Waiting
Procesando inicio de sesión ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

180 ° Kavisli Arter Testi Bölüm Model Tip IV Stent Başarısızlık Mansap İkincil Akış Yapıların Deneysel İncelenmesi

Published: July 19, 2016 doi: 10.3791/51288
Automatic Translation
1, 1
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, The George Washington University

Abstract

İnsan damarsal arter ağı karmaşık geometriler (şube, eğrilikler ve kıvrımlarında) ile yayg mevcut kan damarlarının oluşmaktadır. İkincil akış yapıları nedeniyle merkezkaç kuvvetleri, olumsuz basınç geçişlerini ve akış özellikleri kombine eylem kavisli arterlerde meydana gelen girdap akım modellerdir. Böyle bir akış morfolojisi ölçüde pulsatilitesini ve fizyolojik akış koşullarının birden harmonikler etkilenen ve 1 akar fizyolojik olmayan (sabit ve oscillatory) ile karşılaştırıldığında boyut mukavemetli-şekil özellikleri büyük ölçüde değişmektedir - 7.

Ikincil akış yapıları sonuçta ateroskleroz, restenoz, trombositlerin duyarlılık ve tromboz 4 ilerlemesi doğru kan yoluyla bulaşan parçacıkların duvar kesme stresi ve maruz kalma süresi etkileyebilir - 6, 8-13 Bu nedenle, laboratuar altında bu yapıların tespit ve karakterize etmek yeteneği. hissesi kontrol koşullar precurs olduğunuveya klinik araştırmalar ilerletmek için.

ateroskleroz için ortak bir cerrahi tedavi engelsiz kan akışı için daralmış arterleri açmak için stent implantasyonu vardır. Ama nedeniyle stent yüklemeleri için eş zamanlı akış tedirginlikler çok ölçekli ikincil akış morfolojileri 4 neden -. 6 böyle bir bütünlük içinde asimetri ve kayıp olarak Kademeli yüksek dereceli karmaşıklığı vis-à-vis soğukkanlı akışları 5 altında olanlar takip eden stent başarısızlıkları tarafından uyarılan edilebilir. Bu stent arızalar arıza hususlar ve klinik şiddeti 14 dayanan "Türleri I-to-IV" olarak sınıflandırılmıştır.

Bu çalışma, bir eğri arter modelinde enine stent kırığı ve kırık parçaların doğrusal deplasman ( "Tip IV") tamamlamak nedeniyle karmaşık ikincil akış yapılarının deneysel incelenmesi için bir protokol sunar. deneysel yöntem parçacık görüntü velosimetri uygulanmasını içerir (2C-2Bir arketip karotid arter girişi dalga D PIV) teknikleri, bir kırılma indeksi faz ortalama ölçümlerde 15 için sıvı çalışma kan analog eşleşti -. 18 ikincil akış yapılarının Kantitatif kimlik akışı fizik kavramlarını, kritik nokta teorisi ve roman kullanılarak elde edilmiştir 26 - deneysel PIV verilerine 5, 6, 19 uygulanan algoritma dalgacık dönüşümü.

Introduction

İkincil akış yapıları kavisli boru ve kanallar gibi eğrilikleri ile iç akış geometrileri meydana girdap akım modellerdir. Bu girdap yapılar nedeniyle merkezkaç kuvveti, ters basınç geçişlerini ve akış özellikleri kombine eylem ortaya çıkar. . 3 İkincil akım morfolojileri ölçüde pulsatilitesini etkilenen - Genel olarak, ikincil akış yapıları ve titreşim girişi koşullarında simetrik Dean- ve Lyne tipi girdaplar 1 sabit girişi altında simetrik Dekanı tipi vortekslerini olarak kavisli boruların düzlemsel kesitler görünür pulsatil ve birden fazla harmonik fizyolojik akış koşulları. Bu yapılar 1 akar fizyolojik olmayan (sabit ve oscillatory) ile karşılaştırıldığında belirgin farklı boyut mukavemetli-şekil özelliklerini elde -. 6 arterlerde Aterosklerotik lezyon gelişimi bölgelerinde yüksek frekans kesme salınımlarının varlığı etkilenen düşük ortalama kesme 27, 28 karşılaşan

ateroskleroz için ortak bir tedavi, obstrüktif lezyonlar arterlerin daralmasına neden olan bir komplikasyon, stent implantasyonu olduğunu. Stent kırıkları daha fazla tıbbi böyle stent restenoz gibi komplikasyonlar (ISR), stent trombozu ve anevrizma oluşumu 9 yol implante stentlerin yapısal hataları vardır -. 13 stent kırıkları çeşitli başarısızlık "Tip I-to-IV" olarak kategorize edilmiştir, burada "Tip IV" en yüksek klinik şiddetini karakterize ve stent parçalarının 14 doğrusal yer değiştirme ile birlikte stent dikmeler tam enine kırığı olarak tanımlanır. Bu çalışmada sunulan protokol bir EXPERIMENTA açıklarkavisli arter modelinde idealize edilmiş "Tip IV" stent kırık aşağı ikincil akış yapılarının görselleştirme l yöntemi.

Önerilen protokol şu dört temel özelliklere sahiptir:

Tasarım ve laboratuvar ölçekli stent modelleri imalatı: stentlerin Geometrik açıklaması Nitinol teller 29 (nikel ve titanyum alaşımı) kullanarak kendi kendine genişleyebilen spiraller (yaylar veya helezonlar) bir dizi ile iç içe ilişkili olabilir. Stent ve dikme çapının uzunluğu klinik implantasyon 5 sırasında karşılaşılan arteriyel lezyonların uzunluğu ölçeğinde bağlıdır. Parametrik dikme çapı değişimi ve sargı (ya da zift) ve yükseliş çeşitli geometrik konfigürasyonlarda stent yol açar. 3D baskı için seçilen stent tasarım parametrelerinin özeti Tablo 1'de sunulmuştur.

Kan analog çalışma sıvısının hazırlanması eşleşenkavisli arter testi bölümüne Optik erişim non-invaziv hız ölçümlerini yapmak için gereklidir: kan kinematik viskozite ve test bölümünün kırılma indeksi ile. Bu duruma göre, insan kanı eşleşen ideal refraktif vasküler modeli indeksi, bir dinamik viskozitesi olan işleme sıvısının bir Newton kan taklit eden 16 doğru bir kan akış ölçümleri elde etmek için kullanılır -. 18, 30, bu çalışmada kullanılan çalışma sıvısı bildirilmiştir Deutsch ve ark. (2006), (hacim olarak)% 79 doymuş sulu sodyum iyodür (Nal),% 20 saf, gliserol, ve% 1 su 16 oluşan bu.

İki bileşenli, iki boyutlu parçacık görüntüleyerek hız ölçümü (2C-2D PIV) ile tutarlı bir ikincil akış yapılarının saptanması için deney düzeneği: Deneyler alt çeşitli düzlemsel enine kesit bir yerle faz-ortalama ikincil akış hızı verileri almak için tasarlanmış str kombinasyonuaight ve somutlaştıran kavisli stent kesitler idealize "Tip IV" stent kırık 5, 6, 9, 14. parçacık görüntü velosimetri (PIV) tekniği kullanılarak ikincil akış hızı alanlarının edinimi ile ilgili protokol adımlar içeren bir PIV sistemini tutan bir lazer (ışık levha) kaynak, odaklanma ve akışı, özel bir çapraz korelasyon şarj birleştiğinde cihaz (CCD sensörü veya kamera) ve izleyici parçacıkların bölgeleri aydınlatmak için optik ¨t (kısa bir zaman aralığı içinde ışık levha ile aydınlatılacak ; 32, 31) Tablo 4 bakın.

Protokolde adımlar varsayalım şunlardır: Birincisi, çift kare, tek maruziyet kayıtları görüntüleri değerlendiren bir iki bileşenli, iki boyutlu (2C-2D) PIV sisteminin kalibre, deneysel kurulum. İkinci olarak, 2C-2D PIV sistemi her kayıt sırasında edinilen iki görüntü kareleri arasındaki çapraz korelasyon yaparak izleyici parçacıkların ortalama değiştirmeler hesaplar. bir brPIV özellikleri ve görüntü elde etme yazılımı ief özeti malzemeleri ve ekipmanları tabloda sunulmaktadır. Üçüncü olarak, lazer çalıştırmak için gerekli tüm güvenlik önlemleri ev sahibi kurum tarafından sağlanan yönergelere göre eğitilmiş laboratuvar personeli tarafından takip edilmektedir. Yazarlar refs öneririz. , Aero hidro ve mikroakışkanlar dinamikleri, korelasyon zirve algılama ve deplasman tahmini, malzeme ve izleyici parçacıkların yoğunluğu ve ölçüm gürültü ve doğruluk içinde uygulanması, işlevsellik ve PIV tekniğin uygulanması bütünsel bir anlayış için 31 ve 32. Ayrıca lazer ve kamera PIV veri toplama bilgisayar (Şekil 3A) ve veri işleme yazılımı tarafından kontrol edilebilir unutmayın.

