Investigación experimental de estructuras secundarias de flujo aguas abajo de una Falla Modelo Tipo IV stent en una sección de prueba 180 ° de la arteria curvada

Este vídeo muestra cómo utilizar la velocimetría de imágenes de partículas y la detección de estructuras coherentes para detectar el flujo secundario o las estructuras wortical en un modelo de arteria curva, para comprender mejor la relevancia clínica de los fracasos de los stents de tipo IV. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en hemodinámica cardiovascular. Por ejemplo, cómo los stents, que pueden deteriorarse con el tiempo y, en última instancia, fracturarse, pueden influir en los patrones de flujo sanguíneo y afectar la progresión de la enfermedad en la remodelación vascular.

La principal ventaja de esta técnica es que facilita la investigación de mediciones in vivo e in vitro en flujos arteriales fisiológicos complejos que involucran stent y fracturas de stent. Mohammad Najjari, estudiante de posgrado, y Jessica Hinke, estudiante de pregrado, demostrarán el procedimiento. Prepare una solución análoga a la sangre compuesta por una solución de yoduro de sodio saturado al 79%, un 20% de glicerol y un 1% de agua desionizada.

Comience con una solución de yoduro de sodio saturado, luego, agregue el glicerol en pequeños incrementos con una jeringa hasta que se haya agregado todo el volumen de glicerol. Entre adiciones, espere a que la solución se homogeneice visiblemente y tome nota del volumen de cada adición de glicerol. A continuación, agregue el volumen requerido de agua, continúe revolviendo hasta que la solución análoga de sangre esté visiblemente homogeneizada.

Finalmente, agregue cantidades muy pequeñas de tiosulfato de sodio, usando una espátula hasta que la solución esté ópticamente clara. Para empezar, cree archivos STL de alta resolución a partir de los modelos Cad de stent rectos y curvos. En el software, seleccione Exportar y modelo en el menú de archivos.

Elige la opción STL, establece la Altura del acorde en cero y establece el Control de ángulo en uno. El valor de control de ángulo regula la cantidad de teselación a lo largo de la superficie con radios pequeños, y la configuración se puede ajustar entre cero y uno. A continuación, haga clic en Aceptar para crear el archivo STL.

A continuación, fabrique los modelos de stent en una máquina de prototipado rápido. Para ello, inicie el software de impresión 3D y haga clic en Insertar para localizar el archivo STL en el ordenador de la impresora 3D. A continuación, seleccione el archivo deseado y accione el ratón para colocar el archivo STL en una plataforma virtual en la pantalla.

A continuación, utilizando las piezas impresas en 3D, instale el stent en la sección de prueba de la arteria curva para recrear un escenario de fractura de tipo IV idealizado. Implica una fractura transversal completa de los stents y un desplazamiento lineal de las partes fragmentadas. Ahora, ensamble la configuración en una mesa óptica.

Conecte los tubos acrílicos rectos a la entrada y salida de una sección de prueba de arteria curvada de 180 grados. Para empezar, ajuste groseramente la posición del láser iluminando un pequeño trozo de papel. Haga que la lámina láser tenga un grosor aproximado de 2 mm ajustando el enfoque.

A continuación, apunte la hoja láser a lo largo de la parte de 90 grados de la región de medición con la hoja perpendicular a la mesa. Luego, coloque una cámara cerca de la ubicación de cero grados o 180 grados para ver la región de la sección transversal iluminada por la lámina láser. Ajuste gradualmente la alineación del láser y la cámara para que la cámara vea la sección transversal circular de la arteria curva con una distorsión mínima de partículas, que se evalúa mediante la función Grab en el software.

Una vez que la cámara y el láser estén en posición, adquiera imágenes de los campos de flujo secundarios. Primero, encienda la bomba programable. En el programa de control del instrumento de la bomba, ajuste la amplitud a un voltio.

Ajuste el desplazamiento de CC a cero voltios. Establezca el número de pasos cronometrados en 1000 y establezca el período de tiempo en cuatro segundos. Las configuraciones adicionales se describen en el Protocolo de texto.

Luego, cargue el archivo de texto que tiene los valores para la forma de onda de tiempo de voltaje y ejecute el programa para suministrar el fluido análogo de la sangre al experimento. En el programa de adquisición de datos PIV, después de hacer clic en la pestaña Nuevas grabaciones, seleccione el dispositivo en la sección Configuración y confirme que el láser esté activado con la configuración de energía adecuada. Navegue hasta el control láser para confirmar los valores.

