التحقيق التجريبي للهياكل تدفق الثانوية المصب من الفشل نموذج النوع الرابع الدعامة في قسم اختبار 180 درجة الشريان منحني
يوليو 19, 2016
غرسات الدعامة في الانحناءات الشريانية المضيقة عرضة لفشل "النوع الرابع" الذي يتضمن الكسر المستعرض الكامل للدعامات والإزاحة الخطية للأجزاء المكسورة. نقدم بروتوكولا للكشف عن هياكل التدفق الثانوي (الدوامة) في نموذج الشريان المنحني ، في اتجاه مجرى فشل الدعامات "من النوع الرابع" ذي الصلة سريريا.
يوضح هذا الفيديو كيفية استخدام قياس سرعة صورة الجسيمات ، واكتشاف البنية المتماسكة ، لاكتشاف التدفق الثانوي أو الهياكل النمطية في نموذج الشريان المنحني ، لفهم الأهمية السريرية لفشل الدعامة من النوع الرابع بشكل أفضل. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في ديناميكا الدم القلبية الوعائية. مثل ، كيف يمكن أن تؤثر الدعامات ، التي يمكن أن تتدهور بمرور الوقت وتكسر في النهاية ، على أنماط تدفق الدم وتؤثر على تطور المرض في إعادة تشكيل الأوعية الدموية.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسهل التحقيق في القياسات في الجسم الحي وفي المختبر في التدفقات الشريانية الفسيولوجية المعقدة التي تنطوي على كسور الدعامات والدعامات. سيظهر الإجراء محمد نجاري ، طالب دراسات عليا ، وجيسيكا هينكي ، طالبة جامعية. تحضير محلول تناظري للدم يتكون من محلول يوديد الصوديوم المشبع بنسبة 79٪ و 20٪ جلسرين و 1٪ ماء منزوع الأيونات.
ابدأ بمحلول يوديد الصوديوم المشبع ، ثم أضف الجلسرين بزيادات صغيرة باستخدام حقنة حتى يتم إضافة الحجم الكامل للجلسرين. بين الإضافات ، انتظر حتى يصبح المحلول متجانسا بشكل واضح ، ولاحظ حجم كل إضافة جلسرين. بعد ذلك ، أضف الحجم المطلوب من الماء ، واستمر في التقليب حتى يتجانس المحلول التناظري للدم بشكل واضح.
أخيرا ، أضف كميات صغيرة جدا من ثيوسلفات الصوديوم باستخدام ملعقة حتى يصبح المحلول صافيا بصريا. للبدء ، قم بإنشاء ملفات STL عالية الدقة من نماذج الدعامات المستقيمة والمنحنية. في البرنامج، حدد تصدير ونموذج من قائمة الملفات.
اختر خيار STL ، واضبط ارتفاع الوتر على صفر ، واضبط التحكم في الزاوية على واحد. تنظم قيمة التحكم في الزاوية مقدار الفسيفساء على طول السطح بنصف قطر صغير ، ويمكن ضبط الإعداد بين صفر وواحد. ثم انقر فوق موافق لإنشاء ملف STL.
بعد ذلك ، قم بتصنيع نماذج الدعامات على آلة النماذج الأولية السريعة. للقيام بذلك ، ابدأ برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد وانقر فوق إدراج لتحديد موقع ملف STL على كمبيوتر الطابعة ثلاثية الأبعاد. بعد ذلك ، حدد الملف المطلوب وقم بتشغيل الماوس لوضع ملف STL على نظام أساسي افتراضي على الشاشة.
بعد ذلك ، باستخدام الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، قم بتثبيت الدعامة في قسم اختبار الشريان المنحني لإعادة إنشاء سيناريو كسر مثالي من النوع الرابع. يستلزم كسر عرضي كامل للدعامات وإزاحة خطية للأجزاء المجزأة. الآن ، قم بتجميع الإعداد على طاولة بصرية.
