Integrating mock circulatory loops (MCLs) with magnetic resonance imaging (MRI) of fourth-dimensional flow (referred to as 4D flow MRI) has the potential to provide a comprehensive view of hemodynamics in the aortic region. While MCLs simulate bulk hydraulic properties of cardiovascular blood flow in specific regions of the cardiovascular system in benchtop studies, 4D flow MRI captures detailed velocity information, shear stress, and precise properties of fluid flow in a clinical context. However, this integration presents challenges because MCLs often contain large and ferromagnetic components, making them incompatible with the MRI environment. Therefore, this project focuses on designing, building, and evaluating an MRI-compatible MCL simulating aortic blood flow. 

This includes constructing a pump and modules to mimic the compliance and resistance of the cardiovascular system, all composed of non-ferromagnetic or -conducting materials and with appropriate size to be compatible with the MRI. Verification of the MCL was done to evaluate that target values were met in terms of pressure and flow, and its repeatability and runtime were evaluated. Finally, a 4D flow MRI scan of the loop was performed to evaluate the compatibility. 

The MCL achieved the target ranges for heart rate (60-180 bpm) and stroke volume (70-114 ml/beat), and a maximum cardiac output of 7.65 L/min. The MCL could be run for a minimum of one hour with a standard deviation of the mean flow of 0.0131 L/min and mean aortic pressure of 0.0737 mmHg. A general standard deviation of 0.021- 0.045 L/min for mean flow and 0.331-1.402 mean mmHg for pressure showed that the system had a high repeatability. Although an unwanted pressure fluctuation made it difficult to verify the pressure curve, tuning of resistance and compliance successfully influenced the pressure as intended. 4D flow images of the MCL were acquired, and the system did not produce any image artifacts and is considered safe for use in the MR environment. 

Integrering av kardiovaskulära flödesmodeller (KFM:er) med magnetisk resonanstomografi (MRT) av fyrdimensionellt flöde (refererat till som 4D flow MRI) har potentialen att producera en omfattade helhets bild av hemodunamiken i aortaregionen. Medan KFM:er simulerar bulkhydraulika egenskaper hos kardiovaskulärt blodflöde i specifika regioner av det kardiovaskulära systemet i bänktops studier, fångar 4D flow MRI detaljerad hastighetsinformation, skjuvspänning och exakta egenskaper hos vätskeflödet i ett kliniskt sammanhang. Denna integration medför dock utmaningar eftersom att KFM:er ofta innehåller stora och ferromagnetiska komponenter, vilket gör dem inkompatibla med MRT-miljön. Därför fokuserar detta projekt på att designa, bygga och utvärdera en MRT-kompatibel KFM som simulerar blodflödet i aorta regionen.

Detta inkluderar att konstruera en pump och moduler för att efterlikna det kardiovaskulära systemets följsamhet och motstånd, alla sammansatta av icke-ferromagnetiska eller ledande material och med lämplig storlek för att vara kompatibla med MRT. Verifiering av den KFM:en gjordes för att utvärdera att målvärdena uppfylldes vad gäller tryck och flöde, och dess repeterbarhet och körtid utvärderades. Slutligen utfördes en 4D fow MRI-skanning av flödesmodellen för att utvärdera kompatibiliteten.

Den KFM:en uppnådde målområdena för hjärtfrekvens (60-180 slag per minut) och slagvolym (70-114 ml/slag) och en maximal hjärtminutvolym på 7,65 l/min. Den kunde köras i minst en timme med en standardavvikelse av medelflödet på 0,0131 l/min och medelaortatrycket på 0,0737 mmHg. En generell standardavvikelse på 0,021-0,045 l/min för medelflöde och 0,331-1,402 medel mmHg för tryck visade att systemet hade en hög repeterbarhet. Även om en oönskad tryckfluktuation gjorde det svårt att verifiera tryckkurvan, påverkade inställning av motstånd och följsamhet trycket som avsett. 4D-flödesbilder av den KFM:en erhölls, och systemet producerade inga bildartefakter och anses säkert för användning i MRT-miljön.