Name: 在一个容器的支架部署在监测的墙力学 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: 学习使用Aramis光学应变测量系统监测支架植入引起的血管壁非均匀应变分布。该方法通过非接触式测量技术为心血管支架设计和血管力学研究提供重要数据支持。

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本研究部分由美国国家航空航天局内布拉斯加太空拨款和国家科学基金会资助，项目编号为0926880。

1. 乳胶容器的制备
<ol>
	<li>将乳胶管的两端固定在已紧固于坚固工作台上的带刺软管接头上。</li>
	<li>测量乳胶管上的目标区域，以确定视场范围。支架测试的目标区域应以带刺软管接头之间的中心位置为中心，并在支架两侧各延伸约一英寸，以便观察支架区域外的应变情况。</li>
	<li>记录从一个带刺软管接头外缘到两接头之间中心位置的距离，该位置也近似为乳胶管的中心。通过从支架中心沿导管向上测量，将该距离标定到导管上，然后用记号笔在导管上做标记。</li>
	<li>将乳胶管从带刺软管接头上取下。</li>
	<li>通过在目标区域喷涂黑白随机斑点图案的喷漆，或使用永久性记号笔在目标区域标记随机点，对乳胶管进行预处理。对于较小的样品，需要更精细的随机图案。</li>
</ol>
2. 体外 测试系统及 ARAMIS 系统的校准
<ol>
	<li>选择一个比步骤1中测量的兴趣区域稍大的校准板。</li>
	<li>将校准板放置在兴趣区域的卡箍软管接头之间，并确保兴趣区域光照充足。</li>
	<li>根据所选的校准板，调整两个相机之间的距离、相机到样品的距离以及相机高度。每种校准板均不相同，因此需参考ARAMIS用户手册以确定这些距离。</li>
	<li>在ARAMIS中通过选择“文件”，然后选择“新建项目”来创建一个新项目。接着点击“传感器”选项卡，选择“校准”，然后选择“完整校准”。</li>
	<li>ARAMIS软件将引导用户完成相机校准的各个步骤。</li>
	<li>将镜头光圈完全打开，通过松开相机上的固定螺钉并旋转镜头，将相机对焦于校准板上。对焦完成后，重新拧紧固定螺钉并关闭光圈。</li>
	<li>拍摄校准过程的第一张图像。根据计算机屏幕上的提示移动或旋转校准板，直到图像在计算机屏幕上清晰对焦，然后拍摄第二张图像。对剩余的校准图像重复此过程。</li>
	<li>完成所有校准图像的拍摄后，ARAMIS成像分析软件将计算校准参数。如果校准偏差大于0.04，则应重复校准过程。任何对相机对焦或相机间距离的调整都将使当前校准失效。</li>
	<li>移除校准板，并将涂有标记的乳胶血管重新安装到卡箍软管接头之上。</li>
</ol>
3. 预实验以避免过高的背景噪声
<ol>
	<li>确定测试所需的每秒帧数。每秒帧数越高，应变结果越均匀。</li>
	<li>将快门速度调整至小于每秒1帧，并确保图像上不显示红色。</li>
	<li>采集5张图像。</li>
	<li>在图像序列上添加起始点，并运行测试计算。</li>
	<li>在按住“ctrl”键的同时，点击样品中心以观察背景噪声。如果测试前的噪声超过75微应变，则必须重新进行校准。</li>
</ol>
4. 支架置入
<ol>
	<li>选择测试期间需要采集的图像数量。支架扩张过程采集200张图像即可满足要求。</li>
	<li>将导管逐渐插入乳胶血管中，并利用导管上的标记指示器引导支架进入，直至到达中心位置。</li>
	<li>开始使用ARAMIS系统采集图像。</li>
	<li>对于球囊扩张式支架，逐步增加球囊压力使支架扩张，直至球囊完全膨胀；然后逐渐将球囊压力降至零，使球囊放气，并随导管一同撤出。</li>
	<li>对于自扩张式支架，逐步撤除鞘管，直至支架完全展开；然后逐渐回撤导管。</li>
</ol>
5. 图像分析
<ol>
	<li>血管上特定点的应变历史
	<ol>
		<li>按住“ctrl”键并点击感兴趣区域，创建一个阶段点。</li>
		<li>选择所需的应变类型，即X方向、Y方向、XY方向、主应变、次应变或Mises应变。</li>
		<li>右下角的图表将显示在测试持续时间内所选点的应变情况。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>沿血管特定路径的空间应变
	<ol>
		<li>点击“sections”选项卡，然后选择“create section”，创建一个多阶段点线。在图像上选择一条平行于X轴且Y等于零的直线，这将在一条线上生成多个阶段点。</li>
		<li>多阶段线创建完成后，角落处的图表将显示一幅包含多条曲线的图。每条曲线代表在某一时刻沿该截面长度方向的应变分布。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>创建最佳拟合圆柱体以分析血管的扩张速率和半径
	<ol>
		<li>在上方工具栏中选择“primitives”，然后选择“best fit cylinder”。</li>
		<li>使用右侧工具栏中的“select through surface”工具，在图像上选择一个小区域。</li>
		<li>ARAMIS软件将生成一个三维最佳拟合圆柱体。</li>
		<li>随后可逐帧浏览图像，观察乳胶血管直径的变化情况。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>评估两点之间的距离
	<ol>
		<li>在“analysis”选项卡下，点击“point to point distance”。</li>
		<li>在图像上选择两个点，以确定需要分析的长度。</li>
		<li>随后可逐帧浏览图像，观察两点间距离随时间的变化情况。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 代表性结果
支架梁将血管壁向外扩张，因此支架所在区域的应变通常较高。图1展示了球囊扩张支架回缩过程中应变分布图的示例，以及某一特定点的主要应变历史。在图1中，黑色圆点为参考点，高速摄像机利用这些参考点来捕捉并追踪管道上这些点的位移。根据记录的参考点运动数据，软件将用于计算管道或任何其他目标物体的应变。主应变（也称最大主应变）按如下公式计算：
<img alt="应变变换方程，材料应力-应变分析，数学公式。" src="/files/ftp_upload/3945/3945eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="方程 1">
显然，植入的支架导致血管表面应变分布不均。这可能是由于两端受约束的乳胶导管产生的回缩载荷以及支架的网格结构所致。该应变场对应于支架回缩的初始阶段，如图1底部图像中红色十字标记所示。特定点10的主要应变历史曲线呈现出支架植入过程中的不同阶段。球囊扩张发生在约10至12秒之间，而球囊放气后的支架回缩则发生在12至14秒之间。
<img alt="静力学平衡分析；应变分布图与曲线图；拉伸应力实验。" src="/files/ftp_upload/3945/3945fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图1"> 
图1. 实验装置示意图（上）；支架导管表面的非均匀应变分布（中）；位置10处的主要应变历史曲线（下）。