Veri toplama ve post-processing tutarlı bir yapı tespiti için: Bir 2C-2D PIV kullanarak Faz-ortalama ikincil akış hızı ölçümleri aşağıdaki protokol tanımını kullanılarak elde edilmiştir. İşlem sonrası Sürekli dalgacık dönüşümleri: veri ing aşağıdaki üç yöntemi kullanarak uyumlu ikincil akış yapısı algılama dahil denklem 1 5, 6, 19-24, 26.

Yazarlar, hız degrade tensör esas olduğunu bir 3 x 3 matris not,
denklem 2 .

protokolü (2C-2D PIV tekniği) iki boyutlu deneysel ölçümler elde bir yöntem sunmaktadır. Bu nedenle, hız gradyanı tensör tam deneysel erişim bu yöntemi kullanarak ulaşılabilir olmayacaktır. her bir piksel için hız gradyanı tensör denklem 3 PIV görüntünün denklem 4 2 x 2 matris olmalıdır, Denklem 5 . z-bileşenli girdapquation 6 "src =" / files / ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg "> her bir piksel için / Denklem 7 hız degrade tansörünün anti-simetrik bir parçası kullanılarak hesaplanır Denklem 8 . Sonuç girdap bir 2D dizi olacak Denklem 9 bir kontur arsa görülebilir. Yazarlar kuvvetle Ref öneririz. girdap dağılımı, gerilme oranları ve tutarlı bir yapı tespiti hakkında bilgi artırılması yönünde hız gradyanı tensör bir anlamlı tartışma deneysel erişim için 25. Ayrıca, yazarlar Ref yukarıda belirtilen tutarlı bir yapı tespit yöntemleri arasındaki ilişkileri araştırmak ve önermek çalışmayın. bu konuda kapsamlı bir tartışma için 23, 24.

protokolde adımların odak ikincil akış (Kıvırma) kantitatif tanımlanmasıdır st(Aynı zamanda kararlı yapıların olarak da bilinir) tiriyoruz. tutarlı yapı tespiti viz üç yöntem., Denklem 10 ve dalgacık girdap dönüştürdü denklem 11 idealize "Tip IV" stent kırık aşağı ikincil akış yapılarının çok ölçekli, çok mukavemetli olaylar tespiti doğru hız alanı verilerine uygulanır.

denklem 12 Vortisiti tensörün Öklid normu suşu 19, 23, oranı 24 hayranlarıyla hız gradyanı matris simetrik (suş oranı) ve anti-simetrik (rotasyon) bölüme çürümüş olduğunu hakim olduğu, bir mekansal bölge olarak bir girdap tanımlar. gerilme hızı matrisin özdeğerleri hesaplanır; Denklem 13 . gerilme oranı norm sonra hesaplanır; "Denklem ) Daha sonra hesaplanır. Denklem 16 Son olarak ta olduğu; Denklem 17 . tüm grubu bir dış hat planını denklem 18 izo-bölgeleriyle Denklem 19 Ikincil akış yapıları 19 gösterecektir.

denklem 20 Ayrıca 'dönen gücü' olarak bilinen yerel hız degrade tansörünün kritik nokta analizi ile yapılan bir girdap tanımlama yöntemidir ve karşılık gelen özdeğerler 20-24 hesaplanır. özdeğerler, biçimde olmalıdır Denklem 22 . bir dış hat planını Denklem 23 izo-bölgeleriyle Denklem 24 22 - ikincil akış yapıları 20 gösterecektir.

yöntemi dalgacık dönüşümü fiziksel ve spektral alanlarda düzgünlüğü olan bir analiz fonksiyonu (veya dalgacık) kullanır, kabul edilebilir (ya da sıfır ortalama vardır) ve sonlu vardır denklem 25 5, 6, 26. Dilate veya evrişim toplamının ile 2D girdap alanı ile dalgacık sözleşmeli, dalgacık dönüştürülmüş girdap Denklem 26 Alan Cı oluşturulurölçekler ve güçlü 5, 6 geniş bir yelpazede, 2D dalgacık-dönüştürülmüş girdap alanının 26. Shannon entropi ile tutarlı yapıların omprising tüm tutarlı yapılar yeterince çözümlenir hangi optimum dalgacık ölçeği tahmin etmek hesaplanır. Bu entropi tahmin olasılıklar bir dizi içerir Denklem 27 her bir piksel için Denklem 21 öyle ki denklem 28 Normalize kare konum m piksel ile birlikte girdap modülü, n 5, 6. Prosedürel adımlar Şekil 6'da grafiksel sunulmuştur. Dalgacık seçimi yerleştirilen kısıtlamalar Ref detaylı olarak sunulmuştur. 26. Bu protokol adımı 2B Ricker dalgacık tutarlı yapı tespiti için prosedür açıklanmaktadır. Bu kullanımı B gerekçesigirdap desen eşleştirme için avelet Ref sunulmuştur. 5, 6 ve ilgili burada belirtilen referanslar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Tasarım ve Stent Modelleri imalatı

Not: Aşağıdaki adımlar düz ve kavisli stentlerin laboratuvar ölçekli modeller oluşturmak için takip edilmiştir. İki stent modellerin kurulumu "Tip IV" kırığı (parçalanma ve kırık stent parçaları doğrusal deplasman) somutlaştırmak olacaktır.

Not: Yazarlar stent geometrisinin CAD modelleri oluşturmak için araştırma sırasında Pro / Engineer yazılımını kullanmıştır. Aşağıdaki prosedür jeneralize ve kullanılan CAD yazılımına genel terimler içeremez. Mevcut diğer CAD paketleri de kullanılabilir. aşağıdaki adımlar yazarlar araştırma sırasında kullanılan ve üreticinin web sitesinden adapte edilmiştir CAD yazılımı için geçerlidir. yazarlar tarafından kullanılan hızlı prototipleme makinesinin daha açıklaması için malzemeler listesine bakınız. Stent tasarımı için parametrik denklemler ve başlatılmış değerler Ta sunulmuştur1 ble ve Şekil 1D ve 1E hızlı prototipleme sonra düz ve kavisli stent modelleri örnekleridir.

  1. (Tablo 1) parametrik denklemlerini tanımlama ve Kartezyen (XYZ) koordinat sisteminde sol ve sağ sarmal parametrelerini başlatarak düz stent geometri oluşturun.
    1. Denklem kullanılarak düz bir referans çizgisi ya da z-ekseni, ilgili düzlemsel, daire şeklindeki bir dizi 10 eş aralıklı sola dönerek sarmallarının bir dizi oluşturur. 1, 2, 3 ve 5 tur sayısı başlatılmış değerleri, Tablo 1 'de gösterilen
      ( denklem 29 ), Zift, stent teli kalınlığı ( denklem 30 ) Ve stent anma çapı ( denklem 31 ) (Şekil 1 A ve Tablo 1).
    2. Denk kullanarak adımı yineleyin 1.1.1. 1, 2, 4 ve 5 üretmek için10 eşit aralıklı sol sarmalı dairesel desen (Şekil 1A).
    3. Birleştirme ya da sol montaj ve sağ ortak bir eksen (Şekil 1A) hakkında helis çevirerek düz stent geometri oluşturun.
  2. Silindirik (R-β-X) koordinat sisteminde veya kavisli bir veri hattı (Tablo 1) ile ilgili sağ ve sol helis parametreleri parametrik denklemlerini tanımlayarak ve başlatarak kavisli stent geometri oluşturun. Denklem kullanarak önceden başlatıldı parametreleri ile 1.1.2 - Tekrar 1.1.1 adımları. 1, 2, 6 ve 7.
    1. birleştirme ya da sol montaj ve sağ ortak bir eksen (R) hakkında kavisli helisini torna ve bir açısı kavisli stent geometri oluşturmak denklem 32 kökeni (Şekil 1B) de.
  3. düz ve kavisli stent CAD modellerinden yüksek çözünürlüklü stereo litografi (KVS) dosyaları oluşturun.
    1. 'seçİhracat Dosya menüsünden 'dan'> Model '. 'Hayata' seçeneğini seçin. STL dosyasını oluşturmak için 'OK' Uygula 1'e 0. Set 'Açı kontrolü' ile 'akor yüksekliği' ayarlayın. Not: 'Angle Kontrolü' değeri küçük yarıçapı ile yüzeyi boyunca mozaiğine miktarını düzenler ve ayar 0 ile 1 arasında olabilir.
  4. Malzeme ve ekipman tablosunda listelenen malzemeler kullanılarak Şekil 1C gösterilen bir hızlı prototipleme makinesinde stent modelleri Üretiyor.
    1. (Malzeme Listesine bakın) 3D baskı yazılımını başlatın. 3D yazıcı bilgisayarda STL-dosyasını bulun ve istediğiniz dosyayı seçmek için 'Ekle' üzerine tıklayın. Ekranda sanal bir platform ( 'Kaset') üzerine STL dosyasının 3D render yerleştirmek için ekrandaki fareyi sürükleyin.
    2. Dosya menüsü sekmeleri arasından: 'mm' ( 'mm' veya 'inç' Seçenekler) gibi uygun birimleri seçin. (Op 'Matte' olarak bitmiş ürünün kalitesini seçinleri: 'Mat' veya 'Parlaklık'). 'Tepsi ayarları> Doğrulama' dosya menülerden sekmesini seçin.
    3. Bir sonraki adıma geçmek için 'Doğrulama başarılı' mesajı arayın. Doğrulama 1.3 başarısız tekrar adım ise - 1.4.2 başarılı doğrulama elde edilinceye kadar.
    4. imalat için 3D-yazıcıya dosya göndermek için dosya menülerinden sekmesi 'kurmak> Kaset ayarlarını' seçeneğini seçin.
      Not: 'akor yüksekliği' değeri modeli yüzeyinin mozaiğine derecesini kontrol eder. Bu modelin doğruluğu ve dosya boyutu otomatik olarak bir minimum değer alacaktır etkiler. akor yüksekliği küçük değerler dosya boyutu tradeoff ile gerçek bir parçası geometriden daha az sapma yol açar. Doğrulama denetimi bölümü imalat aşamasında bitişik ve herhangi bir yapısal anomaliler geçersiz olduğundan emin olmak için gereklidir.

