يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

الحجم المتوسط الجسيمات الصورة فيلوسيميتري دراسات Neurovascular التدفقات في المختبر

7.6K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/58902

⸱

ديسمبر 3, 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Division of Interventional Neuroradiology, University of California, Los Angeles, 3Materials Science and Engineering Program, University of California, Riverside, 4Department of Bioengineering, University of California, Riverside

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

نقدم هنا أساليب مبسطة لاختلاق أشباح neurovascular شفافة وتميز التدفق فيه. تسليط الضوء على العديد من المعالم الهامة، وتثبت علاقتها بدقة الحقل.

الملخص

فيلوسيميتري صورة الجسيمات (PIV) يستخدم في طائفة واسعة من المجالات بسبب الفرصة ويوفر دقة تصور وتحديد كمية التدفقات عبر مجموعة كبيرة والزمانية المكانية. بيد أن تنفيذه يتطلب عادة استخدام الأجهزة باهظة الثمن والمتخصصة، مما يحد من فائدتها أوسع نطاقا. وعلاوة على ذلك، ضمن مجال الهندسة الحيوية، في المختبر تدفق التصور الدراسات غالباً ما تكون أيضا زيادة محدودة بالتكلفة العالية لأشباح الأنسجة تجارياً المصدر أن الخص الهياكل التشريحية المطلوبة، لا سيما بالنسبة التي تمتد عبر نظام المتوسطة المدى (أي، سوبميليميتير إلى جداول طول ملليمتر). هنا، فإننا نقدم بروتوكول تجريبي مبسطة لمعالجة هذه القيود، وتشمل العناصر الرئيسية التي 1) أسلوب التكلفة المنخفضة نسبيا لاختلاق أشباح الأنسجة المتوسطة المدى باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد وصب السيليكون، و 2) إطار تحليل ومعالجة الصورة المصدر المفتوح الذي يقلل من الطلب على الأجهزة لقياس التدفقات المتوسطة المدى (أي، سرعات تصل إلى عشرات مليمترات/ثانية). جماعياً، وهذا يخفض الحاجز لدخول نونيكسبيرتس، بالاستفادة من الموارد بالفعل في التخلص من كثير من الباحثين الهندسة الحيوية. ونحن ديمونستراتيث تطبيق هذا البروتوكول في إطار توصيف تدفق neurovascular؛ بيد أنه من المتوقع أن تكون ذات صلة بمجموعة أوسع من التطبيقات المتوسطة المدى في الهندسة الحيوية، وما بعدها.

المقدمة

PIV يستخدم على نطاق واسع في ميكانيكا الموائع التجريبية للتصور تدفق والتحقيقات الكمي لحركة السوائل التي تختلف في مقياس الطول من الغلاف الجوي إلى تدفقات ميكروسيركولاتوري1،،من23. بينما يمكن أن تختلف التفاصيل المتعلقة بتنفيذه على نطاق واسع تطبيقاتها، أحد الجوانب المشتركة لما يقرب من جميع الدراسات PIV هو استخدام التصوير بالفيديو للجسيمات الراسم المصنفة ضمن السائل العامل، متبوعة بتحليل لبير لإطارات الصور على التوالي لاستخراج خصائص تدفق المرجوة. عادة، يتم ذلك عن طريق تقسيم كل إطار الصورة الأولى إلى مناطق أصغر يسمى windows الاستجواب. نتيجة لمواقف عشوائية للجسيمات المشتتة، يحتوي كل إطار الاستجواب على توزيع كثافة بكسل بصورة فريدة من نوعها. إذا كان يتم اختياره بمعدل اقتناء البيانات وحجم النافذة على نحو ملائم، يمكن استخدامها عبر الارتباط الإشارة كثافة في كل إطار لتقدير متوسط نزوح داخل تلك المنطقة. أخيرا، نظراً لأن التكبير ومعدل الإطار معروفة البارامترات التجريبية، حقل متجه سرعة لحظية يمكن أن سهولة حسابها.

ميزة كبيرة من PIV على تقنيات القياس نقطة واحدة هو قدرته على تعيين حقول المتجهات عبر مجال ثنائي أو ثلاثي الأبعاد. تطبيقات الفسيولوجية، على وجه الخصوص، قد استفادت من هذه القدرة، نظراً لأنها تتيح إجراء تحقيق شامل من التدفقات المحلية، التي من المعروف أن تلعب دوراً هاما في أمراض الأوعية الدموية أو يعيد البناء (مثلاً، وتصلب الشرايين، والأوعية) 4 , 5 , 6-كما قد كان هذا صحيحاً لتقييم تدفقات نيوروفاسكولار، والتفاعلات منها مع الأجهزة اللمفاوية (مثلاً، تدفق الموجهات، الدعامات، ولفائف إينتراساككولار)، منذ الطول-الجداول ذات الصلة في مثل هذه التطبيقات يمكن أن وكثيراً ما تمتد عبر واحد أو أكثر من حيث الحجم (مثلاً، من ميكرومتر إلى ملليمتر)، وهندسة الجهاز وموضع يمكن أن يؤثر بشكل ملحوظ في ميكانيكا الموائع المحلية7.