قم بتوصيل أنابيب الأكريليك المستقيمة بمدخل ومخرج قسم اختبار الشريان المنحني بزاوية 180 درجة. للبدء ، اضبط موضع الليزر بشكل كبير عن طريق إضاءة قطعة صغيرة من الورق. اجعل لوح الليزر بسمك 2 مم تقريبا عن طريق ضبط التركيز.
بعد ذلك ، استهدف ورقة الليزر على طول الجزء 90 درجة من منطقة القياس مع وضع الورقة عموديا على الطاولة. بعد ذلك ، ضع كاميرا بالقرب من موقع الصفر أو 180 درجة لعرض منطقة المقطع العرضي المضاءة بواسطة لوح الليزر. اضبط محاذاة الليزر والكاميرا بشكل تدريجي بحيث ترى الكاميرا المقطع العرضي الدائري للشريان المنحني بأقل قدر من تشويه الجسيمات ، والذي يتم تقييمه باستخدام وظيفة Grab في البرنامج.
بمجرد أن تصبح الكاميرا والليزر في موضعهما ، احصل على صور لمجالات التدفق الثانوية. أولا ، قم بتشغيل المضخة القابلة للبرمجة. في برنامج التحكم في أداة المضخة ، اضبط السعة على فولت واحد.
اضبط إزاحة التيار المستمر على صفر فولت. اضبط عدد الخطوات الموقوتة على 1000، واضبط الفترة الزمنية على أربع ثوان. تتم مناقشة الإعدادات الإضافية في بروتوكول النص.
بعد ذلك ، قم بتحميل الملف النصي الذي يحتوي على قيم شكل الموجة الزمنية للجهد ، وقم بتشغيل البرنامج لتزويد السائل التناظري للدم للتجربة. في برنامج الحصول على بيانات PIV ، بعد النقر فوق علامة التبويب تسجيلات جديدة ، حدد الجهاز ضمن قسم الإعدادات ، وتأكد من ضبط الليزر على تشغيل باستخدام إعدادات الطاقة المناسبة. انتقل إلى التحكم بالليزر لتأكيد القيم.
انتقل إلى التوقيت واضبطه على مشغل دوري خارجي. انقر فوق Acquisit ، وحدد مسح الجدول ، وتحرير مسح الجدول ، وإلحاق المسح الضوئي ، وقم بتعبئة إعدادات المسح عن طريق إدخال وقت البدء الذي يمثل التباطؤ الانقباضي. زيادة الوقت ووقت انتهاء الحصول على بيانات PIV.
يجب ضبط الوقت المرجعي أو DT1 أو الوقت بين نبضات الليزر. ثم انقر فوق إغلاق. ضمن اكتساب ، انقر فوق الحصول على الصور وأدخل عدد الصور على أنه 200.
الآن ، نظام PIV جاهز للحصول على البيانات. حدد بدء التسجيل للحصول على قياسات حسب الطور ، باستخدام إشارة الزناد من وحدة التحكم في أداة المضخة. سيتم بعد ذلك الحصول على العدد المحدد لحقول المستوى أو السرعة في كل مثيل وقت ، وفي موقع قسم الاختبار 90 درجة المرتب مسبقا.
عند الانتهاء من التسجيل ، قم بإيقاف تشغيل الليزر. قم بإيقاف تشغيل المضخة وإيقاف تشغيل الكاميرا واستبدال غطاء العدسة. باستخدام ملف التعليمات البرمجية التكميلية ، احسب حقول متوسط الطور و RMS Secondary Flow Velocities و Vorticity و Swirling Strength.
في البرنامج ، قم بتهيئة الإعداد المتعلق بالمقياس المحدد وأرسله إلى تعريف القناع. راجع ملف الرمز التكميلي للحصول على التفاصيل. في البرنامج ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق أي بيانات PIV ، وابدأ معالجة الدفعات.
حدد عملية Vector Statistics ، Vector Field Results من مجموعة Statistics ، وانقر فوق المعلمة في مربع الحوار. قم بتبديل خيارات متوسط V و RMSV ضمن قسم حقل المتجه. ثم حدد عملية Vorticity من المجموعة Extract Scalar Fields Rotation and Shear.