<ol><li>Fischman, D. L., Leon, M. B., Baim, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+comparison+of+coronary-stent+placement+and+balloon+angioplasty+in+the+treatment+of+coronary+artery+disease.+Stent+Restenosis+Study+Investigators%5BTitle%5D)+AND+%22N.+Engl.+J.+Med%22%5BJournal%5D)">A randomized comparison of coronary-stent placement and balloon angioplasty in the treatment of coronary artery disease. Stent Restenosis Study Investigators.</a> N. Engl. J. Med. 331, 496-501 (1994).</li>
<li>Abul Hasan Muhammad Bashar, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+Properties+of+Various+Z-Stent+Designs%3A+An+Endovascular+Stent-Grafting+Perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Mechanical Properties of Various Z-Stent Designs: An Endovascular Stent-Grafting Perspective.</a> Artificial Organs. 27, 714-721 (2003).</li>
<li>Nuutinen, J. uha-P. ekka <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+and+in+vitro+degradation+of+bioabsorbable+self-expanding+braided+stents%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomaterials+Science+--+Polymer+Edition%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties and in vitro degradation of bioabsorbable self-expanding braided stents.</a> Journal of Biomaterials Science -- Polymer Edition. , 255-266 (2003).</li>
<li>C. Schulz, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+stent+symmetry+and+vascular+injury+determine+experimental+restenosis%5BTitle%5D)+AND+%22Heart%22%5BJournal%5D)">Coronary stent symmetry and vascular injury determine experimental restenosis.</a> Heart. 83, 462-467 (2000).</li>
<li>Jiménez, J. M., Davies, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemodynamically+Driven+Stent+Strut+Design%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Hemodynamically Driven Stent Strut Design.</a> Annals of Biomedical Engineering. 1483, (2009).</li>
<li>Johnston, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Mechanical+Properties+of+Endovascular+Stents%3A+An+In+Vitro+Assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Engineering%3A+An+International+Journal%22%5BJournal%5D)">The Mechanical Properties of Endovascular Stents: An In Vitro Assessment.</a> Cardiovascular Engineering: An International Journal. 10, 128-135 (2010).</li>
<li>Mejia, J. uan <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+effect+of+stent+strut+profile+on+shear+stress+distribution+using+statistical+moments%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Online%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the effect of stent strut profile on shear stress distribution using statistical moments.</a> Biomedical Engineering Online. , 1-10 (2009).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ARAMIS+User+Manual%22">ARAMIS User Manual</a>. , GOM mbH. Braunschweig, Germany. (2009).</li>
<li>GOM mbH. (n.d.). New ARAMIS/PONTOS 12M and HS sensors available. , GOM: Optical Measuring Techniques. Available from: 
		