معظم المجموعات إجراء الدراسات الفسيولوجية على أساس PIV يعتمد على الهياكل التجريبية التي تحاكي عن كثب بعض التحقيقات أقرب لتركيب دعامات تأثير على تدفق الأوعية الدموية7،8. بشكل عام، وتشمل هذه) نابض أشعة الليزر والكاميرات عالية السرعة، لالتقاط تدفقات عالية السرعة؛ ب) المزامنات، لمنع التشويش بين تواتر نبض الليزر ومعدل الإطار اقتناء كاميرا؛ ج) البصريات أسطواني، تشكل ورقة خفيفة، وهكذا، التقليل من الأسفار الخلفية من الجسيمات الراسم أعلى وأسفل الطائرة الاستجواب؛ د) بالنسبة للنظم التجارية تسليم المفتاح، حزم البرمجيات المسجلة الملكية، لإجراء التحليلات عبر الارتباط. ومع ذلك، في حين تتطلب بعض التطبيقات على الأداء و/أو براعة جماعياً تتيحها هذه المكونات، العديد من البعض الآخر لا. وعلاوة على ذلك، التكلفة العالية للمصدر تجارياً الأنسجة أشباح الخص هياكل الأوعية الدموية المطلوبة يمكن أن يثبت أيضا تحد للعديد من الدراسات في المختبر ، خاصة بالنسبة لأشباح مع يتميز بهذا الجسر نظام المتوسطة المدى (> 500 دولار أمريكي/ الوهمية). هنا، نحن تقرير وضع بروتوكول مبسط لتنفيذ PIV للتصور في المختبر تدفقات نيوروفاسكولار، التي تقع عادة على حد سواء مكانياً ووقتيا داخل نظام المتوسطة المدى (أيجداول الطول تتراوح من سوبميليميتير إلى ملليمتر، وسرعات تصل إلى عشرات مليمترات/ثانية). ويسعى البروتوكول إلى الاستفادة من الموارد بالفعل في التخلص من كثير من الباحثين في الهندسة الحيوية، وبالتالي خفض الحاجز لدخول نونيكسبيرتس.

العنصر الأول من هذا البروتوكول ينطوي على استخدام أسلوب صب الاستثمار لتمكين تلفيق داخلية شفافة، بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS)-على أساس الأنسجة أشباح من قوالب الذبيحة 3-د-طباعة. برفع مستوى التوافر المتزايد للطابعات ثلاثية الأبعاد في السنوات الأخيرة، لا سيما تلك الموجودة في المشتركة والمتعددة في المستخدمين المرافق (مثلاً، المرافق المؤسسية أو ماكيرسباسيس العامة)، هذه المنهجية خفض التكاليف إلى حد كبير (مثلاً، < 100 دولار أمريكي/الوهمية في القضية المعروضة هنا)، مع تمكين تحول سريع لتصنيع مجموعة واسعة من التصاميم وهندستها. في البروتوكول الحالي، يستخدم ترسيب تنصهر نمذجة النظام مع ستايرين بوتادين أكريلونيتريل (ABS) كمواد البناء، والجزء المطبوع بمثابة قالب الذبيحة لصب الوهمية اللاحقة. وقد أثبتت تجربتنا أن القيمة المطلقة مناسبة تماما لمثل هذا الاستخدام نظراً لأنه قابل للذوبان في المذيبات المشتركة (مثلاً، الأسيتون)، وأنه لديه ما يكفي من قوة وصلابة الحفاظ على سلامة العفن بعد إزالة مواد الدعم (مثلاً، إلى منع تشوه أو الكسر من ميزات العفن ضآلة). في البروتوكول الحالي، العفن هو مواصلة ضمان سلامة استخدام النماذج المطبوعة الصلبة، على الرغم من أن هذا يأتي على حساب وقت زيادة انحلال. قد يكون من الممكن في بعض الحالات، تعزيز وصول المذيبات، وبالتالي، تقليل وقت انحلال أيضا استخدام نماذج جوفاء. ومع ذلك، ينبغي إيلاء عناية للأثر هذا قد على سلامة العفن. أخيرا، بينما أشباح ملفقة هذه الوثيقة تستند إلى تمثيلات المثالية للهياكل نيوروفاسكولار التي تم إنشاؤها باستخدام حزمة برامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) مشتركة، البروتوكول يتوقع أن تكون قابلة لتلفيق أكثر تعقيداً ، الهندسات الخاصة بالمريض، وكذلك (مثلاً، عن طريق استخدام ملفات نموذج المتولدة عن تحويل بيانات التصوير السريري. STL تنسيق ملف المستخدمة من قبل معظم الطابعات ثلاثية الأبعاد). ترد تفاصيل أخرى فيما يتعلق بعملية تصنيع الوهمية في المادة 2 من البروتوكول.

