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

本视频展示了如何使用粒子图像测速和相干结构检测来检测弯曲动脉模型中的次级血流或侧结构，以更好地了解 IV 型支架失败的临床相关性。这种方法可以帮助回答心血管血流动力学中的关键问题。例如，支架会随着时间的推移而恶化并最终断裂，如何影响血流模式并影响血管重塑的疾病进展。

该技术的主要优点是它有助于在涉及支架和支架骨折的复杂生理动脉血流中研究体内和体外测量。演示程序的是研究生 Mohammad Najjari 和本科生 Jessica Hinke。制备由 79% 饱和碘化钠溶液、20% 甘油和 1% 去离子水组成的血液类似物溶液。

从饱和碘化钠溶液开始，然后，使用注射器小剂量添加甘油，直到添加完全部体积的甘油。在两次添加之间，等待溶液明显均质化，并注意每次添加甘油的体积。接下来，加入所需体积的水，继续搅拌，直到血液类似物溶液明显均质。

最后，使用刮刀加入非常少量的硫代硫酸钠，直到溶液在光学上透明。首先，从直线和弯曲支架 Cad 模型创建高分辨率的 STL 文件。在软件中，从文件菜单中选择 Export 和 Model。

选择 STL 选项，将 Chord Height 设置为零，并将 Angle Control 设置为 1。角度控制值控制沿小半径曲面的镶嵌量，并且可以在 0 和 1 之间调整设置。然后，单击 OK 创建 STL 文件。

接下来，在快速成型机上制造支架模型。为此，请启动 3D 打印软件并单击插入以在 3D 打印机计算机上找到 STL 文件。然后，选择所需的文件并驱动鼠标将 STL 文件放置在屏幕上的虚拟平台上。

接下来，使用 3D 打印部件，将支架安装到弯曲的动脉测试部分，以重现理想化的 IV 型骨折场景。导致支架完全横向骨折和碎片部分的线性位移。现在，在光学平台上组装设置。

将直丙烯酸管连接到 180 度弯曲动脉测试部分的入口和出口。首先，通过照亮一小张纸来粗略地调整激光的位置。通过调整焦距使激光片厚度约为 2 毫米。

接下来，沿着测量区域的 90 度部分瞄准激光片，使片材垂直于工作台。然后，将相机放置在零度或 180 度位置附近，以查看激光片照亮的横截面区域。逐步调整激光器和相机的对齐方式，以便相机以最小的颗粒变形查看弯曲动脉的圆形横截面，这可以使用软件中的 Grab 功能进行评估。

相机和激光器就位后，采集次级流场的图像。首先，打开可编程泵。在泵仪表控制程序中，将 Amplitude 设置为 1 伏。

将 DC Offset （直流偏移） 设置为 零 伏特。将定时步数设置为 1000，并将时间段设置为 4 秒。文本协议中讨论了其他设置。

然后，加载包含电压时间波形值的文本文件，并运行程序以向实验提供血液模拟液。在 PIV 数据采集程序中，单击"新建记录"选项卡后，在"设置"部分下选择设备，并确认激光器已设置为"打开"并具有适当的功率设置。导航到 laser control 以确认值。

导航到 Timing 并将其设置为 External Cyclic Trigger。单击 Acquisit，选择 Table Scan、Edit Table Scan、Append Scan，然后通过输入代表收缩期减速的开始时间来填充扫描设置。PIV 数据采集的时间增量和结束时间。

应调整参考时间、DT1 或激光脉冲之间的时间。然后，单击 Close。在 Acquisit 下，单击 Image acquisition 并输入图像数量 200。

现在，PIV 系统已准备好采集数据。选择 Start Recording （开始记录） 以使用来自泵仪器控制器的触发信号获取相位测量。然后，将获取每个时间实例和预先安排的 90 度测试截面位置的设定数量的平面场或速度场。

录制完成后，关闭激光器的电源。关闭泵，关闭相机，然后装回镜头盖。使用补充代码文件，计算 Phase Averaged 和 RMS Secondary Flow Velocities、Vorticity 和 Swirling Strength 字段。

在软件中，初始化与定义的缩放相关的设置并发送到 Mask Definition。有关详细信息，请查看 Supplemental Code 文件。在软件中，右键单击任何 PIV 数据，然后启动批处理。

从 Statistics 组中选择作 Vector Statistics、Vector Field Results，然后单击对话框中的 Parameter。切换 Vector Field （向量场） 部分下的平均 V 和 RMSV 选项。然后，从提取标量场旋转和剪切组中选择作漩涡。

这将找到平面横截面中的二维涡度。现在，右键单击 Project 窗口下的任何 PIV 数据，然后选择 Hyperloop All Sets 来开始处理。要计算用于检测二次流结构的漩涡强度场，请右键单击任何 PIV 数据，在树中选择速度矢量场，然后开始批处理。

然后，从 Extract Scalar Fields Rotation and Shear 组中选择作 Swirling Strength，然后单击 Close。现在，右键单击相同的 Velocity Vector Field，选择 Hyperloop All Sets，然后像以前一样调整 Batch Processing 的参数。最后，执行 Swirling Strength 字段的计算。

90 度横截面位置的二次流速数据是从 2C 2D PIV 系统获取的。提供给理想化 IV 型支架骨折的弯曲动脉测试切片的流入条件是颈动脉波形。二次流速场数据是使用 PIV 技术生成的，通过同步泵仪表控制计算机生成的触发器。

像素化数据进行后处理，以确定收缩压减速期间的 Q 标准和漩涡强度或 Landis ci 标准。比较了 Swirling Strength 和基于 Q 标准的流场。在收缩期减速期间，在四个不同的横截面位置检查了以 DLW 特征标记的 wortical 模式，代表变形的 Dean-Lynn 和 Wall 型 DLW wortic 模式，以及应变为主的区域。

基于小波变换的连续方法应用于二次流涡度场，从而能够在形状、大小和强度方面更详细地检测涡流。最后，比较了 Q 准则、漩涡强度和基于小波变换的流场。基于 Wavelet Transformed 的方法揭示了复杂 wortical 模式的存在，在大小、比例和强度方面具有非常详细的信息。

一旦掌握，在 3D 打印机上打印模型支架后，这项技术可以在大约 8 小时内完成，包括 PIV 数据采集和后处理。在尝试此程序时，请务必记住，使用微量的硫代硫酸钠时，血液类似物液体的折射率应得当。将来，为了提高 paratheory 结果的准确性，并最大限度地减少光学失真，我们将使用这样的 PIV 校准图。

在此程序之后，可以评估患者特定血管中的血流，以回答与病理状况有关的其他问题，从而允许前所未有的修复体、支架植入物和骨折支架的血流动力学。