	 <a target="_blank" href="http://www.gom.com/news/history/single/article/new-aramispontos-12m-and-hs-sensors-available.html">http://www.gom.com/news/history/single/article/new-aramispontos-12m-and-hs-sensors-available.html</a> (2011).</li>
<li>Chesler, N. C., Thompson-Figueroa, J., Millburne, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+Mouse+Pulmonary+Biomechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Measurements of Mouse Pulmonary Biomechanics.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 126, 309-314 (2004).</li>
<li>de Korte, C. L., Sierevogel, M. J., Mastik, F., Strijder, C., Schaar, J. A., Velema, E., Pasterkamp, G., Serruys, P. W., van der Steen, A. F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Atherosclerotic+Plaque+Components+With+Intravascular+Ultrasound+Elastography+In+Vivo+A+Yucatan+Pig+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Identification of Atherosclerotic Plaque Components With Intravascular Ultrasound Elastography In Vivo A Yucatan Pig Study.</a> Circulation. 105, 1627-1630 (2002).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

立体光学表面应变测量系统用于在不接触试样的情况下，测量变形表面在面内和面外运动时的局部应变。该系统利用两台高速光学相机拍摄施加在表面的随机对比图案的图像，以精确构建每个点的运动测量，从而高精度地解析表面应变。
需要注意的是，所需的对比图案必须充分附着于表面，以提供准确的测量结果。此外，目标样本区域应具有良好的照明，且无眩光，以便相机能够识别对比图案的移动。否则，捕获的眩光图像将产生无效数据区域。建议在乳胶管的两端各设置一个光源，与管壁成约45度角照射。使用哑光喷漆而非亮光喷漆来制作随机图案，也有助于减少眩光。
本文介绍了一种利用模拟血管进行表面应变测量的实验方案，可用于测试异质性天然血管上的非均匀应变分布。离体天然血管样本将在生理溶液中孵育，以维持细胞活性。普通的黑色喷墨笔可用于对真实血管系统进行染色，Squire 等10已将其应用于兔股动脉。该光学表面应变测量系统随后可通过透明窗口捕捉参考点的位移。结合离体天然血管的组织学评估进行表面应变测量，将...

<table><tbody><tr><td>ARAMIS 相机系统</td><td>GOM：光学测量技术</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PALMAZ Genesis 经肝胆道支架</td><td>Cordis Corporation</td><td>PG5910B</td><td>球囊扩张式支架</td></tr><tr><td>Z-MED 球囊扩张导管</td><td>B. Braun Medical Inc.</td><td>PDZ336</td><td>球囊扩张导管</td></tr></tbody></table>

监测血管内支架置入过程中的管壁力学变化

Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel

临床试验报道了不同支架设计的再狭窄率存在差异1。人们推测，支架引起的动脉壁应变集中会导致组织损伤，从而引发再狭窄2-7。该假说需要进一步研究，包括更精确地量化支架植入后动脉上不均匀的应变分布。本文提出了一种用于支架植入后动脉的非接触式表面应变测量方法。ARAMIS立体光学表面应变测量系统采用两个高速光学相机，捕捉每个参考点的运动，并解析变形表面的三维应变8,9。当将网状支架植入外表面喷涂或绘制有随机对比图案的乳胶血管时，可实时记录变形过程中每一时刻的表面应变。所计算的应变分布可用于理解局部病变反应、验证计算模型，并为后续的体内研究提出假设。

