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Sekundäre Strömungsstrukturen sind verwirbelte Strömungsmuster, die in der internen Strömungsgeometrien mit Krümmungen wie gebogene Rohre und Kanäle auftreten. Diese Wirbelstrukturen entstehen aufgrund der kombinierten Wirkung von Zentrifugalkräften, ungünstige Druckgradienten und Zufluss Eigenschaften. Im Allgemeinen scheinen die sekundäre Strömungsstrukturen in planaren Querschnitte von gebogenen Rohren als symmetrische Dean-Typ Wirbel unter stetigen Zufluss und symmetrische Dean - und Lyne artigen Wirbel unter oszillierenden Einströmverhältnisse . 1 - 3 Sekundärfluss Morphologien von Pulsatilitäts stark betroffen sind und mehrere Harmonische von pulsierender, physiologischen Einströmverhältnisse. Diese Strukturen erfassen deutlich unterschiedlichen Größenfestigkeitsformeigenschaften im Vergleich zu nicht-physiologischen (steady und oszillatorischen) fließt . 1 - 6 atherosklerotischen Läsion Entwicklung in Arterien durch das Vorhandensein von Hochfrequenzscherschwingungen in betroffenen Gebieten erlebt niedrige mittlere Scher 27, 28
Eine übliche Behandlung der Atherosklerose, eine Komplikation in Verengung der Arterien durch obstruktive Läsionen, ist die Implantation von Stents. Stent Frakturen sind strukturelle Versagen der implantierten Stents , die zur weiteren medizinischen Komplikationen wie In-Stent - Restenose (ISR), Stentthrombose und Aneurysmabildung führen . 9 - 13 Stentfrakturen haben verschiedene Fehler "Typen I-to-IV" eingestuft worden, wobei "Typ IV" den höchsten klinischen Schweregrad charakterisiert und wird als die vollständige Querfraktur der Stentstreben zusammen mit linearen Verschiebungen der Stent Fragmente 14 definiert. das Protokoll in dieser Studie präsentierten beschreibt eine experimental Verfahren zur Visualisierung von sekundären Strömungsstrukturen hinter einer idealisierten "Typ IV" Stentfraktur in einem gekrümmten Arterienmodell.
Das vorgeschlagene Protokoll hat die folgenden vier wesentliche Merkmale:
Konstruktion und Herstellung von Labormaßstab Stentmodelle: Geometrische Beschreibung von Stents kann mit einer Reihe von Self-Expandable Spiralen (Federn oder Helices) miteinander verflochten mit Nitinol (eine Legierung aus Nickel und Titan) Drähte 29 verbunden sein. Die Länge des Stents und seine Strebe Durchmesser sind abhängig von der Längenskala von arteriellen während der klinischen Implantation 5 aufgetreten Läsionen. Parametric Variation der Strebe Durchmesser und der Aufstand der Wicklung (oder Pech) führt zu Stents aus verschiedenen geometrischen Konfigurationen. Eine Zusammenfassung der Stentkonstruktionsparameter für den 3D - Druck ausgewählt sind in Tabelle 1 dargestellt.
Herstellung eines Blut analogen Arbeitsfluid abgestimmtmit kinematischen Viskosität von Blut und der Brechungsindex der Teststrecke: Ein optischer Zugang zu dem gekrümmten Arterie Teststrecke ist erforderlich , um nicht-invasive Geschwindigkeitsmessungen zu machen. Dementsprechend ist ein Newtonsches Blutähnliche Flüssigkeit mit dem Brechungsindex des vaskulären Modells arbeitet und im Idealfall, eine dynamische Viskosität, menschlichem Blut passend verwendet werden , um genaue Blutströmungsmessungen 16 erhalten , -. 18, 30 das Arbeitsfluid in dieser Studie verwendet wurde berichtet von Deutsch et al. (2006), das sich aus 79% gesättigtem wässrigem Natriumiodid (NaI), 20% iges Glycerin und 1% Wasser (bezogen auf das Volumen) 16.
