מעקב אחר מכניקה קיר במהלך פריסה סטנט בכלי
8 במאי 2012
סטנט המושרה הפצות מתח העורקים מאופיינים באמצעות משטח אופטי זן מערכת המדידה. טכניקה זו משמשת ראיה להבנה טובה של ההשפעה של השתלת סטנט על כלי המארח.
ניסוי זה משתמש בציוד למדידת מאמץ ללא מגע כדי לנטר ולתעד מאמץ לא אחיד המושרה על ידי סטנט בעורק דמה. ראשית, הכין כלי דמה עבור סביבות התרחבות הסטנט. לאחר כיול מערכת התוכנה של aramis, הרחב את הסטנט ותעד את הדפורמציה של כלי הדמה.
תוצאות הניתוחים של המאמץ המושרה על ידי הסטנט לאורך נתיב ציר אחד של כלי דם מדמה מראות כי התפלגות המאמץ המושרה על ידי הסטנט על כלי הדם המדמה אינה אחידה. היתרון העיקרי של מערכת המצלמות Aramis לעומת שיטות אחרות למדידת מאמץ, כגון חיישני מאמץ (strain gauges), הוא שמערכת המצלמות ARAMIS מאפשרת מדידת מאמץ ללא מגע.
פרוטוקול זה ידגים כיצד לכייל את מערכת ה-aramis יחד עם ניתוח הדגימה כאן. שיטה זו מספקת תובנות לגבי התפלגות זרימה עקב התרחבות המעמד. ניתן להחיל אותה גם על מערכות אחרות, כגון חוט על ראש במהלך גל הדף או חוט על מוט פלדה במתיחה.
ראשית, קבע את שני קצות כלי הלטקס לחיבורי צינור עם פיה (barbed hose connections) המהודקים למשטח עבודה יציב. עבור בדיקת תומך (stent), מרכז את אזור העניין בין חיבורי הצינורות כך שיכלול כאינץ' אחד מכל צד של התומך. כדי לצפות במאמצים מחוץ לאזור התומך, מדוד את אזור העניין על כלי הלטקס כדי לקבוע את שדה הראייה.
בשלב הבא, רשמו את המרחק מהקצה החיצוני של מחבר צינור משונן אחד עד למיקום המרכזי שבין המחברים. העבירו את המרחק אל הקטטר על ידי מדידה ממרכז הסטנט במעלה הקטטר. לאחר מכן, סמנו את הקטטר באמצעות מרקר.
כעת הסר את כלי הלאטקס ממחברי צינור הברב (barbed hose connectors). הכן את כלי הלאטקס על ידי ריסוס האזור הרלוונטי בתבנית סטוכסטית של צבע ספריי לבן ושחור, או על ידי סימון האזור הרלוונטי בנקודות אקראיות. באמצעות טוש פרמננטי, בחר פאנל כיול שגודלו מעט גדול יותר מהאזור הרלוונטי.
לאחר מכן, מקמו את לוח הכיול בין מחברי צינור הפלסטינג (barbed hose connectors) באזור העניין. ודאו שאזור העניין מואר היטב. כעת, כווןו את המרחק בין שתי המצלמות, את המרחק מהדגימה ואת גובה המצלמה. כדי לפתוח פרויקט חדש ב-Aramis, בחרו ב-file ולאחר מכן ב-new project.
בשלב הבא, לחצו על לשונית החיישן (sensor) ובחרו בכיול (calibration). לאחר מכן, בחרו בכיול מלא (full calibration) כדי שתוכנת ה-RMS תוכל להנחות אתכם בשלבי כיול המצלמות; כאשר צמצם העדשה פתוח לחלוטין, התאימו את פוקוס המצלמה ללוח הכיול על ידי שחרור בורג הקשירה במצלמה וסיבוב העדשה. לאחר הגדרת הפוקוס, הדקו שוב את בורג הקשירה וסגרו את הצמצם.