والعنصر الثاني من البروتوكول ينطوي على استخدام المكونات في إيماجيج لإجراء التحليلات عبر الارتباط9مفتوح المصدر. ويقترن هذا مع تنفيذ مخطط العتبة إحصائية بسيطة (أيفرض حد أقصى لكثافة)10 إلى تحسين إشارة الصورة قبل الارتباط الصليب، فضلا عن ناقلات بوستكوريليشن التحقق من صحة مخطط، تطبيع اختبار متوسط (NMT)، للقضاء على نواقل زائفة من خلال المقارنة بين كل منها إلى أقرب الجيران11. مجتمعة، وهذا ما يسمح التصوير إلى إنجازه باستخدام المعدات التي توجد عادة في العديد من مختبرات الهندسة الحيوية، وبالتالي القضاء على الحاجة للحصول على العديد من مكونات تكلفة نظم PIV نموذجية (مثلاً، الليزر النبضي، "المزامن" والبصريات أسطواني، والبرمجيات المسجلة الملكية). وترد تفاصيل أخرى بشأن جمع الفيديو ومعالجة الصور، وتحليل البيانات في المادتين 5 و 6 من البروتوكول.

ويبين الشكل 1 الهيكل PIV المستخدمة في هذا البروتوكول، الذي يعتمد على مجهر الأسفار مزودة بكاميرا عالية السرعة للتصوير المستمر مصدر الضوء الأبيض (أي، مصباح هاليد معدني)، فضلا عن خارجي، على من خلال الهدف الإضاءة الحجمي. يتم استخدام مضخة متغيرة السرعة والعتاد فرض تدفق تعمل لحل الدم وهمية الشفافية من خلال أشباح الأنسجة نيوروفاسكولار. الحل يتكون من خليط التشكيل منزوع الماء (DI) والجلسرين، وبديل مشترك للدم في الفسيولوجية الدراسات12،،من1314، نظراً) الكثافة واللزوجة (أي، مماثلة 1,080 كجم/م3 و cP 3.5 مقابل 1,050 كجم/م3 و 3-5 cP للدم)16من15،؛ ب) شفافيته في النطاق المرئي؛ ج) الانكسار مماثلة ك PDMS (1.38 مقابل 1.42 ل PDMS)17،18،،من1920، مما يقلل من التشويه البصري؛ د) السهولة مع أي سلوك غير النيوتونية ويمكن إدخال، إذا لزم الأمر، عن طريق إضافة إكسانثاني21. وأخيراً، تستخدم الخرز البوليسترين الفلورسنت كجسيمات الراسم (10.3 ميكرومتر في القطر؛ وشمال البحر الأبيض المتوسط/501 480 نانومتر الإثارة/الانبعاثات). بينما المرغوب فيها الخرز ازدهار محايدة، مصادر جسيمات التتبع مع الأمثل خصائص ميكانيكية السوائل (مثلاًوالكثافة، وحجم وتكوين) والطول الموجي الانبعاثات يمكن أن يثبت صعبة. على سبيل المثال، الخرز المستخدمة هنا قليلاً أقل كثافة من الحل والغليسيرول (1,050 كجم/م3 مقابل 1,080 كجم/م3). ومع ذلك، آثار هيدرودينامية، منها، لا يعتد بها، نظراً لأن مدة تجربة نموذجية أقصر بكثير من مقياس الوقت المرتبطة بآثار الطفو (أي، 5 دقيقة و 20 دقيقة، على التوالي). وترد تفاصيل فيما يتعلق بإنشاء نظام الدورة الدموية الدم وهمية صياغة و في المختبر الحل كذلك في المادتين 3 و 4 من البروتوكول.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1-تقاسم المنافع على أساس الذبيحة العفن تلفيق

  1. تصميم نموذج معكوس فانتوم الأنسجة المطلوبة باستخدام برامج CAD.
  2. طباعة النموذج باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد مع تقاسم المنافع كمواد البناء.