هذا يجد الدوامة ثنائية الأبعاد في المقطع العرضي المستوي. الآن ، ابدأ المعالجة عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على أي بيانات PIV ضمن نافذة المشروع ، وتحديد Hyperloop All Sets. لحساب حقول قوة الدوران للكشف عن هياكل التدفق الثانوية، انقر بزر الماوس الأيمن فوق أي بيانات PIV، وحدد حقل متجه السرعة في الشجرة، وابدأ معالجة الدفعات.
ثم حدد عملية قوة الدوران من المجموعة استخراج الحقول العددية الدوران والقص ، وانقر فوق إغلاق. الآن ، انقر بزر الماوس الأيمن على نفس حقل متجه السرعة ، وحدد Hyperloop All sets ، واضبط معلمات معالجة الدفعات كما كان من قبل. أخيرا ، قم بتنفيذ حساب حقول قوة الدوران.
تم الحصول على بيانات سرعة التدفق الثانوية في موقع المقطع العرضي 90 درجة من نظام 2C 2D PIV. كانت حالة التدفق التي تم توفيرها لقسم اختبار الشريان المنحني مع كسر دعامة من النوع الرابع المثالي هي شكل موجة الشريان السباتي. تم إنشاء بيانات مجال سرعة التدفق الثانوية باستخدام تقنية PIV ، عبر مزامنة الزناد الذي ينتجه كمبيوتر التحكم في أداة المضخة.
تم تطبيق المعالجة اللاحقة للبيانات على البيانات المنقطة ، لتحديد معيار Q وقوة الدوران أو معيار Landis ci-ci أثناء التباطؤ الانقباضي. تمت مقارنة مجالات التدفق المستندة إلى قوة الدوران ومعيار Q. تم فحص الأنماط النبتية المميزة بشخصيات DLW ، والتي تمثل أنماط DLW المشوهة من نوع Dean-Lynn و Wall ، والمناطق التي يهيمن عليها الإجهاد ، في أربعة مواقع مقطعية متميزة أثناء التباطؤ الانقباضي.
تم تطبيق الطريقة المستمرة القائمة على تحويل المويجة على مجال دوامة التدفق الثانوي ، مما مكن من اكتشاف الدوامة بمزيد من التفاصيل في الشكل والحجم والقوة. أخيرا ، تمت مقارنة معيار Q ، وقوة الدوران ، وحقول التدفق المستندة إلى تحويل المويجة. كشفت الطريقة المستندة إلى Wavelet Transformed عن وجود أنماط نبتية معقدة بتفاصيل كبيرة في الحجم والحجم ونقاط القوة.
بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في ثماني ساعات تقريبا ، بما في ذلك الحصول على بيانات PIV والمعالجة اللاحقة ، بعد طباعة دعامات النموذج على طابعة ثلاثية الأبعاد. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر التأكد من مطابقة معامل انكسار السائل التناظري للدم بشكل كاف باستخدام كميات دقيقة من ثيوسلفات الصوديوم. في المستقبل ، لتحسين دقة نتيجة النظرية ، وتقليل التشويه البصري ، سنستخدم خريطة معايرة PIV مثل هذه.
بعد هذا الإجراء ، يمكن تقييم التدفقات في الأوعية الدموية الخاصة بالمريض من أجل الإجابة على أسئلة إضافية تتعلق بالحالات المرضية ، مما يسمح بوصول غير مسبوق إلى ديناميكا الدم للأطراف الاصطناعية وغرسات الدعامات والدعامات المكسورة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة بروتوكولًا للكشف عن هياكل التدفق الثانوي في نموذج الشريان المنحني، خاصة في سياق حالات فشل الدعامات من النوع الرابع. تهدف الطريقة إلى تعزيز فهم كيفية تأثير كسور الدعامات على أنماط تدفق الدم وتطور المرض.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الديناميكا الدموية القلبية
- تحليل فشل الدعامات
- ديناميات السوائل في الأنظمة الوعائية
الخلفية
- يمكن أن تتعرض الدعامات في الشرايين الضيقة لكسور عرضية كاملة.
