégia de correção de fundo é aplicada antes da quantificação real dos dados, conforme descrito na etapa 3.1.3.
O modelo de regurgitação aórtica artesanal sugerido neste estudo mostrou características hemodinâmicas semelhantes do jato regurgitante de acordo com a classificação do modelo, conforme estudos anteriores relatados26,27. A forma fechada era simétrica, e um jato reto ocorreu no centro da válvula no modelo de dilatação. Um jato excêntrico posteriormente dirigido aparece devido a danos no modelo de perfuração. O prolapso parcial da válvula mostra um jato cuja direção foi dobrada do copo culpado devido à mobilidade limitada. O volume de regurgitação aórtico diretamente medido usando a ressonância magnética de fluxo 4D foi superestimado no modelo sem válvula e dilatação, enquanto foi amplamente subestimado no modelo prolapso quando comparado com a verdade do solo. No entanto, quando a fração regurgitante foi calculada, o maior viés foi de apenas 11% no modelo prolapso. Isso indica fortemente que não apenas o fluxo regurgitante, mas também o jato aórtico normal foi afetado pela varredura de ressonância magnética. Na fase atual, os parâmetros individuais de varredura não foram otimizados para cada modelo AR. Um futuro estudo de parâmetros sistêmicos pode melhorar a precisão da medição de volume regurgitante. Alternativamente, o uso de fração regurgitante é mais robusto, pois cancela os erros inerentes à ressonância magnética de fluxo 4D, mas também é clinicamente mais relevante do que simplesmente medir o volume regurgitante absoluto.
Em conclusão, este estudo sugere um modelo experimental de fluxo in vitro compatível com ressonância magnética que é altamente modificável para simular vários tipos de AR. Além disso, foi comparada a precisão da medição do volume AR utilizando ressonância magnética de fluxo 4D. A limitação deste estudo é que o movimento da válvula aórtica não foi simulado, o que pode afetar o desenvolvimento real do jato regurgitante. Além disso, o efeito de volume parcial e a natureza média temporal da ressonância magnética de fluxo 4D podem limitar a precisão da medição de fluxo, especialmente considerando o alto alcance dinâmico de velocidade dentro do jato e do entorno. Portanto, é necessário um estudo mais sistemático do parâmetro.