2. المستندة إلى PDMS تلفيق الوهمية والأوعية الدموية

  1. خلط
    1. مزيج قاعدة prepolymer PDMS وعامل التجفيف بنسبة 10:1 (على أساس الوزن)؛ خليط ز 66 توفر مواد كافية لتصنيع أشباح مع وحدات تخزين ما يصل إلى 50 سم3.
    2. ضع الخليط في مجفف فراغ لمدة 60 دقيقة ديغا والتقليل من فخ فقاعة. استخدام الضغط/تنفيسها دوري تيسيرا لتمزق الفقاعة.
  2. صب
    1. جبل العفن ABS المطبوعة على شريحة زجاج باستخدام المعجون صب لختم الواجهة.
    2. صب خليط PDMS في العفن أثناء محاولة التقليل من فخ فقاعة بعناية. يمكن أن تمزق الفقاعات العالقة يدوياً باستخدام إبرة.
    3. علاج الوهمية المدلى بها في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) في أقل من 24 ساعة.
      ملاحظة: هذه العملية في درجات حرارة أعلى، يمكن أن تسارع22.
  3. ديمولدينج
    1. حل القيمة المطلقة بواسطة غمر الوهمية في الأسيتون وسونيكاتينج عن 15 دقيقة على الأقل، مستخدماً الصلاحيات ما يصل إلى 70 جورج
      تنبيه: لقد الأسيتون ارتفاع ضغط البخار عند درجة حرارة الغرفة ونقطة وميض منخفضة. ونتيجة لذلك، تعمل دائماً تحت غطاء دخان وبعيدا عن مصادر الاشتعال المحتملة. ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة (الدرعمثلاًأو نظارات أو الوجه، ومعطف مختبر، وقفازات مقاومة الأسيتون).
    2. دقة شطف الوهمية مع كحول الأيزوبروبيل، ومن ثم، المياه دي لإزالة بقايا المذيبات.
      ملاحظة: PDMS تتضخم عند التعرض الأسيتون؛ ومع ذلك، تهدأ التورم مجرد الوهمية هي تشطف وتجفف بما فيه الكفاية من23.
  4. تأكيد الدقة الوهمية باستخدام المجهر الضوئي
    1. استخدام مجهر ضوئي الكاميرا المرفقة وبرامج التقاط الصور، التقاط صورة لميزة حاسمة داخل الوهمية تحت تكبير الذي يعظم الميزة داخل مجال الرؤية.
    2. التقاط صورة شبكاني المعايرة المناسبة في التكبير نفسه.
    3. تحميل كل الصور إلى إيماجيج عن طريق سحبها إلى شريط الأدوات.
    4. انقر فوق الصورة شبكاني المعايرة لجعله نشطاً، وبعد ذلك، حدد أداة سطر . استخدام الماوس, رسم خط على طول ميزة المسافة المعروفة وحدد تحليل > "ضبط مقياس" من القائمة إيماجيج.
      ملاحظة: في إطار ضبط مقياس الحقل المسمى المسافة بالبكسل يجب أن قام مع طول الخط مرسومة في وحدات بكسل.
    5. أدخل طول الميزة في الحقل المسمى المسافة المعروفة، ووحدتها في الحقل المسمى وحدة طول. حدد المربع المسمى العالمي لتطبيق هذا عامل المعايرة على كل الصور المفتوحة.
    6. جعل صورة الميزة الحاسمة الوهمية نشط واستخدام أداة سطر لرسم خط على طول سمة للفائدة. حدد من القائمة إيماجيج، تحليل > قياس (أو اضغط Ctrl + M) لقياس طول السطر.
    7. مقارنة القيمة المتوقعة ضد القيمة الموجودة في العمود وضع علامة على طول في إطار النتائج لتأكيد الدقة الوهمية.

3-موك صياغة حل الدم

  1. مزيج دي الماء والجلسرين بنسبة كبيرة (من حيث الحجم).
    ملاحظة: وحدة تخزين 100 مل كافية في المختبر الدموية الموضحة هنا.
  2. إضافة 1 مل من 2.5% w/v حبة البوليستيرين الفلورسنت الحل (أي، جزيئات الراسم) إلى حل الدم وهمية.
  3. مجانسة الخليط في صفيحة إثارة مغناطيسية 400 لفة في الدقيقة لمدة 10 دقائق.

4-إنشاء نظام الدورة الدموية في المختبر

  1. مضخة الإعداد
    1. استخدام أداة متجرد أسلاك إلى قطع مصدر طاقة محول التيار المتردد-إلى-DC قابس DC-نهاية.
    2. قطاع الطلاء خارج السلطة والأسلاك وتوصيلها إلى المحطة الطرفية الإدخال من نبض العرض التحوير (بوم) الجهد المنظم.
    3. توصيل الأسلاك الطاقة والأرض من موتور DC للمضخة لإخراج المحطة الطرفية من بوم الجهد المنظم.
      ملاحظة: الجزء سبعة وعرض بوم نواتج الدورة واجب (0%-100%) المستخدمة لتحقيق التيار الكهربائي للمحرك DC.
  2. مضخة معايرة
    1. إعداد 200 مل من محلول الدم وهمية (انظر القسم 3).
    2. وضع أنابيب من مدخل مضخة للكأس عقد حل الدم وهمية.
    3. ضع الأنابيب من مخرج المضخة إلى الكأس فارغ.
    4. حدد نقطة مجموعة دورة عمل المطلوب (0%-100%). اضغط على الزر وبدء تشغيل جهاز ضبط وقت.
    5. إيقاف جهاز ضبط الوقت مجرد المضخة قد نقل وحدة التخزين بأكملها لحل الدم وهمية. استخدام هذا الوقت لحساب معدل التدفق الحجمي.
    6. كرر الخطوات 4.2.1-4.2.5 لدورة العمل المختلفة على الأقل خمسة مجموعة النقاط إنشاء منحنى انحدار مربعات الصغرى.
      ملاحظة: يوصي على الأقل ثلاث نقاط نسخ متماثل كل واجب دورة تعيين نقطة. يمكن استخدام هذه العلاقة للربط بين معدل التدفق المطلوب بدوره الواجب بوم المطلوبة.