2. Kinematik Viscosity- ve Refraktif In hazırlayındex eşleştirilmiş Kan analog Sıvı

Not: Aşağıdaki prosedür, kan-analog çözeltisi yaklaşık 600 ml ürün elde edilir. Çözelti hazırlanmasında kullanılan ilgili özelliklere sahip kimyasal reaktifler ve çözücüler bir özeti Malzeme Listesi sunulmaktadır. İlgili malzeme özellikleri, önerilen laboratuar ekipmanları ve hacimsel hesaplamalar için kılavuzlar Tablo 2, 3 ve 4 içinde sunulmaktadır.

  1. Sodyum iyodür (Nal), bir doymuş çözelti hazırlayın.
    1. 2.000 ml'lik bir cam kaba, iyonu giderilmiş H2O 500 ml dökün. Manyetik karıştırıcı behere koyun.
    2. bir sıfırlanan-ağırlık dengesi üzerindeki Nal ≈860 g ölçün ve karıştırma ve mevcut ilave tam bir dahaki eklemeden önce çözmek için beklerken beher içine 100 gr artışlarını ekleyin. Deiyonize H doygunluk süreci beri 2 Nal Ç exot biraz, her ek sıcaklık kayıthermic. Buzdolabında çözeltisi gerektiğinde oda sıcaklığında muhafaza etmek (≈ 25 ° C).
    3. Çözelti doymuş hale gelene kadar, 20 g kadar, küçük artışlar Nal (≈5-10 g). Her bir ilave kütle ve ısı kaydedilir. yapıldığında manyetik karıştırıcı doymuş Nal çözeltisi ile beher çıkarın.
  2. (Doymuş Nal çözeltisi yoğunluğunu ölçmek denklem 33 ).
    1. hava kabarcıkları vardır emin, bir şırınga (ya da hacimsel pipet) ile bir sıfırlanan-ölçekte bir 50 ml beher adım 2.1 doymuş Nal çözeltisi 10 ml ekleyin. Kayıt kütle ve hacim ekledi.
    2. Denklem kullanılarak her ilave yoğunluğunu hesaplar. 8 (bakınız Tablo 3). Bu adımı yaklaşık 4-5 kez tekrarlayın. Kaydedilen yoğunluğu ortalama. Adım 2.1 hazırlanan doymuş Nal çözeltisi toplu çözüm dönün.
  3. Kan taklit ederek çözeltinin toplam hacmi tahmin edin. < ol>
  4. (Adım 2.1 hazırlanan doymuş Nal çözeltisi kütlesini ölçmek ve hacmini hesaplamak denklem 34 ) Denklem kullanarak. 9. Tahmini kan taklit ederek çözeltinin toplam hacmi ( denklem 35 ) Ve gliserol kısmi hacimleri ( denklem 36 ) Ve deiyonize su ( denklem 37 ) Denklem aşağıdaki eklenecek. 10, 11 ve 12 (bakınız Tablo 3).
  • Kan-analog çözüm hazırlayın.
    1. homojenize bir manyetik karıştırıcı üzerine karıştırma yoluyla (hacim ile)% 79 doymuş Nal çözeltisi,% 20 gliserin ve% 1 iyonu giderilmiş su içeren bir kan benzeri çözelti hazırlayın.
    2. (Manyetik karıştırıcı üzerinde doymuş Nal çözeltisi ile behere koyun ve küçük artışlarla gliserol ekleyin88 / 51288eq38.jpg "/>), gliserol tüm hacmi kadar (ya da mezun veya hacimsel pipet) bir şırınga kullanarak ( denklem 36 ) Adım 2.3 hesaplanan ilave edilir. Her biri için denklem 39 yineleme, ekledi hacmi kaydetmek ve çözüm gliserol bir sonraki adımını eklemeden önce gözle görülür homojenize olana kadar bekleyin.
    3. doymuş Nal çözeltisi ve gliserol Tam bir homojenleştirme sonrası, ekleme denklem 40 bir şırınga kullanılarak (ya da mezun veya hacimsel pipet). Kan analog çözelti görsel olarak homojen hale gelene kadar bir manyetik karıştırıcı ile karıştırmaya devam edin.
  • normal ortam sıcaklığında ve basıncında (25 ° C, 1 atm) kan benzeri sıvı karakterize.
    1. Standart bir Ubbelohde viskozimetresi veya eşdeğer ölçüm cihazı kullanılarak kinematik viskozite (ν) ölçün.Kinematik viskozite dereceli bir ya da hacimsel pipet kullanarak gliserol az ölçülen miktarlarda ilave edilerek ayarlanabilir.
    2. Bir refraktometre kullanılarak kırılma indeksi (n) ölçün. Kırılma endeksi spatula kullanılarak sodyum tiosülfat susuz az miktarlarda eklenmesi ile ayarlanabilir.
      Not: Yazarlar, kinematik viskozite rapor ν = 3.55 cSt (3.55 x 10 -6 2.8 ±% m2 sn-1) ve kan analog sıvının kırılma indisi n = 1.45 (3.4 ±%) 5, 6.

    • 3. "Tip IV" Stent Yetersizliğinde Mansap İkincil Akış Hızı Fields ölçülmesi için Experiment düzenleyin

    Not: Şekil 1F gösterildiği gibi 180 ° kavisli arter test bölümü 180 ° kavisli kanal giriş ve çıkış boruları için her blok ve hükmün işlenmiş birbirine yapıştırılmış iki akrilik bloklar, oluşur, 3A ve 5, 6 (bakınız Tablo 2) ve deney bölümünde kullanılan malzemenin kırılma endeksi sunulmaktadır.

    1. Stentler ve parçalanmış parçaları doğrusal yer değiştirme tam bir enine kırık gerektiren, idealize edilmiş Tip IV kırık senaryosunu somutlaştırmak için akrilik yapılmış kavisli arter testi bölümünde 1. adımda imal stentler takın (Şekil 1F, 3A ve 3B bakınız).
      1. Kavisli arter testi bölümünün yukarı düz stent (Şekil 1F ve 3B) yerleştirin. Düz ve kavisli stent arasındaki mesafe '3 defa' borusu (D borusu = 12.7 mm) çapa emin olmak için, (eğri boru girişinde bir ucu kavis içinde 45 ° kavisli bir stent yer Şekil 2B).
    2. th monteOptik tablo (Şekil 3A) deneysel düzenleme (Şekil 2) şematik bakış gösterildiği gibi 180 ° kavisli arter testi bölümünün girişine ve çıkışına düz akrilik boru bağlanarak e deney düzeneği.

    İkincil Akış Hızı Alanlarının 4. Edinme

    Not: protokolde Aşağıdaki açıklama parçacık görüntü velosimetri (PIV) tekniği kullanılarak ikincil akış hızı alanlarının edinimi ile ilgilidir Şekil 3B (şematik çizim) orada dört yerleri (45 °, 90 °, 135 ° ve 180 °) gösterir. açısal çentikler lazer sac projeksiyonu ve düzlemsel kesit ikincil akış hızının yapma kolaylaştırmak için. protokol adımları 90 ° konumu için edinilen ölçümlere ilişkindir. Lazer levha 45 ° konumda yerleştirilir, kamera ikincil akış için optik erişmek için 135 ° konuma yerleştirilir beni45 ° konumda asurements.

    Aşağıdaki prosedür jeneralize ve görüntü elde etme ve sonrası işleme yazılımı ve kullanılan alet kontrol yazılımı jenerik terimler içeremez (Malzeme Listesi bakınız) Not:. Mevcut Diğer görüntü ve veri toplama paketleri protokolünde kullanılabilir.