- تتضمن حالات الفشل من النوع الرابع إزاحة كبيرة لأجزاء الدعامة المكسورة.
- فهم أنماط التدفق بعد الكسر أمر حاسم للنتائج السريرية.
- تعد تقنية قياس السرعة بالصور الجسيمية تقنية رئيسية لتحليل التدفق.
غرض الدراسة
- للتحقيق في تأثير كسور الدعامات على تدفق الدم.
- لاستخدام تقنيات التصوير المتقدمة لكشف التدفق.
- لتوفير رؤى حول تطور الأمراض القلبية الوعائية.
الطرق المستخدمة
- قياس السرعة بالصور الجسيمية لقياس التدفق.
- اكتشاف الهياكل المتماسكة لتحديد الهياكل الدوامية.
- تحضير محلول مماثل للدم للاستخدام التجريبي.
- قياسات داخل الجسم وخارج الجسم في تدفقات الشرايين المعقدة.
النتائج الرئيسية
- الكشف الناجح عن هياكل التدفق الثانوي في النموذج.
- رؤى حول كيفية تعديل كسور الدعامات الديناميكا الدموية.
- أظهرت جدوى الطرق المقترحة.
- ساهمت في فهم الأهمية السريرية لحالات فشل الدعامات.
الاستنتاجات
- توفر الدراسة بروتوكولًا قيمًا للبحث المستقبلي.
- فهم ديناميات التدفق يمكن أن يساهم في تحسين تصميم الدعامات.
- تحتاج الدراسات الأخرى لاستكشاف التأثيرات طويلة الأمد لكسور الدعامات.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This method enables mechanistic de-risking of cardiovascular device performance by quantifying how stent fractures alter hemodynamic environments linked to restenosis and thrombosis. It supports target validation in preclinical models by linking structural failure modes to functional flow disruptions. The approach provides predictive confidence for stent design iteration and portfolio triage in vascular device development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by correlating stent fracture morphology with secondary flow alterations that influence atherosclerotic progression.
- Operational Value: Enables biological de-risking through reproducible detection of vortical structures under physiologically relevant pulsatile inflow.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated disease-relevant systems for downstream compound screening by establishing baseline hemodynamic phenotypes in stent-failure models.
- Operational Value: Delivers quantitative, standardized outputs (vorticity, swirling strength) enabling assay reproducibility and cross-laboratory comparability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery to preclinical validation by characterizing flow-mediated biological responses in curved artery models mimicking human vasculature.
- Operational Value: Supports risk-adjusted advancement decisions by identifying hemodynamic thresholds associated with pro-thrombotic conditions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical assessment, enabling iterative design-refinement cycles for vascular prosthetics.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by revealing how mechanical stent failure induces flow patterns that modulate endothelial activation and platelet sensitization.
- Screening: Delivers assay readiness via phase-averaged PIV measurements that capture transient hemodynamic events during systolic deceleration.
- Analytics: Generates multi-parametric readouts (Q-criterion, swirling strength, wavelet-transformed fields) for comparative analysis of flow coherence and vortex strength.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by linking stent-induced flow disturbances to established biomarkers of vascular inflammation and remodeling.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable hemodynamic phenotyping platform applicable across stent geometries, failure modes, and arterial curvatures.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in flow-mediated pathogenesis.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through refractive index matching, phase-averaging, and automated vortex detection algorithms.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by quantifying hemodynamic risk early, reducing late-stage biological failure in vascular device programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of stent designs based on flow disturbance profiles linked to clinical outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiovascular fluid dynamics, PIV instrumentation, and coherent structure detection methodologies.
- Dependent on high-speed lasers, dual-camera PIV systems, and refractive index-matched fluid handling capabilities.
- Necessitates cross-functional standardization between bioengineering, imaging, and data analysis teams for consistent vortex identification.
- Involves adaptation considerations when extending to patient-specific geometries or non-Newtonian blood analogs under varying shear rates.
- Practical limitations include optical access constraints in highly curved test sections and signal-to-noise challenges in low-velocity secondary flow regions.