Versuchsanordnung zum Nachweis von kohärenter sekundären Strömungsstrukturen unter Verwendung eines zweikomponentigen, zweidimensionalen Particle Image Velocimetry (2C-2D - PIV): Die Experimente wurden entworfen , um phasen gemittelten sekundären Strömungsgeschwindigkeitsdaten in verschiedenen planaren Querschnittsstellen erwerben nachgeordnet eine Kombination aus straight und gekrümmte Stentabschnitte verkörpert eine idealisierte "Typ IV" Stentfraktur 5, 6, 9, 14. Die Protokollschritte auf den Erwerb von Sekundärströmungsgeschwindigkeit Felder mit Particle Image Velocimetry (PIV) Technik im Zusammenhang beinhaltet ein PIV - System , das besteht aus ein Laser (Lichtbogen) Quelle, Optik, die Regionen Strömungs eine spezielle Kreuzkorrelationsladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD-Sensor oder Kamera) und Markierungspartikel innerhalb eines kurzen Zeitintervalls durch den Lichtbogen ausgeleuchtet werden (& Dgr; t zu fokussieren und zu belichten siehe Tabelle 4) 31, 32;.
Die Schritte in dem Protokoll gelten folgende Voraussetzungen: Erstens, eine kalibrierte, experimentelle Aufbau eines Zweikomponenten, zweidimensionale (2C-2D) PIV-System, das Bilder von Doppelrahmen, Einzelbelichtung Aufnahmen auswertet. Zweitens berechnet der 2C-2D-PIV System die mittlere Verschiebungen Markierungspartikel durch Ausführen einer Kreuzkorrelation zwischen zwei Bildrahmen während jeder Aufnahme erworben. Ein brief Zusammenfassung der PIV Spezifikationen und Bildaufnahme-Software ist in der Materialien und Geräte Tabelle dargestellt. Drittens benötigt alle Sicherheitsvorkehrungen um den Laser zu arbeiten, werden von geschultem Laborpersonal gefolgt nach den Richtlinien von der Gastinstitution zur Verfügung gestellt. Die Autoren schlagen vor Refs. 31 und 32 für ein ganzheitliches Verständnis der Umsetzung, Funktionalität und Anwendung von PIV-Technik in der Luft-, Wasser- und mikrofluidischen Dynamik, Korrelationsspitzenerkennung und Verschiebung Schätzung, Material und Dichte der Tracerpartikel und Messrauschen und Genauigkeit. Beachten Sie auch , dass der Laser und die Kamera kann durch die PIV Datenerfassungscomputer (3A) und die Datenverarbeitungssoftware gesteuert werden.
Die Datenerfassung und Nachbearbeitung für eine kohärente Strukturerkennung: Phase gemittelten Messungen sekundären Strömungsgeschwindigkeit ein 2C-2D - PIV wurden unter Verwendung erzeugt die Protokollbeschreibung verwendet , die folgt. Nachbearbeitung ing der Daten beteiligt kohärenten sekundären Strömungsstrukturerkennung die folgenden drei Verfahren: kontinuierliche Wavelet-Transformationen,
5, 6, 19-24, 26.
Die Autoren weisen, dass die Geschwindigkeit Gradiententensors ist im Wesentlichen, eine 3 x 3 Matrix,
.