    1. lazer güç kaynağı üzerinde bulunan ON / OFF anahtarlarını kullanarak lazer açın. Lazer sayfasını görselleştirmek için küçük bir kağıt parçası aydınlatır. lazer kaynağı üzerinde bulunan optik odaklanma lazer sayfasını çevirerek, görsel (yaklaşık 2 mm) lazer sac kalınlığı ayarlayın.
    2. sac optik masaya dik olacak şekilde 90 ° ölçüm bölge boyunca lazer yaprak yerleştirin. Lazer tabaka tarafından aydınlatılan kesit görünüşünü optik erişim elde etmek için, 0 ° ya da 180 ° yere yakın kamera yerleştirin.
    3. ayarlamak için görüntü toplama ve işleme sonrası yazılımı kullanarak lazer ve kamera hizalayınkameranın görüş alanı yeterli kavisli bir arterin dairesel kesitli görüntü yakalamak için (Şekil 3A) ve partikül bozulmasını azaltır. görüş alanının yazılım tarafından oluşturulan görüntü inceleyerek 'deneme-yanılma' ile hizalama gerçekleştirin. lazer güç kaynağı üzerinde bulunan kontrol düğmelerini kullanarak lazer kapatın ve kamera kaldırıldı mercek kapağı açık olduğundan emin olun.
    4. PIV veri toplama bilgisayarda görüntü elde etme ve işleme sonrası yazılımını başlatın ve 'uzman kullanıcı' olarak oturum açın. Bir 'Proje adı' belirtin, dosya menüsünden yeni bir proje oluşturmak ve 'projesi Tipi altındaki' PIV 'seçeneğini seçin. Yeni bir PIV kayıt oturumu başlatmak için Dosya menüsünden 'Yeni' seçin. görüntü elde etme ve post işleme yazılımı üzerinde 'Ayarlar' bölümünde 'Cihaz' seçeneğini seçin.
    5. Ekranda 'Kayıt' diyalog kutusuna gidin,'Kamera 1' onay kutusunu etkinleştirmek ve 'Tek Kare (T1A)' seçeneğini seçin. Seç lazer 'radyo düğmesini' görüntü toplama ve işleme sonrası yazılım ayarlarında ON ayarlanması gerekir. 'EXT' ve lazer güç kaynağı üzerinde bulunan 'Yüksek güç' anahtarları basarak lazer güç kaynağına harici güç modunu etkinleştirin.
    6. Bilgisayar ekranında gözlemlemek için PIV görüntüleri elde başlamak için görüntü toplama ve post işleme yazılımı üzerinde 'tut' seçeneğini seçin. Optik masaya hafif manuel ayarlamaları ile kamerayı hareket ettirin ve alan-view maksimize bulanıklık ve görüntü bozulmasını azaltmak için kameranın yerini optimize etmek için odağı ayarlayın.
    7. Seçin görüntü toplama ve işleme sonrası yazılım ayarlarına 'Stop' radyo düğmesini PIV verilerini elde durdurma ve başka kamera ayarlamaları yapmazlar. Hizalama işlemi, bu aşamada tamamlanır.
      Not: bu aşamada lazer darbeleri görüntü kontrol ediliredinim ve sonrası işleme yazılımı ve daha fazla yazılım ayarlarında darbe frekansı veya 'Pozlama değişen kontrol edilebilir. görüntü elde etme ve sonrası işleme yazılımı tarafından kontrol edildiğinden dolayı lazer otomatik olarak duracaktır. Mevcut proje aşağıdaki adımlarla PIV verilerini elde etmek için kullanılır olacak gibi değil yakın görüntü elde etme ve sonrası işleme yazılımı yapmak.
    8. Faz-bilge PIV verileri ikili darbe lazer ve kamera ile senkronize edilir pompa enstrüman kontrol bilgisayarından zamansal tetik darbeleri kullanılarak oluşturulan emin olmak için aşağıdaki adımları izleyerek 2C-2D PIV sistemini kullanarak ikincil akış alanlarının görüntülerini elde edin.
      Not: Programlanabilir pompa pompa araç kontrolü bilgisayara bağlandığında ve araç kontrolü yazılım programı tarafından kontrol edilir. aşağıdaki adımlar görüntü elde etme kullanarak PIV bilgisayarda yazılım kontrol modülleri kurma dahil ve işleme sonrası ve araç kontrolü bilgisayarı bize pompaGösterge kontrol yazılımı ing.
      1. pompa üzerinde bulunan ON / OFF anahtarı kullanarak programlanabilir pompa açın. Pompa enstrüman kontrol bilgisayarı gösterge kontrol programını başlatın.
      2. (T / T = 0), bu fizyolojik Womersley numarası muhafaza enstrüman kontrol yazılımı kur dalga formunu akış fizyolojik (karotis arter) temsil eden bir referans tetikleyici ile gerilim-zaman dalga değerlerini vardır metin dosyası yüklemek denklem 41 ve maksimum Reynold denklem 42 ve Dean denklem 43 sayılar (Şekil 4A).
      3. 1 (Volt) için 'Genlik' Set, 1,000 0 (Volt) için, 'zaman adım sayısı' 'DC ofset' ve enstrüman kontrol yazılımı arayüzü ekranda 4 (saniye) ile 'Zaman periyodu'.
      4. Onayla o dış poweAdım 4.5 lazer güç kaynağına r kipi, yine devreye girer. Gerekirse Basın 'EXT' ve 'Yüksek güç', lazer güç kaynağı üzerinde bulunan anahtarları.
      5. görüntü elde etme ve post işleme yazılımı üzerinde 'Ayarlar' bölümünde 'Yeni Kayıt' tıkladıktan sonra 'Cihaz' seçeneğini seçin. 'Kamera 1' etkinleştirmek, görüntü elde etme ve sonrası işleme yazılımı (PIV bilgisayar) üzerinde 'Kayıt' diyalog kutusuna gidin kutusunu işaretleyin ve '(T1a + T1B) Çift Kare' seçeneğini lazer kurmak için bu seçeneği çift nabız yangın modu.
      6. görüntü toplama ve post işleme yazılımı üzerinde 'Kayıt' diyalog kutusunda 'Zamanlama' seçeneğini seçin, 'Tetik kaynağı' seçin ve pompa cihazı kontrol modülünden tetik-sinyalleri ile senkronize etmek 'Harici döngüsel tetikleyici' olarak ayarlayın. s görüntü toplama ve post işleme yazılımı üzerinde 'Ayarlar' bölümünde 'Aquisit' Seçtart PIV satın kurma.
      7. görüntü toplama ve post işleme yazılımı üzerinde 'Kayıt dizisi' diyalog kutusuna gidin. yazılım arayüzü üzerinde sağlanan uygun sekmeyi kullanarak, 'Kayıt dizisi' başlığı altında bir 'Tablo tarama' alt kategoriyi ekleyin. tablo 0 milisaniye ile başlayan ve 40 milisaniye aralıklarla 4000 milisaniye ile biten 'Düzenleme Tablo taraması', 'Ekleme Tarama' ve giriş zamanı değerleri kullanılarak oluşturulan doldurun. Tablodaki her giriş için karşılık gelen giriş ¨t-değerleri. Her değer girdikten sonra basın klavyenizdeki 'Enter'.
      8. görüntü toplama ve post işleme yazılımı üzerinde 'Kayıt dizisi' diyalog kutusuna gidin. Adım 4.8.7 oluşturulan 'Tablo tarama' başlığı altında 'Resim Alma' alt kategoriyi ekleyin. , 200 'görüntülerin sayısı' Set 'Kayıt sırasında Görüntüleri göster' onay kutusunu etkinleştirmek ve 'Hemen başlayın "ı seçin.
      9. SeleCT'nin 'Ayarlar' bölümünde 'Aygıt' ve lazer uygun güç ayarları ile 'AÇIK' olarak ayarlanmış olduğunu doğrulayın. Onaylamak için 'Lazer Kontrolü' gidin. PIV sistemi artık veri elde hazırdır.
      10. Her 4 saniyede bir tetikleme darbesi ile birlikte adım 4.8.2-4.8.3 sağlanan girdileri kullanarak deney sıvı tedarik pompa cihazı kontrol bilgisayarı gösterge kontrol yazılımı arayüzünde 'RUN' radyo düğmesini seçin.
      11. Kurmak her zaman örneğini de (ulaşmak için yeterli 200, istatistiksel yakınsama 5, 6, 31, 32) düzlemsel hız alanlarının önceden belirlenmiş sayıda kadar pompa cihazı kontrolünden tetik sinyali kullanarak faz-bilge ölçümler elde etmek için 'Başlat Kaydı' Seç Tablo taramada 90 ° yerde yapılır (adım 4.8.7 bakınız).
      12. Kayıt kez lazer güç kaynağına Basın 'Dur' yapılır. Pompa ve kamerayı kapatın ve kamera lensi co yerleştirinvers. Pompa enstrüman kontrol bilgisayarı gösterge kontrol yazılımı arayüzünde 'Dur' radyo düğmesini seçin.
      13. Görme tüm cihazlar kapalı durumda veya hangisi uygunsa bekleme, üzerinde bırakılabilir sağlamak için gerekirse, sızan sıvı, sızıntı seviyesi ölçer toplamak için deney düzeneği kontrol edin. görüntü toplama ve işleme sonrası yazılımı kayıt oturumu kapatın.