5-جمع فيديو

  1. معايرة الصورة
    1. تحديد نسبة المعايرة لتصوير الفيديو (انظر القسم 2).
  2. إعداد الجهاز
    1. ضع PDMS الوهمية في مرحلة مجهر الأسفار.
    2. الاتصال الوهمية للمضخة والعتاد، والأخذ بحل الدم وهمية.
      ملاحظة: بشكل اختياري، ترطيب بريفيل النموذج مع الإيثانول لتيسير كامل؛ ثم مطاردة وملئه بحل الدم وهمية. قد يكون هذا مفيداً بصورة خاصة للنماذج مع سفن أصغر حجماً و/أو ميزات أعمى.
    3. تعيين وحدة تحكم المحرك مضخة لمعدل التدفق المطلوب استناداً إلى منحنى معايرة مضخة.
    4. تشغيل المضخة لمدة 1-5 دقيقة قبل التجربة لضمان ظروف الحالة المستقرة.
    5. قم بتشغيل المصباح الخارجي لإلقاء الضوء على مجال الرؤية. قم بتحديد عامل تصفية مناسبة استناداً إلى الطول الموجي الإثارة الخرز الفلورسنت.
    6. ضبط المستوى البؤري التصوير إلى midplane السفينة.
      ملاحظة: يمكن تحقيق ذلك باستخدام البعد البؤري يزيد من المقطع العرضي السفينة المصورة (مثلاً، عند استخدام أشباح مع السفينة دائرية المقاطع العرضية)؛ و/أو الفهرسة الخروج من ميزة وهمية تم تصميمها لتسهيل تحديد هوية الطائرة منتصف السفينة.
  3. تسجيل الفيديو
    1. حدد معلمات تسجيل الفيديو لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (دائرة الاستخبارات الوطنية). البارامترات الرئيسية تشمل وقت التعرض، معدل الإطار، وكسب.
      ملاحظة: في هذا البروتوكول، ونحن استخدام معدل إطار 2,000 fps ومكسب من 1.0. ومع ذلك، قد تختلف هذه المعلمات على التطبيق (انظر القسم المناقشة للحصول على المزيد من التفاصيل).
    2. جمع الفيديو وحفظها بتنسيق AVI.
  4. تنظيف الوهمية
    1. إذا كان الخلاف حبة لوحظ بعد تجربة، sonicate الوهمية في منظفات محلول استخدام صلاحيات تصل إلى 70 جورج

