在180°弧形动脉试验段的二次流动结构下游的型号IV型支架失败的实验研究

摘要

狭窄动脉曲率的支架植入物容易发生"IV 型"失败，涉及支架完全横向骨折和骨折部位的线性位移。我们提出了一种在弯曲动脉模型中检测二次血流（涡度）结构的方案，该方案位于临床相关的"IV 型"支架失败的下游。

摘要

动脉网络在人血管包括目前普遍存在血管复杂的几何形状（树枝，曲率和扭曲）的。二次流结构，由于离心力的作用，不良压力梯度和流入特性的共同作用发生弯曲动脉涡流模式。这样的流动形态由搏动和生理流入条件的多次谐波很大的影响，并且尺寸强度形特性变化很大相比非生理（稳定和振荡）流^{1 - 7。}

二次流结构可能最终影响血液传播颗粒的壁面剪切应力和暴露时间对动脉粥样硬化，再狭窄，血小板的宣传和血栓形成⁴进展^{- 6，8 - 13}因此，要检测和检定这些结构在实验室的能力。 -controlled条件precurs或者进一步的临床研究。

一个常见的​​手术治疗动脉粥样硬化是支架植入术，开辟了通畅血流狭窄动脉。但随之而来的气流扰动由于支架安装导致多尺度二次流形态^{4 - 6}逐步高阶复杂如在相干不对称和损失可以通过随后的支架故障相-à-相那些未扰动流⁵下被诱导。这些支架的失败被列为基于故障因素和临床严重度^14“类型I至IV”。

这项研究提出了预计将在弯曲动脉模型来完成横向支架断裂和骨折部位的线性位移（“IV型”）的复杂的二次流结构的实验研究的协议。实验方法包括粒子图像测速的实现（2C-2ðPIV）技术，与典型的颈动脉流入波形，折射率匹配的血液模拟工作流体相的平均测量^{15 - 18}使用流的物理概念，临界点理论和新型达到二次流结构的定量化识别小波变换应用到实验数据PIV ^5，6，19算法^{- 26。}

引言

二次流结构是发生在内部流动的几何形状与弯曲，例如弯曲管道和渠道涡流模式。这些涡结构的出现是由于离心力的作用，不良压力梯度和流入特性的共同作用。在一般情况下，二次流结构出现在弯曲的管道作为下稳定流入对称迪安型涡流的平面的横截面，并振荡流入条件下对称迪安和莱恩型涡流^{。1 - 3}二次流形态有很大的影响搏动搏动和多个谐波，生理条件的流入。相比于非生理（稳定振荡）流量¹这些结构取得明显不同的大小强度，形状特征^{- 6}在动脉粥样硬化病变的发展是由高频剪切振荡的存在，在地区的影响经历了低平均剪切^27,28

动脉粥样硬化的常见治疗，造成阻塞性病变动脉狭窄的并发症，是支架植入。支架骨折植入的支架导致进一步的并发症，如支架内再狭窄（ISR），支架内血栓形成和动脉瘤形成⁹的结构破坏^{- 13}支架断裂被分为不同的失败“类型I至IV”，其中“IV型”特征的最高临床严重性和被定义为与支架的片段¹⁴的线性位移沿着支架支杆的完全横向断裂。在本研究中提出的协议描述了一种experimenta一个理想化的“IV型”支架在弯曲的动脉断裂模型下游二次流结构的可视化l的方法。

建议的协议有以下四个基本特征：

方案

1.设计和支架模型的制备

注：以下步骤已经遵循创建直线和曲线支架的实验室规模的模型。两个支架模型的安装将体现一个“Ⅳ型”断裂（碎裂和断裂支架份线性位移）。

注：作者使用Pro / ENGINEER软件在研究的时间创造了支架几何CAD模型。下面的过程是广义可能不包括通用于所使用的CAD软件方面。用其他CAD软件也可以使用。接下来的步骤是适用于，在研究时使用的作者，并从制造商的网站已经适应了CAD软件。对于作者所使用的快速成型机进一步的描述，请参见材料清单。为支架设计的参数方程和初始化值在钽介绍竹叶提取1和图1D和1E是快速成型后的直线和曲线的支架模型的例子。