    5. Tutarlı İkincil Akış Yapıları Algılama

    Not: İçe sonrası süreci ve PIV sistemi 5, 6, 33 2- bileşen vektör alanları analiz etmek görüntü elde etme ve sonrası işleme yazılımı ve komut satırı işlevler kümesi (MATLAB tabanlı araç, PIVMat 3.01) kullanın.

    1. Iç akış geometrisi ie, dairesel, düzlemsel kesit alanı kapsayan bir maske oluşturun.
      1. artık her edinilen PIV veri olduğunu, adım 4.4 oluşturulan projeyi seçinAdım 4.8.7 belirtilen süre örneği. Ayrıca, tüm PIV veri topluluk içeren diyalog kutusunda herhangi bir veri seçin.
      2. "- Bir maske oluşturarak Ltd. Kod Dosyası" bölümündeki yönergeleri izleyin.
    2. Bazı PIV veri kümesi varsayılan olarak seçili durumdayken, proje penceresindeki dosya menüsünden 'Toplu' simgesini seçerek bir post işleme rutin oluşturun. Aşağıdaki adımda belirtildiği gibi görünür olacak bir 'Operasyonu listesinde' ile bir diyalog kutusu aynı sırayla doldurulması gerekmektedir.
      1. "- Post işleme rutin oluşturmak Ltd. Kod Dosyası" bölümündeki yönergeleri izleyin.
    3. Hesaplamak faz ortalama ve RMS ikincil akış hızı ve vortisiti alanlar.
      1. Grubun 'istatistiklerine' dan ve diyalog kutusunda 'Parametre' tıklayın: 'vektör alanı sonucunu vektör istatistiklerini' operasyonu seçin. 'Ortalama V' ve 'RMS V' onay kutularını und etkinleştirin'Vektör alanları' bölümünü er. operasyon 'rot-z Eyx - exy' seçeneğini grup 'skaler alan özü: rotasyon ve kayma' düzlemsel kesitte iki boyutlu vorticity'i belirlemek için.
    4. Tüm PIV verilerin işlenmesi sonrası başlatın ve adımları 5.3 ve 5.4 oluşturulan operasyonlar hız, RMS hız, girdap ve dönen gücü faz ortalama miktarlarda üretmek.
      1. altında 'Tümünü ekle' seçeneğini, proje penceresi altında herhangi bir PIV verileri 'hyperloop> Tüm setleri' basıp seçeneği 'Sağ tıklayıp' 'Mevcut Kümeler:' bölümünde tüm PIV veri topluluğu seçili olduğundan emin olmak için.
      2. altında açılır menüden 'Parametre' Seç 'Filtre:' bölümünü. altında Seç 'Toplu İşleme' seçeneği 'Operasyonu:' bölümünde. Click PIV veri 'hyperloop' post işleme başlamak için 'Yürütme'.
    5. hesaplamak dönenkuvvet denklem 44 ) Alanları görüntü elde etme ve işleme sonrası yazılımı kullanarak ikincil akış yapılarını tespit etmek. grup 'gücü dönen' işlemi seçin 'skaler alan özü: rotasyon ve kayma'.
      1. Tekrarlayın 'hyperloop' post-processing yürütmek için 5.4.1-5.4.2 adımları.
    6. tarafından tutarlı yapılar Algılama denklem 45 ve sürekli dalgacık girdap alanında dönüşümü denklem 46 Kullanıcı tanımlı MATLAB fonksiyonları oluşturma ve PIVmat 3.01 tabanlı MATLAB işlevlerini kullanarak (- örnek kodu için "MATLAB kodları yazmak Kod Dosyası" bakınız).
      1. ölçek faktörü başlatılırken bir 2D Ricker dalgacık temsil aşağıdaki denklemden elde edilen verilerin bir 2D dizi oluşturmak denklem 47 Denklem. keyfi bir değere 13 ( "- MATLAB kodları yazmak Kod Dosyası" bakınız).
        denklem 48
      2. iki boyutlu kıvrım veya girdap Fourier çarpma işlemini Denklem 9 2D Ricker dalgacık fonksiyonu (Denk. 13) ile adım 5.4 veri, dalgacık dönüştürülmüş girdap alanı oluşturmak için denklem 46 başlatıldı ölçek faktöründe denklem 47 . ( "- MATLAB kodları yazmak Kod Dosyası" bakınız).
      3. Shannon entropi hesaplayın denklem 49 dalgacık dönüştürülmüş Vortisiti alanının denklem 46 Denk tarafından temsil edilmektedir. 14 ( "Ek Kod Dosyası - MATLAB kodları" bölümüne bakın).
        denklem 50
      4. için ölçek faktörünü değiştirmek denklem 51 ve 2D Ricker dalgacık (Denk. 13) temsil eden yeni bir veri 2B dizi oluşturmak (bakınız Şekil 6).
      5. (Ölçek faktörleri geniş bir ürün yelpazesi için, 5.6.4 - Tekrar 5.6.1 adımları denklem 52 Şekil 6'da bir geri besleme döngüsü, bkz.
      6. Shannon entropi bir arsa oluşturun denklem 53 dalgacık ölçek faktörü vs denklem 47 Adım 5.6.5 (Şekil 6). optimal dalgacık ölçek bulun denklem 47 Genellikle Shannon entropi yerel minimuma karşılık gelen denklem 49 . Optimum dalgacık ölçeğinde adımı yineleyin 5.6.4 (seŞekil 6'da dalgacık ölçekli arsa vs e Shannon entropi).
      7. dalgacık dönüştürülmüş girdap bir kontur arsa oluşturma denklem 46 Shannon entropi optimal değerine karşılık gelen dalgacık ölçek faktöründe denklem 53 .

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Şekil 7A-D sunulan sonuçlar (bakınız Şekil 5, 6), Şekil 3A'da gösterilen 2C-2D PIV sistemi elde edilen son işlem ikincil akış hızı verileri, sonra oluşturulmuştur. Idealize edilmiş "Tip IV" stent kırığı olan kavisli arter testi bölümüne verilen giriş koşulu Şekil 4B gösterilen karotid arter dalga oldu. Daha önceki çalışmalar Womersley numaralarının belirli bir aralık içinde pulsatil akış dalga çeşitli yavaşlayan şartlara ikincil akış yapılarının duyarlılığını göstermiştir denklem 55 4 -. 6 Buna göre, zaman örnekleri denklem 56 Şekil 7A-D sunulan sonuçlar, karotid arter girişi sistolik yavaşlama fazı ağırlık karşılık seçilmiştiraveform. boyut mukavemetli-morfolojik özellikleri değişen uyumlu ikincil akış yapıları çeşitli düzlemsel enine kesitlerde sunulmaktadır denklem 57 Şekil 7A-D 'de gösterildiği gibi. kavisli arter testi bölümünde ortaya çıkan büyük ölçekli tutarlı ikincil akış yapıları deforme Dean-, Lyne- ve Wall-tipi (DLW) girdapların olarak sınıflandırılmıştır. Tipik olarak, DLW girdaplar sistolik hızlanma aşamasında gelişmeye. sistolik yavaşlama aşamasında, DLW yapıları atipik tutarlılık, asimetri kaybı ve deneyim, girdap pozisyonları, boyutları, güçlü ve morfolojileri değişiklikler. Aşağıdaki Şekil 7A-D sunulan sonuçların açıklaması:

    at denklem 58 Konumu (Şekil 7A): simetrik tek bir çifti, tutarlı, deformeDean girdaplar (D) 'de görülmektedir denklem 59 alanları t / T = 0.23 ve 0.27. Bu D-tipi girdaplar yavaşlama sırasında dış duvara doğru çevirmek görünür. Q-alanlar t mevcut gerilme ve makaslama-egemen desenler / T = 0.23, D-tipi vortekslerini ek olarak. t / T = 0.27, D tipi vortekslerini ve yakın duvara suşu hakim akış alanlarının gücündeki azalma da yavaşlama olası bir etkisi olarak görülmektedir. D-tipi ek olarak çok ölçekli ikincil akış morfolojisi dalgacık dönüştürülmüş girdap alanlarında tespit edilir denklem 60 Birkaç gerilme-egemen girdap desen varlığını gösteren.

    at denklem 61 Konumu (Şekil 7B): D-vortices bir çiftten bir geçiş denklem 62 alanlar. güçlü dönen büyüklükleri ile kanıtlandığı gibi, L ve W tipi girdaplar D-tipi vortekslerini daha yüksek tiraja sahip. de kırık-stent sızmak Akış tedirginlikler denklem 62 Konumu büyük olasılıkla DLW girdapların oluşmasına katkıda bulunmuştur. yavaşlama etkisi L- kuvvet azalması ve W tipi girdapların olarak görülmektedir. arasında büyük ölçekli tutarlı DLW yapılarının konumda iyi bir fikir birliği vardır denklem 63 ve denklem 59 alanlar. Ek daha küçük ölçekli ikincil akış morfolojileri tespit edilir "Denklem

    at denklem 64 Konumu (Şekil 7C): denklem 59 t saha / T = 0.23 L-tipi, girdapların kaybı ve uzun D- ve W tipi girdaplarının varlığını gösterir. t / T = 0.27 at D- ve W tipi vortekslerini hem de gücü dönen bir kaybı vardır. yavaşlama etkisi gözlenen girdap yapıların asimetrisi ile gösterilir denklem 63 alan. uzatılmış D-tipi varlığı ile birlikte küçük ölçekli W tipi vortekslerini çok sayıda gözlenir girdapların. Q-alanlar duvar yakınındaki kesme-egemen bölgeler t varlığına işaret şapka stent kırık kaynaklı akış tedirginlikler artan dengesizlik düşündürür.