6-صورة تجهيز وتحليل البيانات

  1. صورة تجهيزها
    1. اسحب ملف AVI المحفوظة إلى النافذة ImageJ لاستيراده. حدد المربع علامة تحويل إلى تدرج الرمادي.
    2. حدد من القائمة إيماجيج ، تحليل > "إنشاء الرسم البياني" (أو اضغط Ctrl + H) لإنشاء رسم بياني لكثافة بكسل الصورة. يحيط علما بالمتوسط والانحراف المعياري للصورة غير المجهزة.
      ملاحظة: في إطار ارتفاع معدلات، أنها ليست غير عادية للتوزيع تكون منحرفة بشدة اتجاه صفر (أي، لا توجد إشارة).
    3. حدد من القائمة إيماجيج ، الصورة > ضبط > السطوع والتباين (أو اضغط Shift + Ctrl + H) لتطبيق عامل تصفية/السطوع.
    4. في القائمة السطوع والتباين ، اضغط الزر تعيين لتعريف حدود الصورة. تعيين قيمة الحد الأدنى للقيمة يعني بالإضافة إلى انحراف معياري واحد، والحد الأقصى للقيمة إلى حدة الأقصى من الصورة (سواء على أساس الإحصاءات التي تم الحصول عليها في الخطوة 6.1.2).
      ملاحظة: وهذا يلغي عادة جميع ولكن أعلى 10% من كثافة بكسل. وقد تفاوت عدد الانحرافات المعيارية تبعاً للمطلوب توزيع كثافة بكسل. وتقدم نصي ماكرو مخصصة للقيام بشدة وضع سقف للعملية في مواد تكميلية.
    5. حدد من القائمة إيماجيج ، عملية > ضوضاء > Despeckle لتقليل عدد البيكسلات المشبعة.
      ملاحظة: هذه العملية هي حتمه إمكانات زيادة التشبع بكسل التي تنشأ أثناء الاستفادة المثلى من السطوع والتباين، والتي يمكن أن تنتج نواقل زائفة خلال اللاحقة عبر الارتباط.
    6. حدد من القائمة إيماجيج ، عملية > مرشحات > "تمويه ضبابي" مع دائرة نصف قطرها 1.5 للحد من الآثار الناجمة عن إزالة عرضية مضيئة بكسل في حي 3 × 3 المسبقة despeckling العملية.
    7. انقر فوق أداة المضلع ، وثم انقر على الصورة لتحديد المنطقة للفائدة (ROI).
    8. حدد من القائمة إيماجيج ، تحرير > "واضحة خارج" لإزالة الضوضاء الاستشعار في المواقع التي يكون فيها أي إشارة المتوقع (مثلاً، المناطق الواقعة خارج حدود جدار السفينة)، التي يمكن أن تقلل من دائرة الاستخبارات الوطنية الشاملة.
  2. حساب PIV
    ملاحظة: يستخدم هذا الجزء من البروتوكول PIV طرف ثالث المكونات الإضافية إيماجيج، الذي يعتمد على تركيب ذروة الضبابي لتمكين تقديراً للتشرد بدقة subpixel.
    1. حدد من القائمة إيماجيج ، الإضافات > وحدات الماكرو > تشغيل.. وانتقل إلى الماكرو المحفوظة إيجم 2. "رمز إضافي" الصليب-ربط أزواج الصورة المتعاقبة.
      ملاحظة: الماكرو العائدات على النحو التالي. 1) عبر ارتباط الحقل كثافة داخل صور متتالية يتم أولاً تحديد المحلية تشريد الجزيئات الراسم أدفيكتيد (أي، وأول صورة زوج يتكون من الصور الأولى والثانية، والزوج الثاني من الصورة تتكون الصور الثانية والثالثة، و ما إلى ذلك). 2) ثم يتم تنفيذ تقييم multipass مرحلتين مع أحجام الإطارات الاستجواب الأولى والأخيرة من 256 × 256 و 128 × 128 بكسل، على التوالي. وأخيراً، 3) يقوم الماكرو متوسط زمني مواصلة الحد من ظهور ناقلات زائفة.
  3. اختبار متوسط تطبيع (NMT)
    1. حدد من القائمة إيماجيج ، الإضافات > وحدات الماكرو > تشغيل.. وانتقل إلى الماكرو المحفوظة إيجم 3. "تعليمات برمجية إضافية" للتحقق من صحة سرعة الحقول عن طريق الاختبار متوسط تم تسويتها.
      ملاحظة: الماكرو العائدات على النحو التالي. 1) أولاً مقارنة كل متجه في حقل متجه لحظية لجيرانها أقرب الثمانية لحساب القيمة الوسطية. 2) ثم يتم حساب مجموعة الأخطاء المتبقية كالفرق بين كل ناقل المجاورة والمتوسط المحسوب. 3) ثم هو تطبيع الفرق بين ناقل قيد التحقيق ومتوسط قيمة متجه المجاورة بالوسيط للمخلفات. 4) ثم يقارن بقيمة عتبة (عادة، 0.2 بيكسل)، التي يمكن أن تختلف استناداً إلى المعرفة مسبقاً للضوضاء أثناء الحصول على الصورة. وأخيراً، 5) تتم بمتوسط الزمانية لجميع ناقلات لحظية المصادق عليها حقول لإنتاج حقل مركب، كما قد تبين زيادة جودة24حقل متجه.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويبين الشكل 2 عملية تصنيع الوهمية الأنسجة PDMS. أشباح صممت هذه الوثيقة تهدف لدراسة تدفق في تمدد الأوعية الدموية على مستوى العنق، الكييس، داخل الجمجمة المثالية، فضلا عن الشرايين مخرز التفريع الدانية. تصميم إضافية هامة تتضمن الميزات 1) خزان مشتركة التي تصب جميع السفن في، لضمان خروج السوائل غير المربوط من شبح-خلاف ذلك، قد يحدث تشكيل الحبرية في المنافذ سفينة أصغر؛ 2) فخ فقاعة، لتسهيل إزالة فقاعة؛ 3) تجويف جدار خارجي، لضمان توازي السفينة على متن الطائرة الأفقية، ف...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

البروتوكول الموضحة هنا طريقة مبسطة لإجراء دراسات PIV لتصور neurovascular يتدفق في الأبعاد ذات الصلة فسيولوجيا وتدفق ظروف المختبر فيالخطوط العريضة. في القيام بذلك، فإنه يخدم لاستكمال البروتوكولات ذكرت قبل الآخرين التي ركزت أيضا على تبسيط التحديد الكمي لحقول المتجهات، ولكن ضمن سياقات مختلفة جداً التي تتطلب النظر في أكبر بكثير من طول جداول25 أو انخفاض تدفق معدلات26،27 (مثلاً، تدفقات الغلاف الجوي أو ميكروسيركولاتوري)، وهكذا، ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لها علاقة بإعلان.

شكر وتقدير

الكتاب تقر دعم جزئي لهذا المشروع قدمت "منحة Seed التعاونية" من مكتب البحوث والتنمية الاقتصادية في "جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد".

