Etude expérimentale des structures de flux secondaire en aval d'un échec Modèle Type IV Stent dans une section d'essai de 180 ° Artère Curved

Cette vidéo montre comment utiliser la vélocimétrie par image de particules et la détection de structure cohérente pour détecter les structures d’écoulement secondaire ou wortielles dans un modèle d’artère courbe, afin de mieux comprendre la pertinence clinique des défaillances de stent de type IV. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en hémodynamique cardiovasculaire. Par exemple, comment les stents, qui peuvent se détériorer avec le temps et finalement se fracturer, peuvent influencer les schémas de circulation sanguine et affecter la progression de la maladie dans le remodelage vasculaire.

Le principal avantage de cette technique est qu’elle facilite l’investigation des mesures in-vivo et in-vitro dans des écoulements artériels physiologiques complexes impliquant des fractures de stent et de stent. Mohammad Najjari, étudiant diplômé, et Jessica Hinke, étudiante de premier cycle, feront la démonstration. Préparez une solution analogue du sang composée de 79 % de solution d’iodure de sodium saturé, de 20 % de glycérol et de 1 % d’eau désionisée.

Commencez par une solution saturée d’iodure de sodium, puis ajoutez le glycérol par petits incréments à l’aide d’une seringue jusqu’à ce que tout le volume de glycérol ait été ajouté. Entre les ajouts, attendez que la solution soit visiblement homogénéisée et notez le volume de chaque ajout de glycérol. Ensuite, ajoutez le volume d’eau requis, continuez à remuer jusqu’à ce que la solution analogue du sang soit visiblement homogénéisée.

Enfin, ajoutez de très petites quantités de thiosulfate de sodium, à l’aide d’une spatule jusqu’à ce que la solution soit optiquement claire. Pour commencer, créez des fichiers STL haute résolution à partir des modèles CAO de stent droits et courbes. Dans le logiciel, sélectionnez Exporter et modèle dans le menu Fichier.

Choisissez l’option STL, réglez la hauteur de corde sur zéro et réglez le contrôle d’angle sur un. La valeur de contrôle de l’angle régule la quantité de tessellation le long de la surface avec de petits rayons, et le réglage peut être ajusté entre zéro et un. Cliquez ensuite sur OK pour créer le fichier STL.

Ensuite, fabriquez les modèles de stent sur une machine de prototypage rapide. Pour ce faire, démarrez le logiciel d’impression 3D et cliquez sur Insérer pour localiser le fichier STL sur l’ordinateur de l’imprimante 3D. Ensuite, sélectionnez le fichier souhaité et utilisez la souris pour placer le fichier STL sur une plate-forme virtuelle à l’écran.

Ensuite, à l’aide des pièces imprimées en 3D, installez le stent dans la section de test de l’artère incurvée pour recréer un scénario de fracture de type IV idéalisé. Entraînant une rupture transversale complète des stents et un déplacement linéaire des pièces fragmentées. Maintenant, assemblez la configuration sur une table optique.

Connectez les tuyaux droits en acrylique à l’entrée et à la sortie d’une section d’essai d’artère incurvée à 180 degrés. Pour commencer, ajustez grossièrement la position du laser en éclairant une petite feuille de papier. Faites en sorte que la feuille laser ait une épaisseur d’environ 2 mm en ajustant la mise au point.

Ensuite, ciblez la feuille laser le long de la partie à 90 degrés de la zone de mesure avec la feuille perpendiculaire à la table. Ensuite, placez une caméra près de l’emplacement de zéro degré ou de 180 degrés pour voir la région de la section transversale éclairée par la feuille laser. Ajustez progressivement l’alignement du laser et de la caméra afin que la caméra visualise la section transversale circulaire de l’artère courbe avec une distorsion minimale des particules, qui est évaluée à l’aide de la fonction Grab du logiciel.

Une fois la caméra et le laser en position, acquérez des images des champs d’écoulement secondaires. Tout d’abord, allumez la pompe programmable. Dans le programme de contrôle de l’instrument de pompe, réglez l’amplitude sur un volt.

Réglez le décalage CC sur zéro volt. Définissez le nombre d’étapes chronométrées sur 1000 et la période sur quatre secondes. Des paramètres supplémentaires sont décrits dans le protocole texte.

Ensuite, chargez le fichier texte qui contient les valeurs de la forme d’onde temporelle de tension et exécutez le programme pour fournir le fluide analogue du sang à l’expérience. Dans le programme d’acquisition de données PIV, après avoir cliqué sur l’onglet Nouveaux enregistrements, sélectionnez l’appareil dans la section Paramètres et confirmez que le laser est réglé sur On avec les paramètres d’alimentation appropriés. Accédez au contrôle laser pour confirmer les valeurs.

Naviguez jusqu’à Timing et réglez-le sur Déclencheur cyclique externe. Cliquez sur Acquisit, sélectionnez Analyse de table, Modifier l’analyse de table, Ajouter une analyse et renseignez les paramètres de numérisation en saisissant l’heure de début représentative de la décélération systolique. Incrément de temps et heure de fin de l’acquisition des données PIV.