采用光学表面应变测量系统来表征支架植入引起的动脉应变分布。该可视化技术用于深入了解支架植入对宿主血管的影响。

临床试验报道了不同支架设计所导致的再狭窄率存在差异1。据推测，支架引起的应变集中作用于……

本实验采用非接触式应变测量设备，监测并捕捉支架在模拟动脉上引起的非均匀应变。首先，制备用于支架扩张环境的模拟血管。在完成 Aramis 软件系统的校准后，扩张支架并采集模拟血管的变形情况。对模拟血管某一轴向路径上支架诱导应变的分析结果显示，支架在模拟血管上引起的应变分布是不均匀的。与应变片等其他应变测量方法相比，ARAMIS相机系统的主要优势在于能够实现非接触式的应变测量。本方案将演示如何对aramis系统进行校准，并在此对样品进行分析。该方法可揭示由于支架扩张引起的流体分布情况，还可应用于其他系统，例如冲击波作用下头部弦线上的情况，或张力作用下钢棒弦线上的情况。首先，将乳胶血管的两端固定在已牢固安装于坚固工作台上的带刺软管接头上。对于支架测试，将带刺软管接头之间的感兴趣区域设为中心，并在支架两侧各包含约一英寸的范围。为了观察支架区域外的应变情况，需测量乳胶血管上的感兴趣区域，以确定视野范围。接下来，记录一个带倒刺的软管接头外边缘到两个接头中心位置之间的距离。通过从支架中心沿导管向上测量相同距离，并在导管上用记号笔做出标记。现在将乳胶容器从带倒刺的软管接头上取下。通过使用白色和黑色喷漆以随机斑点模式喷涂目标区域，或用随机点标记目标区域，来准备乳胶容器。使用永久性记号笔，选择一个略大于目标区域的校准板。然后将校准板放置在感兴趣区域的带倒刺软管接头之间。确保感兴趣区域光线充足。现在，调整两个相机之间的距离、相机与样品之间的距离以及相机高度，然后在 Aramis 中选择文件并新建项目。接下来，单击传感器选项卡并选择校准。然后进行完整校准，使 RMS 软件逐步完成摄像头的校准过程。校准时，镜头光圈应完全打开，通过松开摄像头上的固定螺钉并旋转镜头，将摄像头对准校准板进行聚焦。聚焦完成后，重新拧紧固定螺钉，然后关闭光圈。拍摄校准过程的第一张图像。根据计算机上的演示移动校准板，直到计算机屏幕上图像清晰对焦。然后拍摄第二张图像。对剩余的校准图像重复此过程。所有校准图像采集完成后，RM S成像分析软件将自动计算校准参数。若校准偏差小于0.04，则移除校准板，并将涂漆的乳胶血管重新安装到卡箍软管上。连接器，因为提高每秒帧数将产生更均匀的应变结果。确定测试所需的每秒帧数。同时将快门速度调整至小于每秒一帧。为了尽量减少图像中的红色，拍摄五张图像，然后在图像序列上添加起始点，在按住控制键的同时运行测试。单击样品中心以观察背景噪声。如果预测试噪声超过75微秒，则排空。重复校准过程。通过选择测试期间需要采集的图像数量，准备进行支架释放。支架扩张过程采集200张图像即可满足要求。逐步将导管插入乳胶血管中。利用导管上的标记指示器引导支架植入，直至到达中心位置。使用AAMI开始对球囊扩张式支架进行成像。逐渐增加球囊压力以扩张支架，直至球囊完全扩张。然后逐渐将球囊压力降至零，使球囊放气，以便连同

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生物工程

在一个容器的支架部署在监测的墙力学

本视频展示了如何使用一种临床前廉价且可靠的模型来研究支架内再狭窄发展的病理生物学和病理生理学过程。同时演示了利用光学相干断层扫描（OCT）进行体内纵向实时监测以及OCT图像的分析方法。...

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我们介绍一种新颖、经济高效且简便的经皮输送三维打印冠状动脉植入物的技术，用于构建闭胸猪缺血性心脏病模型。该技术采用母子延长导管固定植入物，成功率高。...

用于猪缺血性心脏病模型中3D打印冠状动脉狭窄植入物经皮植入的新方法

本方案描述了通过股动脉入路，将人冠状动脉支架植入载脂蛋白E基因敲除（apoE-/-）背景大鼠腹主动脉的方法。与其他动物模型相比，小鼠模型具有通量高、可重复性强、操作和饲养简便，以及分子标志物资源广泛等优势。...

通过股动脉入路将人用尺寸冠状动脉支架植入大鼠腹主动脉

本方案描述了在载脂蛋白E（ApoE）缺陷小鼠中，通过连续植入渗透泵释放血管紧张素II诱导腹主动脉瘤，并植入带有颈静脉导管的血管通路端口以进行重复药物治疗的方法。尽管存在背部植入物，仍可有效通过三维超声监测动脉瘤的发展。...

通过中心静脉导管在血管紧张素II诱导的小鼠腹主动脉瘤模型中进行药物治疗及三维超声监测

该实验步骤展示了利用磁共振弹性成像技术，通过显微磁共振弹性成像（μMRE）对脂肪和成骨组织工程构建物的力学特性进行无创局部评估，从而监测其组织工程效果的方法学。...

磁共振弹性成像技术用于评估组织工程构建物生长的方法学

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