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Solidworks 2015Dassault SystemsN / ACAD Software 
داو كورنينج سيلجارد 184 كيتإلسورث لاصق184 SIL ELAST KIT 3.9 كجمPDMS Kit
Stratasys Dimension EliteStratasys9180-00105طابعة ثلاثية الأبعاد
P430 نموذج خرطوشة الموادStratasys340-21202ABS مواد البناء 
P400 SR خرطوشة مواد الدعم القابلة للذوبانStratasys340-30200مواد الدعم
CleanStation DT3PM3 Technologies00-00300Rالحمام الأساسي
Lindberg Blue M LGO Box Furnace   ؛فرنLB305745Mحراري علمي
21 جرام BD PrecisionGlide إبرةBetcon DickensonBD 305167قطعة قالب ثقب متفرعة
مجفف (فراغ)Polylab55205مجفف
برانسون 1800 تنظيف UtrasonicبرانسونCPX-952-116Rسونيكاتور
أسيتونفيشر كيميائيA9494أسيتون
إيزوبروبول الكحولفيشر الكيميائيةA4514إيزوبروبول الكحول
الجلسرينفيشر الكيميائيةGW33500الجلسرين
10um البوليسترين الأصفر والأخضر جزيئات الفلورسنتMagsphere PSF-010UMحبات الفلورسنت
Phantom Miro & nbsp ؛Vision ResearchMiro M310كاميرا عالية السرعة
MicropumpCole-Parmer81101مضخة إعادة التدوير
Leica DM2000Leica MicrosystemsDM2000مجهر الفلورسنت
Leica 10X ObjectiveLeica Microsystems506259الهدف للثقب
Leica 2.5X الموضوعLeica Microsystemsالهدف 11506083 تمدد الأوعية الدموية كيس
لايكا الأزرق مرشح مكعب L5لايكا مايكروسيستمز513840مكعب مرشح أزرق
لايكا EL6000لايكا مايكروسيستمز11504115مصدر الضوء
AlconoxAlconox Inc1104-1
Detergent ImageJNIHN / Aبرنامج تحليل الصور مفتوح المصدر
https://imagej.nih.gov/ij/
سرعة صورة الجسيمات PIV البرنامج المساعدQingson TsengN / Ahttps://sites.google.com/site/qingzongtseng/piv
قياس