Navegue hasta Temporización y configúrelo en Disparador cíclico externo. Haga clic en Adquirir, seleccione Escaneo de tabla, Editar escaneo de tabla, Anexar escaneo y complete la configuración de escaneo ingresando la hora de inicio representativa de la desaceleración sistólica. Incremento de tiempo y hora de finalización de la adquisición de datos PIV.

Se debe ajustar el tiempo de referencia, DT1 o el tiempo entre pulsos láser. A continuación, haga clic en Cerrar. En Adquisición, haga clic en adquisición de imágenes e introduzca el número de imágenes como 200.

Ahora, el sistema PIV está listo para adquirir datos. Seleccione Iniciar grabación para adquirir mediciones de fase, utilizando la señal de disparo del control del instrumento de la bomba. A continuación, se adquirirá el número establecido de campos de plano o velocidad en cada instancia de tiempo y en la ubicación preestablecida de la sección de prueba de 90 grados.

Cuando termine la grabación, apague el láser. Apague la bomba, apague la cámara y vuelva a colocar la cubierta del lente. Con el archivo de código complementario, calcule los campos Velocidades de flujo secundarias promediadas de fase y RMS, Vórticidad e Fuerza de remolino.

En el software, inicialice la configuración relacionada con la escala definida y envíela a la definición de máscara. Revise el archivo de código complementario para obtener más información. En el software, haga clic con el botón derecho en cualquier dato PIV e inicie el procesamiento por lotes.

Seleccione la operación Estadísticas vectoriales, Resultados de campos vectoriales del grupo Estadísticas y haga clic en Parámetro en el cuadro de diálogo. Alterne las opciones de V y RMSV promedio en la sección Campo vectorial. A continuación, seleccione la operación Vorticidad del grupo Extraer campos escalares, rotación y cizalla.

Esto encuentra la vorticidad bidimensional en la sección transversal plana. Ahora, comience el procesamiento haciendo clic con el botón derecho en cualquier dato PIV en la ventana Proyecto y seleccionando Hyperloop All Sets. Para calcular los campos de Fuerza de remolino para la detección de estructuras de flujo secundarias, haga clic con el botón derecho en cualquier dato PIV, seleccione Campo vectorial de velocidad en el árbol e inicie el procesamiento por lotes.

A continuación, seleccione la operación Fuerza de remolino del grupo Extraer rotación de campos escalares y cizalla, y haga clic en Cerrar. Ahora, haga clic con el botón derecho en el mismo campo vectorial de velocidad, seleccione Hyperloop All Sets y ajuste los parámetros para el procesamiento por lotes como antes. Por último, ejecute el cálculo de los campos de fuerza de remolino.

Los datos de velocidad de flujo secundario en la ubicación de la sección transversal de 90 grados se adquirieron del sistema PIV 2C 2D. La condición de entrada suministrada a la sección de prueba de la arteria curvada con una fractura de stent tipo IV idealizada fue la forma de onda de la arteria carótida. Los datos del campo de velocidad de flujo secundario se generaron utilizando la técnica PIV, a través de la sincronización del disparador producido por la computadora de control del instrumento de la bomba.

A los datos pixelados se les aplicó un posprocesamiento para determinar el criterio Q y el criterio de Fuerza de Remolino o Cicriterio de Landis durante la desaceleración sistólica. Se compararon los campos de flujo Swirling Strength y Q-criterion. Los patrones worticos marcados con caracteres DLW, representativos de los patrones worticos deformados de DLW de tipo Dean-Lynn y Wall, y las regiones dominadas por la deformación, se examinaron en cuatro ubicaciones transversales distintas durante la desaceleración sistólica.

Se aplicó el método basado en la transformación continua de ondículas al campo de vorticidad del flujo secundario, lo que permitió la detección de vórtices con mayor detalle en forma, tamaño y resistencia. Finalmente, se compararon los campos de flujo basados en el criterio Q, la fuerza del remolino y la transformación de ondículas. El método basado en la Wavelet Transformada reveló la presencia de patrones teóricos complejos con gran detalle en tamaño, escala y fuerzas.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en aproximadamente ocho horas, incluida la adquisición de datos PIV y el postprocesamiento, después de que los stents del modelo se impriman en la impresora 3D. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe asegurarse de que el índice de refracción del líquido análogo de la sangre coincida adecuadamente con cantidades mínimas de tiosulfato de sodio. En el futuro, para mejorar la precisión de los resultados de la parateoría y minimizar la distorsión óptica, utilizaremos un mapa de calibración PIV como este.

Después de este procedimiento, se pueden evaluar los flujos en los vasos sanguíneos específicos del paciente para responder preguntas adicionales relacionadas con las condiciones patológicas, lo que permite un acceso sin precedentes a la hemodinámica de prótesis, implantes de stents y stents fracturados.