צלם את התמונה הראשונה של תהליך הכיול. הזז את לוח הכיול בהתאם להדגמה במחשב עד שהתמונה תהיה ממוקדת על מסך המחשב. לאחר מכן, צלם את התמונה השנייה.
חזור על תהליך זה עבור שאר תמונות הכיול. לאחר שכל תמונות הכיול צולמו, תוכנת ניתוח הדימות RM S תחשב את הגדרות הכיול. אם סטיית הכיול קטנה מ-0.04, הסר את לוח הכיול והחזר את כלי הלטקס הצבוע אל צינור הברב (barb hose).
מחברים, בהינתן שקצב פריימים גבוה יותר לשנייה יפיק תוצאות מאמץ אחידות יותר. קבעו את מספר הפריימים לשנייה עבור הבדיקה. כמו כן, כוון את מהירות התריס לפחות מפריים אחד לשנייה.
כדי לצמצם את הגוון האדום בתמונה, צלם חמש תמונות, לאחר מכן הוסף נקודות התחלה על סדרת התמונות ובצע את הבדיקה תוך לחיצה על מקש control. לחץ על מרכז הדגימה כדי לבחון את רעש הרקע. אם רעש הבדיקה המוקדמת הוא מעל 75 micros, בצע ניקוז (drain).
חזור על תהליך הכיול. היערך לפריסת הסטנט על ידי בחירת מספר התמונות הרצוי לצילום במהלך הבדיקה. 200 תמונות יספיקו עבור התרחבות הסטנט.
המשיכו להחדיר את הקטטר בהדרגה לתוך כלי הדם מגומי (latex). השתמשו בסימן המכוון שעל הקטטר כדי להנחות את החדרת הסטנט עד שיגיע למיקום המרכזי. התחילו בצילום תמונות באמצעות AAMI עבור הסטנט הניתן להרחבה באמצעות בלון.
העלה בהדרגה את לחץ הבלון כדי להרחיב את הסטנט עד שהבלון יתרחב לחלוטין. לאחר מכן, הפחת בהדרגה את לחץ הבלון עד לאפס, כדי לגרום לבלון להתרוקן ולאפשר את נסיגתו יחד עם הקטטר עבור הסטנט המתרחב באופן עצמי. הסר בהדרגה את המעטפת עד שהסטנט יתרחב לחלוטין.
לאחר מכן, החזר את הקטטר בהדרגה כדי לחשב את היסטוריית המעוות (strain) של נקודה ספציפית בכלי הדם. ראשית, צור נקודת שלב על ידי לחיצה על מקש הבקרה (control) ולחיצה על האזור הרלוונטי. לאחר מכן, בחר את סוג המעוות כדי להציג גרף של המעוות בנקודה שנבחרה לאורך משך הבדיקה עבור מעוות מרחבי לאורך נתיב ספציפי של כלי הדם.
צרו קו נקודות רב-שלבי על ידי לחיצה על לשונית ה-sections ולאחר מכן בחירה ב-create section. בחרו קו בתמונה המקביל לציר X בנקודה y equals zero. פעולה זו תיצור מספר נקודות שלב בקו ותציג סדרה של קווים בגרף אחד.
כל קו מייצג את המתיחה בנקודת זמן אחת לאורך החתך. כדי לנתח את קצב ההתרחבות ואת רדיוס כלי הדם, צרו גליל בהתאמה מיטבית (best fit cylinder) בסרגל הכלים העליון, בחרו ב-primitives ולאחר מכן ב-best fit cylinder. באמצעות כלי הבחירה דרך פני השטח (select through surface), סמנו חלק קטן של התמונה כדי שהתוכנה תפיק גליל תלת-ממדי בהתאמה מיטבית; עברו בין תמונות הגליל הללו כדי לבחון את השונות בקוטר של כלי הלטקס.