المراجع

  1. Grant, I. Particle image velocimetry: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 211 (1), 55-76 (1997).
  2. Lindken, R., Rossi, M., Große, S., Westerweel, J. Micro-Particle Image Velocimetry (µPIV): Recent developments, applications, and guidelines. Lab on a Chip. 9 (17), 2551(2009).
  3. Hove, J. R., et al. Intracardiac fluid forces are an essential epigenetic factor for embryonic cardiogenesis. Nature. 421, 172(2003).
  4. Ando, J., Yamamoto, K. Vascular Mechanobiology. Circulation Journal. 73 (11), 1983-1992 (2009).
  5. Conway, D. E., et al. Fluid Shear Stress on Endothelial Cells Modulates Mechanical Tension across VE-Cadherin and PECAM-1. Current Biology. 23 (11), (2013).
  6. Kuhlencordt, P. J., et al. Accelerated Atherosclerosis, Aortic Aneurysm Formation, and Ischemic Heart Disease in Apolipoprotein E/Endothelial Nitric Oxide Synthase Double-Knockout Mice. Circulation. 104 (4), 448-454 (2001).
  7. Lieber, B. B., Stancampiano, A. P., Wakhloo, A. K. Alteration of hemodynamics in aneurysm models by stenting: Influence of stent porosity. Annals of Biomedical Engineering. 25 (3), 460-469 (1997).
  8. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180° Curved Artery Test Section. Journal of Visualized Experiments. (113), e51288(2016).
  9. Tseng, Q., et al. Spatial organization of the extracellular matrix regulates cell-cell junction positioning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (5), 1506-1511 (2012).
  10. Shavit, U., Lowe, R. J., Steinbuck, J. V. Intensity Capping: a simple method to improve cross-correlation PIV results. Experiments in Fluids. 42 (2), 225-240 (2007).
  11. Raffel, M., Willert, C. E., Werely, S., Kompenhans, J. Particle Image Velocimetry: a Practical Guide. , Springer. New York, NY. (2007).
  12. Kerl, H. U., et al. Implantation of Pipeline Flow-Diverting Stents Reduces Aneurysm Inflow Without Relevantly Affecting Static Intra-aneurysmal Pressure. Neurosurgery. 74 (3), 321-334 (2014).
  13. Lieber, B. B., Livescu, V., Hopkins, L. N., Wakhloo, A. K. Particle Image Velocimetry Assessment of Stent Design Influence on Intra-Aneurysmal Flow. Annals of Biomedical Engineering. 30 (6), 768-777 (2002).
  14. Charonko, J., Karri, S., Schmieg, J., Prabhu, S., Vlachos, P. In vitro, time-resolved PIV comparison of the effect of stent design on wall shear stress. Annals of Biomedical Engineering. 37 (7), 1310-1321 (2009).
  15. Rand, P. W., Lacombe, E., Hunt, H. E., Austin, W. H. Viscosity of normal human blood under normothermic and hypothermic conditions. Journal of Applied Physiology. 19 (1), 117-122 (1964).
  16. Kenner, T., Leopold, H., Hinghofer-Szalkay, H. The continuous high-precision measurement of the density of flowing blood. Pflügers Archiv European Journal of Physiology. 370 (1), 25-29 (1977).
  17. Hoyt, L. F. New Table of the Refractive Index of Pure Glycerol at 20°C. Industrial & Engineering Chemistry. 26 (3), 329-332 (1934).
  18. Cai, Z., Qiu, W., Shao, G., Wang, W. A new fabrication method for all-PDMS waveguides. Sensors and Actuators A: Physical. 204, 44-47 (2013).
  19. Bouillot, P., et al. Particle imaging velocimetry evaluation of intracranial stents in sidewall aneurysm: hemodynamic transition related to the stent design. PloS ONE. 9 (12), 113762(2014).
  20. Trager, A. L., Sadasivan, C., Lieber, B. B. Comparison of the in vitro hemodynamic performance of new flow diverters for bypass of brain aneurysms. Journal of Biomechanical Engineering. 134 (8), 084505(2012).
  21. Clauser, J., et al. A Novel Plasma-Based Fluid for Particle Image Velocimetry (PIV): In-Vitro Feasibility Study of Flow Diverter Effects in Aneurysm Model. Annals of Biomedical Engineering. 46 (6), 841-848 (2018).
  22. Johnston, I. D., McCluskey, D. K., Tan, C. K. L., Tracey, M. C. Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering. Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (3), 035017(2014).
  23. Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Analytical Chemistry. 75 (23), 6544-6554 (2003).
  24. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. A PIV Algorithm for Estimating Time-Averaged Velocity Fields. Journal of Fluids Engineering. 122 (2), 285(2000).
  25. Bosbach, J., Kühn, M., Wagner, C., Raffel, M., Resagk, C. Large-Scale Particle Image Velocimetry of Natural and Mixed Convection. 13th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. , (2006).
  26. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. PIV measurements of a microchannel flow. Experiments in Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).
  27. Lima, R., et al. In vitro blood flow in a rectangular PDMS microchannel: experimental observations using a confocal micro-PIV system. Biomedical Microdevices. 10 (2), 153-167 (2008).
  28. Kuo, C. -C., Mao, R. -C. Development of a Precision Surface Polishing System for Parts Fabricated by Fused Deposition Modeling. Materials and Manufacturing Processes. 31 (8), 1113-1118 (2016).
  29. Kang, K., Oh, S., Yi, H., Han, S., Hwang, Y. Fabrication of truly 3D microfluidic channel using 3D-printed soluble mold. Biomicrofluidics. 12 (1), 014105(2018).
  30. Prasad, A. K. Particle Image Velocimetry. Current Science. 79 (1), 51-60 (2000).
  31. Dellenback, P. A., Macharivilakathu, J., Pierce, S. R. Contrast-enhancement techniques for particle-image velocimetry. Applied Optics. 39 (32), 5978-5990 (2000).
  32. Cowen, E. A., Monismith, S. G. A hybrid digital particle tracking velocimetry technique. Experiments in Fluids. 22 (3), 199-211 (1997).
  33. Gruen, A. W. Adaptive least squares correlation: a powerful image matching technique. South African Journal of Photogrammetry, Remote Sensing and Cartography. 14 (3), 175-187 (1985).
  34. Nogueira, J., Lecuona, A., Rodríguez, P. A. Data validation, false vectors correction and derived magnitudes calculation on PIV data. Measurement Science and Technology. 8 (12), 1493-1501 (1997).
  35. Loudon, C., Tordesillas, A. The Use of the Dimensionless Womersley Number to Characterize the Unsteady Nature of Internal Flow. Journal of Theoretical Biology. 191 (1), 63-78 (1998).
  36. Drost, S., De Kruif, B. J., Newport, D. Arduino control of a pulsatile flow rig. Medical Engineering and Physics. 51, 67-71 (2017).
  37. Tsai, W., Savaş, Ö Flow pumping system for physiological waveforms. Medical & Biological Engineering & Computing. 48 (2), 197-201 (2010).
  38. Kato, T., et al. Contrast-enhanced 2D cine phase MR angiography for measurement of basilar artery blood flow in posterior circulation ischemia. American Journal of Neuroradiology. 23 (8), 1346-1351 (2002).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

ImageJ PDMS
الحجم المتوسط الجسيمات الصورة فيلوسيميتري دراسات Neurovascular التدفقات في المختبر
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.