Flussquantifizierung mittels hochaufgelöster 4D-PC-Cine-MRT ist eine ideale Methode für präklinische Studien im Gebiet der Atheroskleroseforschung, da sie nicht-invasive Messungen der vaskulären Hämodynamik sowie funktioneller Parameter wie der Wandschubspannung (WSS) im arteriellen Gefäßsystem ermöglicht. Jedoch stellt die lange Messzeit für hochaufgelöste 4D-Datensätze und die Störanfälligkeit des EKG-Signals im Hochfeld bei konventionellen, getriggerten Messmethoden eine große Limitation dar. Wir präsentieren hier eine EKG-freie, retrospektiv synchronisierte Methode, die eine schnelle und hochaufgelöste 4D-Messung des arteriellen Flusses und aller Komponenten der WSS im gesamten Aortenbogen der Maus in nur 32 Minuten ermöglicht.

Alle Messungen wurden an einem 17.6T Kleintier-MRT durchgeführt. Fluss und WSS wurden mittels einer radialen 4D-Phasenkontrast (PC)-MRT im Aortenbogen von 12 Wochen alten C57/Bl6 Mäusen (n=7) gemessen.  Die Herz- und Atemsignale wurden aus dem radialen MR-Signal extrahiert und für die retrospektive Rekonstruktion1 der  Cine-Daten verwendet (Abb.1 A+B). Nach einer semi-automatischen Segmentierung der Aorta² wurde die zeitlich gemittelte und zeitaufgelöste WSS³ sowie der oszillatorische Scherindex (OSI) aus den räumlichen Geschwindigkeitsgradienten auf der Lumenoberfläche an 14 Regionen entlang der Aorta kalkuliert (Abb. 1 C+D). Alle Rekonstruktionen erfolgten mit Matlab (The Mathworks, Inc., Natick, USA), WSS und OSI wurden mit Ensight (CEI Software, USA) ermittelt³.

Stabile Navigationssignale konnten erfolgreich aus den Messdaten extrahiert und für die Rekonstruktion verwendet werden (Abb. 1 A+B). Volumenfluss, Querschnittsflächenänderungen (Abb. 3C), WSS und OSI  im murinen Aortenbogen konnten in einer Messzeit von nur 32 Minuten bestimmt werden (Abb. 2-4). Mediane und Mittelwerte aller drei Komponenten der  WSS wurden in 14 Ebenen entlang des Aortenbogens (Abb. 1 D) sowie zeitaufgelöst über den gesamten Herzzyklus (Abb. 4) analysiert. Die mittlere longitudinale, zirkumferenzielle und radiale WSS  betragen 1.52 ± 0.29 N/m² , 0.28 ± 0.24 N/m² und −0.21 ± 0.19 N/m², was mit den Literaturangaben übereinstimmt^3,4,5.

 

Wir präsentieren eine robuste, von externen Triggersignalen unabhängige (EKG-freie) Methode zur Quantifizierung der arteriellen Hämodynamik und WSS im murinen Aortenbogen. Diese retrospektive Methode ermöglicht eine schnelle Quantifizierung dieser Parameter in nur 32 Minuten sowie flexible Rekonstruktionsmöglichkeiten (zeitliche / örtliche Auflösung). Zukünftig soll diese Methode auch zur Untersuchung der WSS und Hämodynamik an atherosklerotischen Mäusen sowie zur Bestimmung der 3D-Pulswellengeschwindigkeit verwendet werden.

1. Winter et al., JCMR [2013]; 15:88-98.

2. Herold et al., JCMR [2017]; 19(1):77

3. Stalder et al., MRM [2008]; 60(5): 1218-1231

4 Frydrychowitz et al., JMRI [2009]; 30(1), 77-84

5. Janiczek et al., MRM[2011]; 66(5), 1382-1390