כדי להעריך את המרחק בין שתי נקודות בלשונית הניתוח (analysis), לחצו על point to point distance. לאחר מכן, בחרו שתי נקודות כדי לציין בתמונה את האורך הרצוי לניתוח. המשיכו לדפדף בין התמונות כדי לצפות בשינוי במרחק בין שתי הנקודות לאורך זמן.
ניסוי זה מדגים מיפוי מאמצים במהלך תהליך הרתיעה של סטנט הניתן להרחבה באמצעות בלון, וכן את היסטוריית המאמצים העיקרית. בנקודה ספציפית אחת, בעוד תומכי הסטנט מרחיבים את דופן כלי הדם כלפי חוץ, מצלמות במהירות גבוהה תיעדו ועקבו אחר התזוזה של נקודות ייחוס שחורות על גבי הצינור. בהתבסס על התנועה המוקלטת של נקודות הייחוס, חישב התוכנה את המאמצים של הצינור או של כל אובייקט מטרת אחר.
ניכר כי התסמיך המושתל הוביל לפיזור מאמץ לא אחיד על פני שטח כלי הדם. יתר על כן, עקומת היסטוריית המאמץ הראשית של נקודה ספציפית 10 הדגימה שלבים מובחנים של השתלת התסמיך. התפשטות הבלון מתרחשת בערך בין השניות 10 ל-12, ונסיגת התסמיך בעקבות התרוקנות הבלון מתרחשת בין השניות 12 ל-14.
שולט באופן מלא. ניתן לבצע טכניקה זו בשעתיים. זכרו להשלים את תהליך הכיול בצורה נכונה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה משתמש במערכת למדידת מאמץ פני שטח אופטית כדי לאפיין את התפלגויות המאמץ העורקי הנגרם על ידי סטנט. הטכניקה ללא מגע מספקת תובנות לגבי ההשפעות של השתלת סטנט על כלי הדם המארח.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- הנדסה ביו-רפואית
- מחקר קרדיווסקולרי
- טכניקות למדידת מאמץ
רקע
- סטנטים משמשים לתמיכה בעורקים במהלך ולאחר ההשתלה.
- הבנת התפלגות המאמץ חיונית לשיפור תכנון הסטנטים.
- טכניקות מדידה ללא מגע מציעות יתרונות על פני שיטות מסורתיות.
- מערכות אופטיות יכולות ללכוד פרופילי מאמץ מפורטים בזמן אמת.
מטרת המחקר
- להדמיית התפלגות המאמץ הנגרמת מהשתלת סטנט.
- להערכת השפעות המאמץ הבלתי-אחידות על דגם של עורק.
- להשוואת היעילות של מדידת מאמץ אופטית מול טכניקות אחרות.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- הכנה של כלי דם מדמה המדמה תנאים עורקיים.
- כיול של מערכת Aramis למדידת מאמץ אופטית.
- הרחבה של הסטנט בתוך כלי הדם המדמה.
- לכידה וניתוח של התפלגות המאמץ לאורך נתיב אקסיאלי.
תוצאות עיקריות
- נמצא כי התפלגות המאמץ המושרה על ידי הסטנט אינה אחידה.
- מערכת ה-Aramis סיפקה מדידות מאמץ מפורטות ללא מגע.
- התוצאות מדגישות את חשיבותה של התפלגות המאמץ בתכנון סטנטים.
- שיטות ללא מגע עשויות לשפר את המחקר הווסקולרי בעתיד.
מסקנות
- מדידת מאמץ אופטית יעילה לחקר השפעות של סטנטים.
- תבניות מאמץ שאינן אחידות יכולות להשפיע על ביצועי הסטנט.