Le temps de référence, DT1 ou le temps entre les impulsions laser doivent être ajustés. Ensuite, cliquez sur Fermer. Sous Acquisit, cliquez sur acquisition d’images et entrez le nombre d’images comme 200.

Maintenant, le système PIV est prêt à acquérir des données. Sélectionnez Démarrer l’enregistrement pour acquérir des mesures en phase, à l’aide du signal de déclenchement de la commande de l’instrument de pompe. Le nombre défini de champs de plan ou de vitesse à chaque instance temporelle et à l’emplacement préétabli de la section d’essai à 90 degrés sera alors acquis.

Une fois l’enregistrement terminé, éteignez le laser. Éteignez la pompe, éteignez l’appareil photo et replacez le couvercle de l’objectif. À l’aide du fichier de code supplémentaire, calculez les champs Vitesses d’écoulement secondaires moyennes en phase et RMS, Vorticité et Force de tourbillon.

Dans le logiciel, initialisez le réglage relatif à l’échelle définie et envoyez-le à la définition du masque. Consultez le fichier du code supplémentaire pour plus de détails. Dans le logiciel, faites un clic droit sur n’importe quelle donnée PIV et lancez le traitement par lots.

Sélectionnez l’opération Statistiques vectorielles, Résultats du champ vectoriel dans le groupe Statistiques, puis cliquez sur Paramètre dans la boîte de dialogue. Basculez les options V et RMSV moyennes dans la section Champ vectoriel. Ensuite, sélectionnez l’opération Vorticité dans le groupe Extraire les champs scalaires Rotation et Cisaillement.

Cela trouve la vorticité bidimensionnelle dans la section efficace plane. Maintenant, démarrez le traitement en faisant un clic droit sur n’importe quelle donnée PIV sous la fenêtre Projet, puis en sélectionnant Hyperloop All Sets. Pour calculer les champs d’intensité de tourbillon pour la détection de structures d’écoulement secondaires, cliquez avec le bouton droit de la souris sur n’importe quelle donnée PIV, sélectionnez Champ de vecteur de vitesse dans l’arborescence et lancez le traitement par lots.

Ensuite, sélectionnez l’opération Force de tourbillon dans le groupe Extraire les champs scalaires Rotation et Cisaillement, et cliquez sur Fermer. Maintenant, faites un clic droit sur le même champ vectoriel de vitesse, sélectionnez Hyperloop All Sets et ajustez les paramètres du traitement par lots comme auparavant. Enfin, exécutez le calcul des champs de force tourbillonnante.

Les données secondaires de vitesse d’écoulement à l’emplacement de la section transversale de 90 degrés ont été acquises à partir du système PIV 2C 2D. La condition d’afflux fournie à la section d’essai de l’artère incurvée avec une fracture de stent de type IV idéalisée était la forme d’onde de l’artère carotide. Les données de terrain de la vitesse d’écoulement secondaire ont été générées à l’aide de la technique PIV, via la synchronisation du déclencheur produit par l’ordinateur de contrôle de l’instrument de pompe.

Le post-traitement des données a été appliqué aux données pixélisées, afin de déterminer le critère Q et le critère de force de tourbillon ou de Landis ci pendant la décélération systolique. Les champs d’écoulement basés sur l’intensité de tourbillon et le critère Q ont été comparés. Les motifs wortiques marqués de caractères DLW, représentatifs des motifs wortiques DLW déformés de type Dean-Lynn et Wall, et les régions dominées par la déformation, ont été examinés à quatre endroits distincts de la section transversale pendant la décélération systolique.

La méthode basée sur la transformée en ondelettes continues a été appliquée au champ de vorticité d’écoulement secondaire, ce qui a permis de détecter les vortex avec plus de détails dans la forme, la taille et l’intensité. Enfin, le critère Q, la force de tourbillon et les champs d’écoulement basés sur la transformée en ondelettes ont été comparés. La méthode basée sur la transformation en ondelettes a révélé la présence de motifs wortiques complexes avec beaucoup de détails en termes de taille, d’échelle et de force.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en environ huit heures, y compris l’acquisition des données PIV et le post-traitement, après l’impression des endoprothèses modèles sur l’imprimante 3D. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler de s’assurer que l’indice de réfraction du liquide analogue du sang est correctement adapté à l’aide de quantités infimes de thiosulfate de sodium. À l’avenir, pour améliorer la précision des résultats parathéoriques et minimiser la distorsion optique, nous utiliserons une carte d’étalonnage PIV comme celle-ci.

À la suite de cette procédure, les flux dans les vaisseaux sanguins spécifiques au patient peuvent être évalués afin de répondre à des questions supplémentaires relatives aux conditions pathologiques, permettant un accès sans précédent à l’hémodynamique des prothèses, des implants d’endoprothèses et des endoprothèses fracturées.