Das Protokoll stellt ein Verfahren zum Erfassen zweidimensionaler experimentellen Messungen (von 2C-2D-PIV-Technik). Daher wird die volle experimentellen Zugang zum Geschwindigkeitsgradienten tensor nicht erreichbar sein, mit dieser Methode. Der Geschwindigkeitsgradient Tensor für jedes Pixel
des PIV Bild
sollte eine 2 x 2-Matrix ist,
. Die z-Komponente vorticityquation 6 "src =" / files / ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg "/> für jedes Pixel
berechnet wird, um die antisymmetrische Teil des Geschwindigkeits Gradiententensors mit
. Das Ergebnis wird ein 2D-Array von vorticity sein
dass in einem Konturdiagramm visualisiert werden. Die Autoren schlagen vor stark Ref. 25 für eine beredte Diskussion experimentellen Zugang zum Geschwindigkeitsgradienten Tensor das Wissen der Verwirbelung Ableitung, Dehnungsraten und kohärente Struktur Erkennung zu verbessern. Weiterhin versuchen die Autoren nicht die Zusammenhänge zwischen den genannten kohärenten Struktur Detektionsverfahren und schlägt Ref zu erkunden. 23, 24 für eine umfassende Diskussion zu diesem Thema.
Der Fokus der Schritte in dem Protokoll ist die quantitative Ermittlung der Sekundärströmung (verwirbelten) structures (auch als kohärente Strukturen bekannt). Drei Methoden der kohärenten Strukturerkennung nämlich.,
und Wavelet-transformierten vorticity
sind auf Geschwindigkeit Felddaten zu Detektion von stromabwärts der idealisierten "Typ IV" Stentfraktur Multi-Skala, Multi-Stärke Vorkommen von sekundären Strömungsstrukturen angewendet.
Das
Definiert einen Wirbel als räumliche Bereich , in dem die euklidische Norm des vorticity tensor dass 19 der Rate der Dehnungs dominiert, 23, 24 .Die Geschwindigkeitsgradienten Matrix in symmetrische (Dehnungsrate) zerlegt wird und antisymmetrische (Rotation) Teilen. Eigenwerte der Dehnungsrate Matrix berechnet werden;
. Norm der Verformungsgeschwindigkeit wird dann berechnet;
) Wird dann berechnet. Das
schließlich ist berechnet;
. Ein Konturdiagramm des gesamten Satzes von
mit iso-Regionen
Zeigt an , 19 sekundäre Strömungsstrukturen.
Das
, Die auch als "wirbelnde Kraft" genannt , ist eine Methode Wirbel Identifizierung von kritischen Stellenanalyse des lokalen Geschwindigkeits Gradiententensors und seine entsprechenden Eigenwerte durchgeführt von 20 bis 24 berechnet. Die Eigenwerte sollten von der Form sein,
. Ein Konturplot
mit iso-Regionen
zeigt an Strukturen Nebenstrom 20-22.
Wavelet-Transformationsverfahren verwendet eine Analysefunktion (oder wavelet), die Glätte in physikalischen und spektralen Räume hat, zulässig ist (oder nur Null-Mittelwert) und hat eine finite
5, 6, 26. Durch Falten einer dilatiert oder kontrahiert mit einer 2D vorticity Feld Wavelet - transformierten vorticity Wavelet
Feld erzeugt comprising kohärenter Strukturen mit einer Vielzahl von Skalen und Stärken 5, 6, 26. Shannon Entropie des 2D - Wavelet-transformierten vorticity Feld wird berechnet , um die optimale Wavelet - Skala abzuschätzen bei dem alle kohärenten Strukturen angemessen gelöst werden. Diese Entropieschätzung beinhaltet eine Reihe von Wahrscheinlichkeiten
für jedes Pixel,
so dass
Der normierte Quadratmodul der Verwirbelung mit dem Pixel an der Stelle m zugeordnet ist , n 5, 6. Die Verfahrensschritte sind in Figur 6 graphisch dargestellt. Die Einschränkungen bei der Wahl der Wavelet platziert werden ausführlich in Ref dargestellt. 26. Dieses Protokoll Schritt beschreibt das Verfahren für eine kohärente Struktur Erkennung eines 2D-Ricker-Wavelet verwendet wird. Die Begründung für die Verwendung dieses wavelet für vortical Musterabgleich wird in Ref dargestellt. 5, 6 und die zugehörigen darin zitierten Referenzen.