    at denklem 65 Konumu (Şekil 7D): denklem 59 t / T saha = zayıf, DLW yapıları 0.23 kapsar. Nedeniyle akış yavaşlama etkisine bu DLW yapılar t / T = 0.27 daha tüketmek eğilimindedir. duvar yakınındaki kesme akışında kaybı zaman her iki durumda Q-alanlarda görülmektedir. t / T = 0.23, denklem 63 Alan D-girdaplar gelen anlaşarak çok ölçekli W tipi vortekslerini ve çevresindeki gerilme-egemen yapılar ile birlikte iç duvara daha yakın olduğunu göstermektedir denklem 59 alan.51288eq63.jpg "/> alan açıkça zaman süre içinde her iki durumda da DLW yapıların tutarlılık ve asimetri bir kaybı gösterir denklem 66 alanlar bu fenomen yakalamak değil.

    Protokolün başarılı bir şekilde yürütülmesi sonra geniş çıkarımlarda denklem 67 büyük ölçekli ikincil akış yapıları ve değişen akış morfolojileri tespit edildi. denklem 68 Normalde duvar yakınındaki bölgelerde karşılaşılan yüksek gerilme-oranı tespit alanları. Sürekli dalgacık algoritması unthresholded ile iyi bir anlaşma büyük ölçekli ikincil akış yapıları tespit dönüşümü denklem 67 . 2D Ricker dalgacık çekirdek ayrıca birkaç düşük tirajlı, çok ölçekli ikincil akış morfolojik özelliklerini çözüldü ile tespit edilmemiş edildi nolojiler denklem 69 ve unthresholded denklem 70 . Bu üç metrik kombinasyonu bütünsel ikincil akış Kıvırma ve zorlanma-egemen yapılar tespit edilmiştir.

    Şekil 1
    Şekil 1. Tasarım, imalat ve düz ve eğimli stentlerin montajı. (A) sağ ve sol dönüm sarmalını bir arada kullanarak düz stent yapılandırma CAD modeli. Kavisli stent yapılandırma (B) CAD modeli. Stentlerin imalatı için kullanılan (C) 3B yazıcısı. (D) ve Düz ve kavisli stentler 3D baskı sonrası (E). (F) stentler 180 ° kavisli arter testi bölümünde yüklü.: //www.jove.com/files/ftp_upload/51288/51288fig1large.jpg "Target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    şekil 2
    . Şekil 2. parçacık görüntü velosimetri (PIV) sisteminin şematik çizimi aşağıdaki sistem bileşenler belirtilmiştir: optik ile 1. Nd-YAG lazer PIV-veri toplama tarafından denetlenen bir lazer levha ve 2. CCD kamera üretmek için pompa ve senkronizasyon gerilim-zaman dalga formunu sağlayan bilgisayar, 3. pompa enstrüman kontrol bilgisayarı PIV-veri toplama bilgisayara tetikler, fizyolojik debileri üreten 4. Programlanabilir dişli pompa, 5. deneysel test bölümü olan, kapalı devre giriş ve çıkış boruları, 180 ° eğik arter test bölümü ve kan-analog sıvı için bir hazne. Ankastre: Çeşitli düzlemsel kesitler PIV ölçümleri olabiliryaptı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 3,
    Stent yükleme konumu ile PIV sisteminin Şekil 3. Deneysel düzenleme. Çeşitli sistem bileşenleri ile optik masaya PIV sistemi (A) düzenlenmesi. (B) önemli boyutları ile 180 ° kavisli arter testi bölümünün şematik çizimi, 'Tür IV' stent çatlaması ve kırık stent parçaları (d boşluk) arasındaki boşluk somutlaştırmak düz ve kavisli stent konumu. Tıklayınız Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için.


    / T = 0.19 t zamanındaki gibi sistolik tepe gibi özellikler özelliklere sahip programlanabilir pompa tarafından üretilen Şekil 4. Fizyolojik dalga. (A) oranı (ml / sn) Akış 20 dalga döngüsü boyunca 180 ° kavisli arter testi bölümünün yukarı ölçülen . (B) 20 dalga döngüleri boyunca ölçülen zamanın çeşitli örnekleri standart sapmalar oranı dalga formu akış. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 5,
    PIV ölçümleri ve 180 ° kavisli arter testi bölümünde ikincil akış yapılarının tespiti Şekil 5. Sıra. (A Pompa enstrüman kontrol bilgisayarı tarafından üretilen tetik senkronizasyon yoluyla PIV tekniği kullanılarak ikincil akış hızı saha verilerinin>) Üretim. (B) Q- ve λ ci için pikselli görüntüler (veya matrisleri) işlenmesi suretiyle ikincil akış alanı verileri kullanarak post-processing dizisi -. Kriterler ve dalgacık dönüştürülmüş girdap (Ω ') daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız bu figür.

    Şekil 6,
    Sürekli dalgacık Şekil 6. algoritmik temsil arter ikincil akış yapısı tespiti için yaklaşım dönüşümü Insets. 2D-Ricker dalgacık keyfi bir skala (ℓ), 2D girdap alanında, dalgacık ölçekte (ℓ) Shannon entropi değişiminin bir örnek. com / files / ftp_upload / 51288 / 51288fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 7,
    . Şekil 45 ° 180 ° kavisli arter testi bölümünde 7. İkincil akış yapıları, 90 °, 135 ° ve 180 ° düzlemsel yerleri ve zaman örneklerini, t / T = 0.23, 0.27, sırasında sistolik yavaşlama Insets: resmeden şematik çizimi ölçüm yerleri, Q ve λ ci karşılaştırılması - kriterleri ve dalgacık dönüştürülmüş girdap (Ω ') sistolik yavaşlama sırasında her düzlemsel yerlerde ve durumlarda veri alanları, Q- ve λ ci tarafından satın değerleri aralığını gösteren ColorBars - kriterleri ve dalgacık dönüştürülmüş girdap (Ω ') verileri ve yorumlanması. pg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Parametre Hayır denklem. Initialized değer Stent modeli kategorisi Açıklama
    θ = 360 n t döner 1 n = 4 döner Düz; kavisli sarmal dönüş sayısı
    (n döner)
    Tablo 1, Denklem 1 2 Buna göre zift = 22,225 mm Düz; kavisli sarmalın diş açıklığının
    (pitch)
    mümkün 1 Denklem 2 "src =" / files / ftp_upload / 51288 / 51288tbl2.jpg "/> 3 D = 11.84 mm Düz stentin anma çapı
    (D)
    Tablo 1 Denklem 3 4 D = 11.84 mm Düz stentin anma çapı
    (D)
    Tablo 1, Denklem 5 5 Buna göre zift = 22,225 mm Düz sarmalın diş açıklığının
    (Pitch)
    Düz stent modelinin uzunluğu (z)
    Tablo 1, Denklem 6 6 l7.jpg "/> kavisli 180 ° kavisli arter modeli yarıçapı
    R ark
    β = 180 T 7 β = 45 kavisli eğrilik merkezinde eğri stent yaptığı açı
    d tel - d tel = 0.85 mm Düz; kavisli Stent payanda çapı
    L düz = z - L düz = 88.9 mm Düz Düz stent modelinin uzunluğu

    Tablo başlatıldı, sol ve sağ helezonlar ve parametre değerlerinin 1. Parametrik denklemler.

    > "Lways Kimyasal çözücüler ve Reaktifler Kimyasal formül 20 ° C'de yoğunluk
    (g / cm3)
    Kırılma indisi Kinematik viskozite
    (m 2 / sn) 10 -6 x
    Form CAS Sicili numarası sodyum iyodür Nal 3.67 1,7745 - kristal 7681-82-5 gliserin C 3 H 8 O 3 1,262 1,4746 ≈1115 bir Sıvı 56-81-5 deiyonize Su H2O 1 1.333 1.002 Sıvı - Sodyumtiyosülfat susuz Na 2 O 3S 2 1.01 - - Pudra 7772-98-7 Segur ve Oberstar 16 tarafından bildirilen bir Ölçümler

    Kan-analog çözümü oluştururken kullanılan kimyasal çözücülerin ve reaktiflerin Tablo 2. Tanım.