A regurgitação aórtica (AR) refere-se ao fluxo retrógrado da aorta para o ventrículo esquerdo durante a fase diastólica do ventrículo. Ar é tipicamente classificado em dilatação aórtica, xícaras prolapso, perfuração de xícaras, retração de copos, e outros1. Ar crônico pode causar a sobrecarga de volume do LV principalmente devido à hipertrofia e dilatação, e eventualmente causa sua descompensação2. Ar agudo é causado principalmente por endocardite infecciosa, dissecção aórtica e ruptura traumática, o que leva a emergências hemodinâmicas2.
Os padrões clínicos atuais para o diagnóstico de AR baseiam-se principalmente na ecocardiografia transtorácica (TTE) ou na ecocardiografia transesofágica (TEE)3. Apesar das vantagens da imagem em tempo real e do curto tempo de exame, a precisão da ecocardiografia é altamente dependente do operador. Especialmente para a medição do volume regurgitante, a medição direta do volume regurgitante é limitada à medida que o jato regurgitante muda para fora do plano de medição bidimensional (2D) devido ao movimento da válvula aórtica. A estimativa indireta usando métodos de superfície iso-velocidade iso-velocidade proximal (PISA) são frequentemente utilizadas, mas suposições como área de orifício circular muitas vezes limitam a medição precisa4.
As diretrizes médicas recentes5 também recomendam a Ressonância Magnética Cardíaca (RMC), especialmente para pacientes de AR moderados ou graves para compensar a limitação da ecocardiografia medindo a massa e a função global da LV. Parâmetros estruturais como folhetos aórticos e tamanho lv, e parâmetros de fluxo como largura de jato, largura contraída vena e volume regurgitante também podem ser amplamente considerados no diagnóstico ar6 . No entanto, o volume de regurgitação aórtico estimado com a função global lv pode falhar especialmente para pacientes com outras doenças valvulares cardíacas ou shunt.
Alternativamente, a ressonância magnética de fluxo 4D tem sido considerada como uma técnica promissora que pode medir diretamente o volume regurgitante com informações de velocidade resolvidas por tempo dentro do volume de juros7. O movimento da válvula de acordo com o tempo pode ser facilmente rastreado e compensado ao medir o volume de fluxo regurgitante 8,9. Além disso, um plano arbitrário perpendicular ao jato regurgitante pode ser posicionado retrospectivamente, o que aumenta a precisão da medição10. No entanto, como a ressonância magnética de fluxo 4D obtém inerentemente as informações espificacionariamente mediadas, a precisão desta técnica ainda justifica a validação usando experimentos de fluxo in vitro bem controlados.
Este estudo tem como objetivo (i) desenvolver uma plataforma experimental in vitro compatível com ressonância magnética que possa reproduzir os diferentes cenários clínicos de AR (dilatação, perfuração e prolapso) e (ii) enriquecer nossa compreensão do desempenho da ressonância magnética de fluxo 4D na quantificação de diferentes AR nesses modelos ar. Além disso, a visualização hemodinâmica 3D e a quantificação com base no fluxo 4D foram realizadas de acordo com os diversos cenários clínicos. Este protocolo não se limita à AR e pode ser estendido a outros tipos de estudos de doença valvular que requerem uma série de experimentos in vitro e quantificação hemodinâmica.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D modeling software(SolidWorks)</td>
			<td>Dassault Syst&#232;mes SolidWorks Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Waltham, MA, USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Zortrax S.A.</td>
			<td></td>
			<td>the construction of a three-dimensional object from a CAD model or a digital 3D model,(zortrax m200 plus, Zortrax S.A.,Olsztyn, Poland)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dicom sort</td>
			<td>Open source software</td>
			<td></td>
			<td>Jonathan Suever, Software Engineer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ensight</td>
			<td>Ansys</td>
			<td></td>
			<td>Flow visualization software (Canonsburg, PA, USA).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Expanded Polytetrafluoroethylene(ePTFE)</td>
			<td>SANG-A-FRONTEC</td>
			<td></td>
			<td>Medical membrane (ePTFE,SANG-A-FRONTEC, Incheon, korea)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Itk snap software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td></td>
			<td>GNU General Public License,</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Natick, MA, USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td>3T, Erlangen, Germany</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>Scanlan International Inc</td>
			<td>n43 1765</td>
			<td>7007-454, Scanlan International Inc., Saint Paul, USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture</td>
			<td>AILEE</td>
			<td>NB530</td>
			<td>Ailee, Polyamide suture, UPS 5-0</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vitro assessment of aortic regurgitation using four-dimensional flow magnetic resonance imaging

A regurgitação aórtica (AR) refere-se ao fluxo sanguíneo retrógrado da aorta para o ventrículo esquerdo (LV) durante a diastola ventricular. O jato regurgitante decorrente da forma complexa é caracterizado pelo fluxo tridimensional e gradiente de alta velocidade, às vezes limitando uma medição precisa do volume regurgitante usando ecocardiografia 2D. Recentemente desenvolvida, a ressonância magnética de fluxo quadridimensional (Ressonância magnética de fluxo 4D) permite medições tridimensionais de fluxo volumoso, que podem ser usadas para quantificar com precisão a quantidade da regurgitação. Este estudo se concentra na (i) fabricação do modelo AR compatível com ressonância magnética (dilatação, perfuração e prolapso) e (ii) análise sistemática do desempenho da ressonância 4D na quantificação de AR. Os resultados indicaram que a formação dos jatos dianteiros e retrógrados ao longo do tempo dependia de grande parte dos tipos de origem ar. A quantidade de viés de volume de regurgitação para os tipos de modelos foi de -7,04%, -33,21%, 6,75% e 37,04% em relação ao volume de verdade do solo (48 mL) medido a partir do volume de curso da bomba. O maior erro da fração de regurgitação foi em torno de 12%. Esses resultados indicam que é necessária uma seleção cuidadosa dos parâmetros de imagem quando o volume absoluto de regurgitação é importante. O fantasma de fluxo in vitro sugerido pode ser facilmente modificado para simular outras doenças valvulares, como estenose aórtica ou válvula aórtica cicíptica (BAV) e pode ser usado como uma plataforma padrão para testar diferentes sequências de ressonância magnética no futuro.

Foram fabricadas três classes representativas de modelos de regurgitação aórtica, sendo fabricadas uma caixa sem válvula para comparação (Figura 3). O modelo de dilatação mostrou claramente o fechamento incompleto do folheto da válvula devido aos folhetos de tamanho menor. Um buraco foi perfurado em um dos folhetos usando uma tesoura para imitar o modelo de perfuração. Um folheto do modelo prolapso parecia menor do que os outros dois folhetos porque as duas commissures foram suturadas em uma posição inferior à altura original. Não houve diferenças significativas em relação à visão superior.
Com as informações de velocidade 3D adquiridas ao longo do tempo utilizando ressonância magnética de fluxo 4D, as aerodinâmicas de jatos normais e de regurgitação foram visualizadas durante o systole e a diastole (Figura 6). O jato dianteiro era reto em todos os modelos, exceto no modelo de perfuração. No modelo de perfuração, um jato com viés de parede ocorreu durante a fase de sístole. O jato regurgitante mostrou uma velocidade e forma diferentes de acordo com a classificação AR. No caso de sem 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. O jato regurgitante modelo perfuração e perfuração inclinou-se em direção à parede. A velocidade máxima do jato dianteiro e regurgitante foi de 0,28 m/s, -0,29 m/s no modelo sem válvula, 2,03 m/s, -3,53 m/s no modelo de dilatação, 2,52 m/s, -3,13 m/s no modelo de perfuração e 2,76 m/s, -2,88 m/s no modelo prolapse.
A Figura 7 mostra a vazão de 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. A quantidade de volume de regurgitação foi de 51,38 mL, 63,94 mL, 44,76 mL e 30,22 mL para modelos sem válvula, dilatação, perfuração e prolapso, respectivamente. O viés para sem válvula, dilatação, perfuração e modelo de prolapso foi de -7,04%, -33,21%, 6,75% e 37,04%, respectivamente, em comparação com a verdade do solo (48 mL) medida a partir do volume de curso da bomba. Os valores percentuais positivos indicam subestimação enquanto os valores percentuais negativos representam sobre a estimativa. O erro da fração de regurgitação foi de -7,78%, -6,00%, 0,33% e -11,18% para sem válvula, dilatação, perfuração e modelo prolapso, respectivamente.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig01.jpg"> Figura 1: Diagrama de fluxo de trabalho do protocolo. Este protocolo experimental consiste principalmente em fabricação de modelos, ressonância magnética e análise de dados. Na etapa de fabricação do modelo, o modelo de raiz aórtica externa e quatro tipos diferentes de modelo AR (sem válvula, dilatação, prolapso e perfuração) são fabricados. Durante a ressonância magnética, são realizadas imagens de reconhecimento de varreduras seguidas de varredura multi-VENC e ressonância magnética de fluxo 4D. A parte de análise de dados inclui classificação de dados, segmentação de imagens, cálculo de velocidade, visualização e quantificação. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig02.jpg"> Figura 2: Modelo de acrílico esquemático e projetado da raiz aórtica (A) Caracterização geométrica e parâmetros da geometria raiz aórtica. (B) Modelo 3D raiz aórtica em visão multidimensional. DA: diâmetro da junção sinotubular (STJ), DO: diâmetro de anulo, rmax: diâmetro máximo do seio, rmin: diâmetro mínimo do seio, LA: altura do seio, LB: altura do STJ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig03.jpg"> Figura 3: Estrutura de regurgitação aórtica e modelo (A) Informações geométricas do quadro da válvula aórtica que é usado para segurar o folheto. Buracos ao redor do corpo da moldura é onde a linha de sutura passa. (B) Exemplo da válvula suturada da membrana ePTFE. (C) Visão en-face dos modelos in vitro : sem válvula, dilatação, perfuração e prolapso fabricados neste estudo. A seta indica a ponta danificada. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig04.jpg"> Figura 4: Etapa de material e fabricação do folheto ePTFE. (A) Utilizando folhetos impressos em 3D como guia, os folhetos são feitos utilizando a membrana ePTFE. (B) Desenho, sutura, corte e fixação de etapas da válvula ePTFE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig05.jpg"> Figura 5: Métodos de fabricação de diferentes modelos AR. (A) Modelo de dilatação, (B) modelo de perfuração e (C) modelo prolapso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig06.jpg"> Figura 6: Simplificar a visualização de acordo com o tipo de regurgitação aórtica. Uma visualização simplificada no sistole (à esquerda de cada painel) e diastole (à direita de cada painel) de acordo com o tipo de regurgitação aórtica. (A) Modelo sem válvula (a imagem diastole/systole é a mesma devido à falta de válvula), (B) dilatação, (C) perfuração e (D) prolapso. Os dados de systole e diastole foram tomados onde a velocidade da entrada é a mais alta e a mais baixa durante o ciclo cardíaco. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig06large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63491/63491fig07.jpg"> Figura 7: Taxa de fluxo e volume de curso. A taxa de fluxo e o volume de curso para (A) modelo sem válvula, (B) dilatação, (C) perfuração e (D) prolapso. A taxa de fluxo e o volume de curso são medidos no plano (linha sólida) de três diâmetros rio abaixo até o anulo da válvula. As cores azul e vermelha indicam os fluxos para a frente e regurgitação, respectivamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63491/63491fig07large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td rowspan="2">Relação (Do= 26 mm)</td>
			<td>DA/Do</td>
			<td>LA/Do</td>
			<td>LB/Do</td>
			<td>rmax/Do</td>
			<td>rmin/Do</td>
		</tr>
<tr>
<td>1.24</td>
			<td>1</td>
			<td>0.34</td>
			<td>0.82</td>
			<td>0.64</td>
		</tr>
</tbody></table>Mesa 1. Parâmetros geométricos da geometria da raiz aórtica mostrada na Figura1.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Resolução temporal</td>
			<td>0,025 ms/40 fases</td>
		</tr>
<tr>
<td>Resolução espacial</td>
			<td>2mm x 2mm / 0,5 pixel por 1 mm</td>
		</tr>
<tr>
<td>Matriz</td>
			<td>96 x 160 x 26 pixels</td>
		</tr>
<tr>
<td>Espessura da fatia</td>
			<td>2 mm</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo de eco</td>
			<td>2,54 ms</td>
		</tr>
<tr>
<td>Velocidade de codificação</td>
			<td>25-330 cm/s</td>
		</tr>
</tbody></table>Mesa 2. Parâmetros de sequência de ressonância magnética de fluxo 4D in vitro.

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In vitro Assessment of Aortic Regurgitation Using Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging

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.

In vitro Avaliação da Regurgitação Aórtica usando ressonância magnética de fluxo quadridimensional

Aortic regurgitation (AR) refers to backward blood flow from the aorta into the left ventricle (LV) during ventricular diastole. The regurgitant jet ...

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.

Research

JoVE Journal

Engineering

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