- נדרש מחקר נוסף כדי לייעל את תכנוני הסטנטים בהתבסס על נתוני מאמץ.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הבנת התפלגות מאמץ לא אחידה במהלך פריסת סטנט היא קריטית להפחתת סיכונים בפיתוח מכשירים וסקולריים. שיטה זו מאפשרת הערכה כמותית של אינטראקציות מכניות בין תומכי הסטנט לדפנות כלי הדם, ובכך תומכת בביטחון חיזוי של איטרציות עיצוב. על ידי לכידת פרופילי מאמץ בזמן אמת, היא מספקת בסיס להיפותזות מכניסטיות המניעות את שיפור המודלים הפרה-קליניים ומפחיתה את ההסתמכות על גישות אמפיריות של ניסוי וטעייה.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינת השערות טיפוליות על ידי כימות המאמץ המכני הגורם לו התומך (stent) על פני השטח של כלי הדם.
- ערך תפעולי: מספק מיפוי מאמצים של השדה המלא ללא מגע, המונע ארטיפקטים המאפיינים מדי גמישות מסורתיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: יוצר התפלגויות מאמץ כמותיות המשמשות כמדדים אובייקטיביים להשוואת תכנוני סטנטים.
- ערך תפעולי: תומך בסטנדרטיזציה של הבדיקה באמצעות פרוטוקולי כיול והדמיה הניתנים לשחזור.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מגשר בין השלב הגילוי לאימות פרה-קליני על ידי אספקת נתוני מאמץ הרלוונטיים לתגובת נגעים in vivo.
- ערך תפעולי: מאפשר שיתוף פעולה רב-תחומי באמצעות נקודות סיום מכניות כבarias וקוונטיפיקציה משותפת.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
שיטה זו משתלבת ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות ראשונית ועד לדיוק של מודלים פרה-קליניים, ומספקת תובנות מכניסטיות המכוונות את זיהוי המולקולות המובילות (lead identification) ואת אופטימיזציית התכנון.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת השערות על ידי קישור גאומטריית התומך (stent) לריכוזי מאמץ מקומיים בדפנות כלי הדם.
- סריקה: מספק פלטי מאמץ כמותיים, מוכנים לבדיקה, המאפשרים השוואה אובייקטיבית של תכנוני תומכים.
- אנליטיקה: מספק מדידות מאמץ מרחביות וזמניות המקלות על השוואות בין תנאים שונים ועל תיקוף מודלים.
- מחקר תרגומי: מתחבר להמשכיות פרה-קלינית על ידי אספקת פרופילי מאמץ המאירים סביבות מכניות הרלוונטיות למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כפלטפורמה רב-פעמית להערכה של תכנוני תומכים מרובים ביישומים וסקולריים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית באינטראקציות בין סטנט לכלי דם באמצעות מדידת מאמץ (strain) ישירה וללא מגע.
- ערך תפעולי: מבטיח שחזוריות ויכולת הרחבה (scalability) באמצעות תהליכי כיול והדמיה סטנדרטיים.
- ערך אסטרטגי: משפר קבלת החלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי זיהוי אזורי מאמץ גבוה שעלולים להגביר את הסיכון לריסטנוזיס (restenosis).
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של עיצובי סטנטים מותאם-סיכון, בהתבסס על פרופילי ביצועים מכניים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במערכות למדידת מאמץ אופטית ובניתוח קורלציית תמונות.
- תלוי במצלמות סטריאו במהירות גבוהה ובתאורה מכוילת לצורך מעקב מדויק אחר פני השטח.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של ספי מאמץ ושל פרוטוקולי ניתוח.
- כולל שיקולי התאמה בעת מעבר מכלי דמה למודלים של רקמה ביולוגית או רקמה חולה.
- מוגבל על ידי נגישות פני השטח ודרישות ניגודיות לצורך מעקב אמין אחר תבנית נקודות (speckle pattern).
שאלות נפוצות בביו-פרמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:12
Preparation of the Latex Vessel
2:17
In vitro Test System and Calibration of ARAMIS System
3:53
Pretest to Avoid Excessive Background Noise
4:31
Stent Deployment
5:27
Image Analysis
7:09
Results: The Recoil Process of a Balloon-expandable Stent
8:12
Conclusion