    Parametre Hayır denklem. Açıklama Önerilen laboratuar ekipmanları
    Tablo 3 Denklem 100 8 doymuş sodyum iyodür solüsyonu (Nal) yoğunluğu, böylece kütle ölçülerek hesaplanırdökülmesinden ve 50 ml'lik bir cam kaba, küçük miktarlarda ilave hacim. 1. Bardak (50 mi)
    Ölçek tartılır 2.
    3. Mezun veya hacimsel pipet
    Tablo 3 Denklem 101 9 hazırlanan doymuş sodyum iyodür çözeltisi, tüm yığın hacmi doymuş Nal çözeltisi ile 1. Bardak (2.000 mi)
    ölçek tartılır 2.
    Tablo 3 Denklem 102 10 volumetrik çözelti hazırlandıktan sonra beklenen kan analog çözeltisi toplamı 1. Beher doymuş Nal çözeltisi (2.000 mi) ile gliserol ve DI suyla karıştırın.
    ölçek tartılır 2.
    Tablo 3 Denklem 103 11 gliserol toplam hacmi, doymuş sodyum iyodit çözeltisine eklenmesini doymuş Nal çözeltisi ile 1. Bardak (2.000 mi)
    ölçek tartılır 2.
    3. Beher (100 mi), doymuş Nal çözeltisi gliserol aktarmak
    Tablo 3 Denklem 104 12 DI suyun toplam hacmi, doymuş Nal ve gliserol çözeltisine ilave edilecek 1. Mezun veya hacimsel pipet doymuş Nal ve gliserol çözümüne distile su aktarmak için

    Tablo kan analog çözümü için yüzde-by-hacim hesaplamalarının 3. Tablo:% 79 Nal,% 20 Gliserol ve% 1 DI su.

    PIV sistemi özellikleri Geometri veya karakteristik değer Açıklama
    Akış geometrisi Işık yaprağa dairesel kesitli paralel Kavisli arter testi bölüm
    Maksimum düzlem hızı 0.16 m sn -1 İkincil akım hızı ölçeği
    Görüntü boyutu x 1.376 piksel y 1040 piksel PIV Kamera CCD Array boyutu
    lazer darbeleri arasındaki zaman aralığı (Dt) 600 - 3,200 mikro-sn PIV Görüntü edinimi yazılım içine girdi (Davis 7.2)
    vektörlerin Final sayısı X 86, y 65 PIV veri sonrası işleme Çıktı (Davis 7.2)

    İki compon Tablo 4. Özelliklerient, iki boyutlu (2C-2D) PIV Sistemi.

    Ek 1
    Yan Kod Dosyası 1. Maske oluşturma. Bu dosyayı indirmek için tıklayınız.

    Ek 2
    Bir post işleme rutin oluşturma Ltd. Kod Dosyası 2.. Bu dosyayı indirmek için tıklayınız.

    Ek 3
    Yan Kodu File 3:. MATLAB kodları bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Bu çalışmada sunulan protokol, parçacık görüntü velosimetri tekniği (PIV) ve tutarlı bir yapı algılama yöntemleri, yani. Sürekli dalgacık dönüşümleri kullanarak yüksek sadakat deneysel verilerin edinimi anlatılmaktadır denklem 1 , Girdap ve kesme-egemen akışlarının tanımlanması için uygundur. idealize edilmiş "Tip IV" kırık varlığında fizyolojik girişlerinin deneysel verilerin analizi ortaya böyle basit akışkan dinamik teorilerden tahmin edilemez uzay-zamansal dağılımları akış yapısı asimetri ve değişim gibi karmaşık hidrodinamik etkileri ile ikincil akış yapıları.

    Bu protokol viz yürütülmesi dört kritik adımlar vardır. (i) Tasarım ve laboratuvar ölçekli stent modelleri imalat, kan ve refrakterlerde kinematik viskozite ile uyumlu bir kan analog çalışma sıvısının (ii) hazırlanmasıtif kavisli arter modeli endeksi, (iii) Non-invaziv deneysel düzenleme (2C-2D PIV) ve (iv) arteriyel kan akımı desenleri tanımlamak için Gelişmiş tutarlı bir yapı algılama yöntemleri.

    Womersley sayısı viskoz etkiler 7 pulsatil akım frekansı ile ilgilidir boyutsuz bir parametredir. Reynolds sayısı viskoz akış kuvvetlerine atalet kuvvetleri ile ilgilidir. Dekan sayı 2, atalet için kavisli borular aracılığıyla akışında ortaya çıkan merkezcil kuvvetler ve yapışkan kuvvetleri 1 ile ilgilidir. Detaylar 6, 5 sunulmuştur Womersley ve Reynolds sayıları ile fizyolojik dalga biçiminin ölçekleme ilişkin. Bu çalışmada kullanılan giriş dalga oldu arketip karotid arter debisi ölçümleri yeniden Holdworth ve ark. 15 tarafından 17-20 sağlıklı hastalarda (ortalama). Kavisli arter Test bölümüne gelen boru akışına izin vermek için yeterince uzun, tam aralıklı akım condi şekilde geliştirilmesiKavisli arter test bölümünün girişinde leri faz-içi pompası (Şekil 3a, 3b ve 4a) vardır. Verilen fizyolojik dalga tekrarlanabilirliği akış hızına ve 2C-2D PIV sistemini kullanarak modeli artere yukarı toplu hız eksenel PIV ölçümlerini yaparak sağlanmıştır (bkz. 4b).

    Söz konusu klinik komplikasyonlar doğru arteriyel hemodinami gelen hidrodinamik uyaranlara iyi bilinen değildir. Stent ve stent kırıkları içeren fizyolojik akışlar in vivo ve in vitro ölçümlerde karmaşıklığı oluşturmaktadır. Burada sunulan protokol ideal olmayan ve daha gerçekçi akım senaryoları altında arteriyel ikincil akış yapılarının etkisini incelemek için borularda uyumu içerecek şekilde modifiye edilebilir. Bu tür deneyler ölçme ve veri post-processing ek zorluklar teşkil edecektir. eşleme üç boyutlu veloci edebilen stereo- ve tomografik-PIV tekniklerinin kullanılması,ty alanları önemli ölçüde ikincil akış yapılarının dinamikleri anlayışımızı artırabilir.

    yakın duvar (model arter lümen) bölgeler ve stent implante bölgeler içinde kan akımı optik erişim eksikliği eksikliği çözünürlükte deneysel düzenleme yalan sınırlamalar. Bu sınırlamalar, ancak sunulan protokol zarif uzantıları oluşturmaktadır. stentlerin 3D-baskı için optik bakımdan saydam malzeme kullanımı, gerçekçi ve hastaya özgü arter geometrileri stent implant ve kırık-stentlerin hemodinami görülmemiş erişim sağlayacak.

    Burada sunulan protokol uzun bir sonucu tutarlı bir yapı tespiti için "en iyi" dalgacık ölçek seçimi ile ilgilidir. Adımları 5.6.3 - 5.6.7 tutarlı yapı tespiti "en iyi" dalgacık ölçeği (ya da baz fonksiyonu) sorununa önerilen çözümdür. 5.6.7 çözmek - Yazarlar aşağıdaki 5.6.3 adımları bulundud tüm büyük ölçekli tutarlı yapılar ve buna ek olarak, şimdiye kadar kavisli arter modeli deneylerinde tespit edilmemiş edildi küçük ölçekli tutarlı yapılar tespit edildi. Yazarlar Ref öneririz. 34, Shannon entropi bir ayrık dalgacık paket içinde "en iyi" temel bir türbülanslı akış deneyinde tutarlı yapılar tespit doğru (DWPT) algoritması dönüştürmek değerlendirmek için kullanılır, burada 35. Sürekli dalgacık ilgili yaklaşımı konusunda daha ayrıntılı bilgi algoritması dönüşümü için, yazarlar Ref öneririz. 5, 6, 35 ve burada belirtilen referanslar.

    stent implantlarından ve eşlik eden akış bozukluklarının kırık insidansı karmaşık, çok-ölçekli morfolojileri ve değişken boyut mukavemet özellikleri ikincil akış yapılan ortaya çıkarır. örneğin özellikle tutarlı yapı tespiti ile birlikte parçacık görüntü velosimetri (PIV) olarak metodolojileri Önemi, dalgacık dönüşümleri çok ölçekli, çok gücü çözünürlük sağlar ORTAstent ve stent-kırık-kaynaklı akış senaryoları altında y akış yapıları. 14 sekonder akımları - burada sunulan protokol gibi stent restenoz (ISR), stent trombozu ve anevrizma oluşumu 8 11 gibi tıbbi komplikasyonları araştırılması için önünü açıyor. Buna ek olarak, çekirdek bölgelerde karşılaşılan ikincil akış dikey desen tromboz doğru aktivasyonu için duyarlılaştırılmaları trombositler gibi kan yoluyla bulaşan parçacıkların hareketi ve pozlama süresini etkileyecek eğiliminde olacaktır. Gerilme-egemen yakın duvara (lümen) ikincil akış yapıları sonuçta yakından özellikle arteriyel eğikliklerde, Aterogenezde ilgili duvar kayma gerilmesi etkileyecektir.

