מיפוי מאמץ כמותי של מפרצת באבי העורקים בבטן

אולטרסאונד 4D הוא נפח דינמי שנרכש באמצעות מנוע מתורגם ליניארי המחובר מתמר אולטרסאונד, המאפשר רכישה של לולאות וידאו רציף לב ונשימה מגודר על פני אזור של עניין. שיטה זו שימושית להדמיית מבנים מורכבים כגון הלב, שבו היפרטרופיה או אוטם גורמים לגיאומטריות ייחודיות, או מפרצות באבי העורקים, שבהן הרחבת כלי דם אסימטריים וריצוי מתרחשים לעתים קרובות בכלי נזיק. בנוסף, נתונים 4D יכול לספק מידע מרחבי וטמפורלי ברזולוציה גבוהה, אשר חשוב גם עבור הדמיה לב וכלי דם.

שיטת DDE החלה על נתוני אולטרסאונד 4D עדיפה על שיטות אחרות כי היא משתמשת ברישום תמונה לא נוקשה. טנסרים הדרגתיים של עיוות מוערכים באופן מסורתי משדות תזוזה בעקבות מתאם אמצעי האחסון הדיגיטלי. לעומת זאת, שיטת DDE מעריכה באופן מהותי טנסורים הדרגתיים של עיוות במהלך רישום נפח על-ידי מיטוב פונקציית עיוות שנבחרה בקפידה להיות מקבילה ישירות לטנסור העיוות. פונקציית העיוות תלויה הן במיקום המרחבי והן בפרמטר העיוות (p):

(2)

שלושת האלמנטים הראשונים של פונקציה זו מייצגים את טנזור הדרגתי עיוות, F, המאפשר את חישוב העיוות להיות משולב ישירות לתוך פונקציית עיוות. שיטת עיוות זו הוכחה כמגבירה את הדיוק והדיוק של הערכת המתח בהשוואה לטכניקות קודמות דומות מכיוון שהיא מאפשרת עיוותים גדולים או מקומיים הנפוצים ברקמות רכות.

באמצעות ההליך המתואר לעיל, אולטרסאונד 4D של אנגיוטנסין II-המושרה על-על-חנית מפרצת באבי העורקים בבטן (AAA) של עכבר נרכש. לולאות וידאו מרובות של אק"ו קצרות ציר נרכשו לאורך העורקים ושולבו כדי ליצור נתוני 4D, כפי שמוצג באיור 1. נתונים אלה הומרו לאחר מכן לקובץ MAT באמצעות קוד מותאם אישית, אשר נותח לאחר מכן בקוד חישוב מאמץ תלת-ממדי באמצעות פונקציית עיוות. לאחר מיטוב הפרמטרים של הקוד עבור ערכת נתונים ספציפית, הופקה תצוגה מייצגת, ציר ארוך עם ערכי מאמץ תואמים, כמו גם התוויית תצוגה חזותית של פרוסה תלת-ממדית עם מפת צבע מאמץ מכוסה-איור 2). טכניקת DDE זו ונתוני המתח מדגישים את הווריאציות המרחביות ההטרוגניות במתח, במיוחד כאשר תרומבוס קיים. לאחר מכן ניתן לתאם תוצאות אלה עם מבנה כלי הדם כדי לקבוע את הקשר בין עיוות ויוו לבין הרכב מפרצת.

איור 1: לולאות הדמיה של אב העורקים (EKV) המגודרות באק"ג נרכשות ממיקומי התחלה וסיום שהוזנו ידנית, לאחר שלב של 0.2 מ"מ.

איור 2: נתוני אולטרסאונד בתדר גבוה 4D של מפרצת באבי העורקים של הבטן הניתחת מורין המיוצגת בסיסטולה (A) עם שדות מאמץ עיקריים המוערכים ומורכבים (B) (Scalebar = 5 מ"מ). תצוגות ארוכות וקצריות המייצגות אזורים מפרצתיים ובריאים המתאימים למתח העיקרי על מחזור לב אחד (systole: t = 0.4) (C, D). נתונים אלה מראים רמות מאמץ גבוהות יחסית באזורים בריאים וערכי מאמץ מופחתים בתוך המפרצת הניתחת.

לוקליזציה באפיון מכני vivo הוא חלק חשוב של הבנת הצמיחה ושיפוץ של רקמות ביולוגיות. בהשוואה לגישות קיימות, הליך כימות המתח המתואר כאן משתמש בשיטה משופרת של חישוב מדויק של זן תלת-ממדי באמצעות עיוות אופטימלי של התמונה הלא מעוצבת לפני מתאם צולב. שיטה זו אינה משתמשת בהנחות חומריות בקביעת זנים בתוך נפחי הרקמות. למרבה הצער, הערכת המתח אמינה רק עד לגודל ליבה של 15x15x15 voxels בעת שימוש בנתוני אולטרסאונד, דבר המצביע על כך שגישת DDE זו עשויה שלא לזהות תכונות עדינות בתוך שדה מאמץ. למרות מגבלה זו, הוא נשאר כלי חשוב לחקירת תגובות מכניות, אבחון פתולוגיה ושיפור מודלים של מחלות.

תחומי מחקר רבים מעבר למפרצת בתחום בתחום העורקים יכולים להפיק תועלת מכלי מדידת זן זה. זן לב יכול גם להיות לכמת בקלות באמצעות שיטה זו. מכיוון שהשריר הלב עובר עיוות תלת-ממדי במהלך מחזור הלב, כימות זן בשלושה ממדים הוא חלק בלתי נפרד מאפיון אמין של הדינמיקה של רקמה זו. נתוני זן אמינים חשובים במיוחד בעת מעקב אחר התקדמות המחלה במודלים של בעלי חיים.

ניתוח זן 3D יכול להיות מיושם גם הדמיית אולטרסאונד מעיים. אפיון מכני של רקמת מעיים מתנהל בדרך כלל במבחנה. עם זאת, זה לא תמיד ייצוג אמיתי של ההתנהגות בפועל של המעיים ב vivo בגלל השפעות מהמבנים שמסביב. כדוגמה לתרגום קליני של גישה זו, חישוב הזן מתמונות של פיברוזיס מעיים עקב לחץ זוהר חריג יכול לספק גילוי מוקדם של אזורים בעייתיים הדורשים התערבות כירורגית.

מעבר ליישומים בקנה מידה גדול יותר, שיטה זו יכולה להיות מיושמת גם על הרמה התאית באמצעות טכניקות הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר, כגון מיקרוסקופיה קונפוקלית. אפיון המטריצה החוץ-תאית חשוב להבנת האופן שבו תאים מתקשרים. מחקרים רבים נערכו על האפיון הביוכימי, אך הבנת האופן שבו תקשורת יכולה להתבצע באמצעות תגובות מכניות דורשת הבנה של עיוות ומתח. זן בתפזורת אינו מועיל כי אין דרך לקבוע את מקור השינוי עיוות. החלת גישת DDE ברזולוציה גבוהה יכולה לחשוף ישירות כיצד המטריצה החוץ-תאית מגיבה לשינויים מכניים.

הכרות

ברצוננו להודות לג'ון בויל, גיא גנין וסטברוס טומופולוס על תרומתו של קוד המטלב המותאם אישית של DDE המסוגל להתאים ישירות את זן לגראנז'-גרין.