1. 通过定义参数方程和在笛卡尔（XYZ）坐标系统初始化左和右螺旋的参数（ 表1）创建直支架的几何形状。
   1. 产生在大约一直基准线或z轴，用公式的平面圆形阵列的一组10等间隔左转螺旋。 1，2，3和5 表1所示，与匝数的初始化值
      （ ），沥青，支架丝厚度（

结果

在图7A-D呈现的结果的后处理的二次流的速度数据之后产生（参见图5，图6）从图3A所示2C-2D PIV系统获得的。供给到与理想化“Ⅳ型”支架断裂弯曲动脉试验段的流入条件是在图4B所示的颈动脉波形。我们以前的研究已经证明二次流结构的敏感性减速条件在各种脉动流入波形的一定范围Womersley数字内 ^{4 - 6}因此，时间实例在图7A-D呈现的结果的，被选择以对应于颈动脉流入的收缩期减速W相aveform。不同大小强度形态特征的相干二次流结构在不同平面的横截面呈现

讨论

本文介绍的协议描述了采集中使用粒子图像测速技术（PIV）和相干结构检测方法，即，连续小波变换高保真的实验数据， ，适合于涡和切主导的流动鉴定。从以理想化“IV型”断裂的存在生理流入实验数据的分析表明，与复杂的流体动力效应，如流动结构不对称性和变异在时空分布不能从简单的流体动力学理论预测的次要流结构。

有在此协议即执行四个关键步骤。，（ⅰ）的设计与实验室规模的支架模型​​的制造中，（ii）一种血液模拟工作流体的制备与血液和refrac运动粘度匹配弯曲的动脉模型略去指数，（ⅲ）的非侵入性的实验装置（2C-2D PIV）和（iv）用于识别动脉血流模式高级相干结构的检测方法。

Womersley号是涉及脉动流频率粘性效应⁷的无量纲参数。雷诺数涉及惯性力粘性流动的力量。迪恩数涉及在流中出现的通过弯曲管道惯性向心力和粘性力^1,2。细节有关与Womersley和雷诺数生理波形的.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
丙烯酸管和板材	McMaster-Carr Supply Company		弯曲动脉测试段的入口和出口管道和材料
Object24 桌面 3D 打印机	Stratasys		桌面快速原型机。http://www.stratasys.com
VeroWhitePlus 不透明材料	Stratasys		Object24 桌面 3D 打印机的建筑材料
Fullcure 705	Stratasys		无毒凝胶状光敏聚合物 Object24桌面3D打印机
Ubbelohde粘度计	Cole Parmer	YO-98934-12	用于测量血液模拟液的运动粘度
VELP scientifica - ESP搅拌器	VELP Scientifica	F206A0179	磁力搅拌器
Ohaus Scout Pro SP 601	The Lab Depot	SP4001	称重折
光仪	Atago	PAL-RI	用于测量血液模拟液的折射率
烧杯、移液管、注射器和刮刀	Sigma-Aldrich	CLS710110， CLS10031L、CLS71015、CLS71011 Z193216	用于处理血液类似物溶液制备所需的材料
碘化钠	Sigma-Aldrich	383112-2.5KG	结晶
甘油	Sigma-Aldrich	G5516-1L	液体
去离子水	-	-	液体
硫代硫酸钠 无水	Sigma-Aldrich	72049-250G	粉末
PIV 记录介质	LaVision	Imager Intense 10Hz	PIV 图像采集 CCD 相机
PIV 照明源	New Wave Research	Solo III-15	PIV 激光源，Nd：YAG 激光器，532 nm，双脉冲 70 mJ/脉冲
PIV 成像软件	LaVision	DaVis 7.2	PIV 数据采集和仪器控制
PIV 晶种材料	Thermo-scientific	Flouro-Max	Red 荧光聚合物微球 （≈ 7 µm);干染聚苯乙烯 （DVB） 荧光微球在较短的光线照射下会发出明亮而鲜明的颜色波长大于发射波长。