Indagine sperimentale di strutture flusso secondario a valle di una mancata Modello Tipo IV stent in una sezione di prova a 180 ° curvo Artery

Questo video mostra come utilizzare la velocimetria a immagine di particelle e il rilevamento di strutture coerenti per rilevare il flusso secondario o le strutture motorie in un modello di arteria curva, per comprendere meglio la rilevanza clinica dei fallimenti degli stent di tipo IV. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nell'emodinamica cardiovascolare. Ad esempio, come gli stent, che possono deteriorarsi nel tempo e infine fratturarsi, possono influenzare i modelli di flusso sanguigno e influenzare la progressione della malattia nel rimodellamento vascolare.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che facilita l'indagine delle misurazioni in vivo e in vitro in flussi arteriosi fisiologici complessi che coinvolgono fratture da stent e stent. A dimostrare la procedura saranno Mohammad Najjari, uno studente laureato, e Jessica Hinke, una studentessa universitaria. Preparare una soluzione analoga al sangue composta da una soluzione di ioduro di sodio saturo al 79%, al 20% di glicerolo e all'1% di acqua deionizzata.

Inizia con una soluzione di ioduro di sodio saturo, quindi aggiungi il glicerolo a piccoli incrementi usando una siringa fino a quando non è stato aggiunto l'intero volume di glicerolo. Tra un'aggiunta e l'altra, attendere che la soluzione diventi visibilmente omogeneizzata e prendere nota del volume di ogni aggiunta di glicerolo. Quindi, aggiungere il volume d'acqua necessario e continuare a mescolare fino a quando la soluzione analoga al sangue non è visibilmente omogeneizzata.

Infine, aggiungere piccolissime quantità di tiosolfato di sodio, utilizzando una spatola fino a quando la soluzione non è otticamente limpida. Per iniziare, crea file STL ad alta risoluzione dai modelli Cad con stent diritti e curvi. Nel software, selezionare Esporta e Modello dal menu file.

Scegliere l'opzione STL, impostare l'altezza della corda su zero e impostare il controllo dell'angolo su uno. Il valore di controllo dell'angolo regola la quantità di tassellatura lungo la superficie con raggi piccoli e l'impostazione può essere regolata tra zero e uno. Quindi, fare clic su OK per creare il file STL.

Quindi, fabbricare i modelli di stent su una macchina di prototipazione rapida. Per fare ciò, avvia il software di stampa 3D e fai clic su Inserisci per individuare il file STL sul computer della stampante 3D. Quindi, seleziona il file desiderato e guida il mouse per posizionare il file STL su una piattaforma virtuale sullo schermo.

Successivamente, utilizzando le parti stampate in 3D, installare lo stent nella sezione di test dell'arteria curva per ricreare uno scenario di frattura di tipo IV idealizzato. Comporta una frattura trasversale completa degli stent e lo spostamento lineare delle parti frammentate. Ora, assembla la configurazione su un tavolo ottico.

Collegare i tubi acrilici diritti all'ingresso e all'uscita di una sezione di prova dell'arteria curva a 180 gradi. Per iniziare, regola grossolanamente la posizione del laser illuminando un piccolo pezzo di carta. Rendere il foglio laser di circa 2 mm di spessore regolando la messa a fuoco.

Quindi, puntare il foglio laser lungo la porzione di 90 gradi della regione di misurazione con il foglio perpendicolare al tavolo. Quindi, posizionare una telecamera vicino alla posizione di zero gradi o 180 gradi per visualizzare la regione della sezione trasversale illuminata dal foglio laser. Regola in modo incrementale l'allineamento del laser e della fotocamera in modo che la telecamera visualizzi la sezione trasversale circolare dell'arteria curva con una distorsione minima delle particelle, che viene valutata utilizzando la funzione Grab nel software.

Una volta che la telecamera e il laser sono in posizione, acquisire le immagini dei campi di flusso secondari. Innanzitutto, accendi la pompa programmabile. Nel programma di controllo dello strumento della pompa, impostare l'ampiezza su un volt.

Impostare l'offset CC su zero volt. Impostare il numero di passi cronometrati su 1000 e impostare il periodo di tempo su quattro secondi. Le impostazioni aggiuntive sono descritte nel protocollo di testo.

Quindi, caricare il file di testo che contiene i valori per la forma d'onda temporale della tensione ed eseguire il programma per fornire il fluido analogo del sangue all'esperimento. Nel programma di acquisizione dati PIV, dopo aver fatto clic sulla scheda Nuove registrazioni, selezionare il dispositivo nella sezione Impostazioni e verificare che il laser sia impostato su On con le impostazioni di alimentazione appropriate. Passare al controllo laser per confermare i valori.

Passare a Temporizzazione e impostarla su Trigger ciclico esterno. Fare clic su Acquisisci, selezionare Scansione tabella, Modifica scansione tabella, Aggiungi scansione e popolare le impostazioni di scansione inserendo l'ora di inizio rappresentativa della decelerazione sistolica. Incremento del tempo e ora di fine dell'acquisizione dei dati PIV.