    Yeni bakış açıları teşvik edecektir 3, 7 deneyler ve yüksek mertebeden analitik yöntemlerin bir kombinasyonu -. Analitik prosedürler ikincil akış (dikey) yapılar Navier-Stokes toroidal koordinatlarda denklemler ve asimtotik teorilerini 1 gerektiren karmaşık tahmin etmekstent implantasyonu ve stent kırıkları ile ilişkili çeşitli kardiyovasküler hastalıklar ve klinik komplikasyon eğilimli kavisli arterlerin hemodinamik.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Çıkar çatışması ilan etti.

    Acknowledgments

    Yazarlar Biyomimetik ve Biyolojik Tabanlı Akıllı Mühendisliği GW Merkezi (COBRE) NSF hibe CBET-0909678 ve finansman desteğini kabul. Biz yardımcı olmak için laboratuar ve Sayın Mathieu Barraja yardım için Bay Christopher Popma Bayan Leanne Penna, Bayan Shannon Callahan, Sayın Shadman Hussain, Sayın Mohammed R. NAJJARI ve Bayan Jessica Hinke öğrencilerimize teşekkür CAD çizimleri.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Acrylic tubes and sheet McMaster-Carr Supply Company Inlet and outlet pipes and material of the curved artery test section
    Object24 Desktop 3D printer Stratasys Desktop rapid prototyping machine. http://www.stratasys.com
    VeroWhitePlus Opaque material Stratasys Building material for Object24 Desktop 3D printer
    Fullcure 705 Stratasys Non-toxic gel-like photopolymer Support material for Object24 Desktop 3D printer
    Ubbelohde viscometer Cole Parmer YO-98934-12 Toward measurement of kinematic viscosity of the blood-analog fluid
    VELP scientifica - ESP stirrer  VELP Scientifica F206A0179 Magnetic stirrer
    Ohaus Scout Pro SP 601  The Lab Depot SP4001 Weigh scale
    Refractometer Atago PAL-RI Toward measurement of refractive index of blood-analog fluid
    Beakers, pipettes, syringes and spatula Sigma-Aldrich  CLS710110,  CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216 Toward handling materials required for blood-analog solution preparation
    Sodium Iodide Sigma-Aldrich 383112-2.5KG  Crystalline
    Glycerol Sigma-Aldrich G5516-1L Liquid
    Deionized Water - - Liquid
    Sodium thiosulfate anhydrous Sigma-Aldrich 72049-250G Powder
    PIV Recording medium LaVision Imager Intense 10Hz PIV Image acquisition CCD camera
    PIV Illumination source New Wave Research Solo III-15 PIV Laser source, Nd:YAG laser, 532 nm, dual pulse 70 mJ/pulse
    PIV Imaging software LaVision DaVis 7.2 PIV data acquisition and instrument control
    PIV Seeding material Thermo-scientific   Flouro-Max Red fluorescent polymer microspheres (≈ 7 µm); Dry dyed polystyrene (DVB) fluorescent microspheres emit bright and distinct colors when illuminated by the light of shorter  wavelengths than the emission wavelength. 

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Dean, W. R. Note on the motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 208-223 (1927).
    2. Dean, W. R. The streamline motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 673-695 (1928).
    3. Lyne, W. H. Unsteady viscous flow in a curved pipe. J. Fluid. Mech. 45, part 1 13-31 (1970).
    4. Glenn, A. L., Bulusu, K. V., Shu, F., Plesniak, M. W. Secondary flow structures under stent-induced perturbations for cardiovascular flow in a curved artery model. Int. J. Heat Fluid Fl. 35, 76-83 (2012).
    5. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Secondary flow morphologies due to model stent-induced perturbations in a 180° curved tube during systolic deceleration. Exp. Fluids. 54, 1493 (2013).
    6. Bulusu, K. V., Hussain, S., Plesniak, M. W. Determination of secondary flow morphologies by wavelet analysis in a curved artery model with physiological inflow. Exp. Fluids. 55, 1832 (2014).
    7. Womersley, J. R. Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known. J. Physiol. 127, 553-563 (1955).
    8. Sheriff, J., Bluestein, D., Girdhar, G., Jesty, J. High-shear stress sensitizes platelets to subsequent low-shear conditions. Ann. Biomed. Eng. 38 (4), 1442-1450 (2010).
    9. Popma, J. J., Tiroch, K., Almonacid, A., Cohen, S., Kandzari, D. E., Leon, M. B. A qualitative and quantitative angiographic analysis of stent fracture late following sirolimus-eluting stent implantation. Am. J. Cardiol. 103 (7), 923-929 (2009).
    10. Kim, S. H., et al. A fractured sirolimus-eluting stent with a coronary aneurysm. Ann. Thorac. Surg. 88, 664-665 (2009).
    11. Adlakha, S., et al. Stent fracture in the coronary and peripheral arteries. J. Interv. Cardiol. 23 (4), 411-419 (2010).
    12. Alexopoulos, D., Xanthopoulou, I. Coronary stent fracture: How frequent it is? Does it matter. Hellenic J. Cardiol. 52, 1-5 (2011).
    13. Nair, R. N., Quadros, K. Coronary stent fracture: A review of the literature. Cardiac. Cath. Lab Director. 1, 32-38 (2011).
    14. Jaff, M., Dake, M., Popma, J., Ansel, G., Yoder, T. Standardized evaluation and reporting of stent fractures in clinical trials of noncoronary devices. Catheter Cardiovasc. Interv. 70, 460-462 (2007).
    15. Holdsworth, D., Norley, C. J., Frayne, R., Steinman, D. A., Rutt, B. K. Characterization of common carotid artery blood-flow waveforms in normal human subjects. Physiol. Meas. 20 (3), 219-240 (1999).
    16. Deutsch, S., Tarbell, J. M., Manning, K. B., Rosenberg, G., Fontaine, A. A. Experimental fluid mechanics of pulsatile artificial blood pumps. Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 65-86 (2006).
    17. Yousif, M. Y., Holdsworth, D. W., Poepping, T. L. A blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models. Exp. Fluids. 50, 769-774 (2011).
    18. Budwig, R. Refractive index matching methods for liquid flow investigations. Exp. Fluids. 17, 350-355 (1994).
    19. Hunt, J. C. R., Wray, A. A., Moin, P. Eddies, stream, and convergence zones in turbulent flows. Center for Turbulence Research. , Report CTR-S88 (1988).
    20. Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp. Fluids. 29, 275-290 (2000).
    21. Chong, M., Perry, A. E., Cantwell, B. J. A general classification of three-dimensional flow fields. Phys. Fluids A. 2 (5), 765-777 (1990).
    22. Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
    23. Haller, G. An objective definition of a vortex. J. Fluid Mech. 525, 1-26 (2005).
    24. Chakraborty, P., Balachander, S., Adrian, R. J. On the relationships between local vortex identification schemes. J. Fluid Mech. 535, 189-214 (2005).
    25. Wallace, J. M. Twenty years of experimental and direct numerical simulation access to the velocity gradient tensor: What have we learned about turbulence. Phys. Fluids. 21, 021301 (2009).
    26. Farge, M., Guezennec, Y., Ho, C. M., Meneveau, C. Continuous wavelet analysis of coherent structures. Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program. , 331-348 (1990).
    27. Himburg, H. A., Friedman, M. H. Correspondence of Low Mean Shear and High Harmonic Content in the Porcine Iliac Arteries. ASME J. Biomedical Eng. 128, 852-856 (2006).
    28. Dai, G., et al. Distinct endothelial phenotypes evoked by arterial waveforms derived from atherosclerosis-susceptible and -resistant regions of human vasculature. PNAS. 101 (41), 14871-14876 (2004).
    29. Hanus, J., Zahora, J. Measurement and comparison of mechanical properties of nitinol stents. Physica Scripta. 118, 264-267 (2005).
    30. Segur, J. B., Oberstar, H. E. Viscosity of glycerol and its aqueous solutions. Ind. Eng. Chem. 43, 2117-2120 (1951).
    31. Adrian, R. J., Westerweel, J. Particle image velocimetry. , Cambridge University Press. NY. (2011).
    32. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. Particle image velocimetry - A practical guide, 2nd ed. , Springer. Berlin. (2007).
    33. Moisy, F. PIVmat 3.01 software. , Laboratoire FAST., University Paris Sud, University Pierre et Marie Curie. CNRS. 91405 Orsay Cedex, France. (2013).
    34. Ruppert-Felsot, J. E., Praud, O., Sharon, E., Swinney, H. L. Extraction of coherent structures in a rotating turbulent flow experiment. Physical Review E. 72, 016311 (2005).
    35. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Shannon entropy-based wavelet transform methods for autonomous coherent structure identification in fluid flow field data. Entropy. 17 (10), 6617-6642 (2015).

    Tags

    Biyomühendislik Sayı 113 Tip IV stent arızaları Ateroskleroz İkincil akış yapıları Tutarlı yapı tespiti Q - kriter λ Sürekli dalgacık dönüşümleri Shannon entropi
    180 ° Kavisli Arter Testi Bölüm Model Tip IV Stent Başarısızlık Mansap İkincil Akış Yapıların Deneysel İncelenmesi
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Bulusu, K. V., Plesniak, M. W.… More

    Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180° Curved Artery Test Section. J. Vis. Exp. (113), e51288, doi:10.3791/51288 (2016).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter