Mesoskaligen Partikel Image Velocimetry Studien des neurovaskulären fließt In-vitro-

Diese Methode kann helfen, schlüsselhafte Fragen im Bereich Bioengineering zu beantworten, insbesondere solche, die sich auf die Hämodynamik und deren Wechselwirkungen mit intervaskulären Geräten beziehen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie Geräte verwendet, die bereits in den meisten Bioengineering-Labors zu finden sind, und dies kann dazu beitragen, die Barriere für den Eintritt für Nicht-Experten zu reduzieren. Mischen Sie die PDMS-Prepolymerbasis im Härtungsmittel in einem Verhältnis von 10 zu eins nach Gewicht.

Eine 66-Gramm-Mischung liefert ausreichend Material für die Herstellung von Phantomen mit Volumen bis zu 50 Kubikzentimetern. Legen Sie das Gemisch 60 Minuten lang in einen Vakuumaustrocknungsor, um das Gas zu entgasen und die Blaseneinschlüsse zu minimieren. Verwenden Sie zyklische Druckdruck-Druckdruck, um Blasenbruch zu erleichtern.

Um Gießguss montieren Sie die gedruckte ABS-Form auf einem Glasschlitten mit Formkasten, um die Schnittstelle zu versiegeln. Gießen Sie die PDMS-Mischung vorsichtig in die Form, während Sie versuchen, die Blaseneinschlüsse zu minimieren. Lingering-Blasen können manuell mit einer Nadel gebrochen werden.

Das gegossene Phantom bei Raumtemperatur mindestens 24 Stunden aushärten. Ein Behälter kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass sich Staub während der Aushärtung nicht auf dem Phantom absetzt. Um die Entfärbung durchzuführen, lösen Sie das ABS auf, indem Sie das Phantom in Aceton tauchen.

Beschallen Sie für mindestens 15 Minuten mit Leistungen bis zu 70 Watt. Spülen Sie das Phantom gründlich mit Isopropylalkohol und dann entionisiertem Wasser, um Lösungsmittelrückstände zu entfernen. Erfassen Sie mithilfe eines optischen Mikroskops mit einer angeschlossenen Kamera in der Bildaufnahmesoftware ein Bild eines kritischen Features innerhalb des Phantoms unter einer Vergrößerung, die das Feature im Sichtfeld maximiert.

Erfassen Sie ein Bild eines geeigneten Kalibrierabsehens bei derselben Vergrößerung. Laden Sie beide Bilder in ImageJ, indem Sie sie auf die Symbolleiste ziehen. Klicken Sie auf das Kalibrierableitungsbild, um es aktiv zu machen, und wählen Sie dann das Linienwerkzeug aus.

Zeichnen Sie mit der Maus eine Linie entlang eines Features einer bekannten Entfernung, und wählen Sie Analysieren aus. Legen Sie die Skalierung aus dem ImageJ-Menü fest. Geben Sie die Länge des Features in das Feld mit der Bezeichnung "Bekannter Abstand" und seine Einheit in die feldbeschriftete Längeneinheit ein.

Aktivieren Sie das Kontrollkästchen global, um diesen Kalibrierungsfaktor auf alle geöffneten Bilder anzuwenden. Aktivieren Sie das Bild des phantomkritischen Features, und verwenden Sie das Linienwerkzeug, um eine Linie entlang eines von Interesse erhabenen Features zu zeichnen. Wählen Sie im ImageJ-Menü Analysieren aus, messen Sie die Länge der Linie.

Vergleichen Sie den erwarteten Wert mit dem Wert in der markierten Spalte im Ergebnisfenster, um die Phantomtreue zu bestätigen. Um die Mock-Blut-Lösung mischen deionisiertes Wasser und Glycerin in einem 60 bis 40 Verhältnis nach Volumen. Fügen Sie der Mock-Blutlösung einen Milliliter 2,5% fluoreszierende Polystyrol-Perlenlösung hinzu und homogenisieren Sie das Gemisch dann 10 Minuten lang auf einer magnetischen Rührplatte bei 400 Rpm.

Führen Sie die In-vitro-Kreislaufsystemeinrichtung wie im Textprotokoll beschrieben durch. Bestimmen Sie wie bisher das Kalibrierverhältnis für die Video-Imaging. Eine Acrylfolie kann über die Mikroskopstufe gelegt werden, bevor das PDMS-Phantom platziert wird, um das Mikroskop vor unbeabsichtigten Verschüttungen zu schützen.

Um das Gerät einzurichten, stellen Sie das PDMS-Phantom auf die Bühne des Fluoreszenzmikroskops. Schließen Sie das Phantom an die Zahnradpumpe an und führen Sie die Mock-Blut-Lösung ein. Stellen Sie den Pumpenmotorregler auf Basis der Pumpenkalibrierungskurve auf die gewünschte Durchflussrate ein.

Führen Sie die Pumpe ein bis fünf Minuten vor dem Experiment aus, um einen stabilen Zustand zu gewährleisten. Wenn das Kleben von Perlen nach einem Experiment beobachtet wird, beschallen Sie das Phantom in einer wässrigen Waschmittellösung mit Leistungen bis zu 70 Watt. Die Sauberkeit des Modells ist auch für die Vektorfeldtreue von entscheidender Bedeutung, da Perlen, die an der Oberfläche des Phantoms kleben, zu Abfragefenstern mit Nullverschiebung führen.

Um die Bildverarbeitung durchzuführen, ziehen Sie die AVI-Datei speichern in das ImageJ-Fenster, um sie zu importieren. Wählen Sie das Feld markiert konvertieren in Graustufen. Erstellen Sie im Menü ImageJ analysieren, generieren Sie Histogramm, um ein Histogramm mit Bildpixelintensitäten zu generieren.

Beachten Sie den Mittelwert und die Standardabweichung für das unverarbeitete Bild. Wählen Sie im ImageJ-Menü Bild aus, passen Sie Helligkeit und Kontrast an, um einen Helligkeitskontrastfilter anzuwenden. Klicken Sie im Menü Helligkeit und Kontrast auf die Schaltfläche "Einstellen", um die Bildgrenzen zu definieren.

Legen Sie den Minimalwert als Mittelwert plus eine Standardabweichung und den Maximalwert für die maximale Intensität des Bildes fest. Wählen Sie im ImageJ-Menü Prozess, Rauschen, Despeckle aus, um die Anzahl der gesättigten Pixel zu reduzieren. Wählen Sie dann Prozess, Filter, Gaußsche Unschärfe mit einem Radius von 1,5.

Dadurch werden Artefakte reduziert, die durch das gelegentliche Entfernen von beleuchteten Pixeln in einer 3x3-Nachbarschaft durch die vorherige Entschämungsoperation entstehen. Klicken Sie auf das Polygon-Werkzeug und dann auf das Bild, um den Interessenbereich zu skizzieren. Wählen Sie im ImageJ-Menü Bearbeiten aus, löschen Sie außen, um Sensorrauschen an Stellen zu entfernen, an denen kein Signal erwartet wird, das das Gesamtsignal-Rauschverhältnis verringern kann.

Fahren Sie mit der Datenanalyse fort, wie im Textprotokoll beschrieben. Hier ist das fertige Phantom mit Abmessungen sowie die Partikelbild-Velocimetrie oder PIV-Region von Interesse hervorgehoben. Diese Abbildung zeigt Bildintensitätskonturdiagramme und Oberflächendiagramme, die aus fluoreszierenden Perlen in der Perforatorarterie während der Videoaufnahme entstehen.

Dies zeigt die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses nach der Intensitätsbegrenzung. Hier sind die resultierenden Vektorfelder zu sehen, die auf Rohvideos, nach der Deckelung der Intensität und dann wieder nach der Validierung des intensitätsbedeckten Vektorfeldes mit dem normalisierten Mediantest erhalten wurden. Mit dem Einsatz von Nachbearbeitungs- und Vektorvalidierungstechniken wird das Vektorfeld einheitlicher und ähnelt dem erwarteten Strömungsprofil in einem kreisförmigen Kanal.

Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich auf die Minimierung des Rauschens im erworbenen Signal selbst zu konzentrieren. Während dieses Protokoll softwarebasierte Techniken zur Milderung dieser Abweichungen beschreibt, sollte bei jedem Schritt darauf geachtet werden, ihr Auftreten zu reduzieren. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Aceton extrem gefährlich sein kann und Sie sollten immer persönliche Schutzausrüstung tragen sowie unter einer Dunstabzugshaube arbeiten, weg von allen Zündquellen, während Sie dieses Verfahren durchführen.