Meso-scala Particle Image Velocimetry studi di Neurovascular scorre In Vitro

Ryan A. Peck; Edver Bahena; Reza Jahan; Guillermo Aguilar; Hideaki Tsutsui; Marko Princevac; Monica M. Wilhelmus; Masaru P. Rao

doi:10.3791/58902

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Articolo metodologico

Meso-scala Particle Image Velocimetry studi di Neurovascular scorre In Vitro

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DOI:

10.3791/58902

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3 dicembre 2018

Ryan A. Peck^*¹ , Edver Bahena^*¹ , Reza Jahan² , Guillermo Aguilar¹^,³^,⁴ , Hideaki Tsutsui¹^,⁴ , Marko Princevac¹ , Monica M. Wilhelmus¹ , Masaru P. Rao¹^,³^,⁴

¹Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, ²Division of Interventional Neuroradiology, University of California, Los Angeles, ³Materials Science and Engineering Program, University of California, Riverside, ⁴Department of Bioengineering, University of California, Riverside

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Qui presentiamo metodi semplificati per fabbricare trasparente neurovascular fantasmi e caratterizzare il flusso in esso. Evidenziamo alcuni parametri importanti e dimostrare la loro relazione con la precisione del campo.

Abstract

Particle image velocimetry (PIV) viene utilizzato in un'ampia varietà di campi, a causa della opportunità che fornisce per appunto visualizzare e quantificare i flussi attraverso una vasta gamma di spazio-temporale. Tuttavia, la sua attuazione richiede in genere l'uso di strumentazione costosa e specializzata, che limita la sua utilità più ampio. Inoltre, all'interno del campo della bioingegneria, studi di visualizzazione del flusso in vitro anche spesso sono ulteriormente limitata dal costo elevato dei fantasmi di tessuto commercialmente provenienza che ricapitolano desiderati strutture anatomiche, in particolare per coloro che estendono il regime di mesoscala (cioè, submillimeter a scale di lunghezza di millimetro). Qui, presentiamo un protocollo semplificato sperimentale sviluppato per risolvere queste limitazioni, i cui elementi chiavi includono 1) un metodo relativamente a basso costo per la realizzazione di mesoscala fantasmi di tessuto mediante colata di silicone e stampa 3-d e 2) un quadro di analisi ed elaborazione immagine open source che riduce la domanda degli strumenti per la misurazione di flussi di mesoscala (cioè, velocità fino a decine di millimetri/secondo). Collettivamente, questo abbassa la barriera all'ingresso per nonexperts, sfruttando le risorse già a disposizione di molti ricercatori di bioingegneria. Abbiamo dimostrare applicabilità del presente protocollo nell'ambito della caratterizzazione di flusso neurovascular; Tuttavia, si prevede per essere rilevante per una vasta gamma di applicazioni di mesoscala in Bioingegneria e oltre.

Introduzione

PIV è ampiamente usato in meccanica dei fluidi sperimentale per la visualizzazione del flusso e le indagini quantitative di movimento fluido che variano nella scala di lunghezza da atmosferico a flussi microcircolatoria¹^,²^,³. Mentre le specifiche della sua attuazione possono variare ampiamente quanto le sue applicazioni, un aspetto comune a quasi tutti gli studi PIV è l'uso di formazione immagine dei video del tracciante particelle seminato all'interno del fluido di lavoro, seguito da un'analisi pairwise di fotogrammi consecutivi per estrarre le caratteristiche di portata des....