È necessario regolare il tempo di riferimento, DT1 o il tempo tra gli impulsi laser. Quindi, fai clic su Chiudi. In Acquisisci, fai clic su acquisizione immagine e inserisci il numero di immagini come 200.

Ora, il sistema PIV è pronto per acquisire i dati. Selezionare Avvia registrazione per acquisire le misure in fase, utilizzando il segnale di trigger dal controllo dello strumento pompa. Verrà quindi acquisito il numero impostato di campi piani o di velocità in ogni istanza temporale e nella posizione prestabilita della sezione di prova a 90 gradi.

Al termine della registrazione, spegnere il laser. Spegnere la pompa, spegnere la fotocamera e riposizionare il copriobiettivo. Utilizzando il file di codice supplementare, calcolare i campi Media di fase e Velocità di flusso secondaria RMS, Vorticità e Forza vorticosa.

Nel software, inizializzare l'impostazione relativa alla scala definita e inviarla a Mask Definition. Per informazioni dettagliate, vedere il file del codice supplementare. Nel software, fare clic con il pulsante destro del mouse su qualsiasi dato PIV e avviare l'elaborazione batch.

Selezionare l'operazione Statistiche vettoriali, Risultati campo vettoriale dal gruppo Statistiche e fare clic su Parametro nella finestra di dialogo. Attiva o disattiva le opzioni V media e RMSV nella sezione Campo vettoriale. Quindi, selezionare l'operazione Vorticità dal gruppo Estrai Rotazione Campi Scalari e Taglio.

Questo trova la vorticità bidimensionale nella sezione trasversale planare. Ora, avvia l'elaborazione facendo clic con il pulsante destro del mouse su qualsiasi dato PIV nella finestra Progetto e selezionando Hyperloop All Sets. Per calcolare i campi di forza vorticosa per il rilevamento delle strutture di flusso secondario, fare clic con il pulsante destro del mouse su qualsiasi dato PIV, selezionare Campo vettore di velocità nell'albero e avviare l'elaborazione batch.

Quindi, selezionare l'operazione Forza vorticosa dal gruppo Estrai Rotazione e Taglio dei campi scalari e fare clic su Chiudi. Ora, fai clic con il pulsante destro del mouse sullo stesso campo del vettore di velocità, seleziona Hyperloop All Sets e regola i parametri per l'elaborazione batch come prima. Infine, eseguire il calcolo dei campi Forza vorticosa.

I dati sulla velocità del flusso secondario nella posizione della sezione trasversale di 90 gradi sono stati acquisiti dal sistema PIV 2D 2C. La condizione di afflusso fornita alla sezione di test dell'arteria curva con una frattura idealizzata dello stent di tipo IV era la forma d'onda dell'arteria carotidea. I dati del campo di velocità del flusso secondario sono stati generati utilizzando la tecnica PIV, tramite la sincronizzazione del trigger prodotto dal computer di controllo dello strumento della pompa.

La post-elaborazione dei dati è stata applicata ai dati pixelati, per determinare il criterio Q e la forza vorticosa o criterio di Landis ci durante la decelerazione sistolica. Sono stati confrontati i campi di flusso basati sulla forza di vortice e sul criterio Q. I pattern ertici contrassegnati con caratteri DLW, rappresentativi dei pattern ertici DLW deformati di tipo Dean-Lynn e Wall, e le regioni dominate dalla deformazione, sono stati esaminati in quattro distinte posizioni della sezione trasversale durante la decelerazione sistolica.

Il metodo basato sulla trasformazione continua delle wavelet è stato applicato al campo di vorticità del flusso secondario, che ha consentito il rilevamento dei vortici con maggiori dettagli in termini di forma, dimensione e forza. Infine, sono stati confrontati i campi di flusso basati sul criterio Q, sulla forza di vortice e sulla trasformata wavelet. Il metodo basato sulla trasformata Wavelet ha rivelato la presenza di modelli di energia complessa con grandi dettagli in termini di dimensioni, scala e intensità.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa otto ore, compresa l'acquisizione dei dati PIV e la post-elaborazione, dopo che gli stent del modello sono stati stampati sulla stampante 3D. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di assicurarsi che l'indice di rifrazione del fluido analogo al sangue sia adeguatamente abbinato utilizzando piccole quantità di tiosolfato di sodio. In futuro, per migliorare l'accuratezza dei risultati della parateoria e ridurre al minimo la distorsione ottica, utilizzeremo una mappa di calibrazione PIV come questa.

Seguendo questa procedura, i flussi nei vasi sanguigni specifici del paziente possono essere valutati al fine di rispondere a ulteriori domande relative alle condizioni patologiche, consentendo un accesso senza precedenti all'emodinamica di protesi, impianti di stent e stent fratturati.