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

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della bioingegneria, in particolare quelle relative all'emodinamica e alle loro interazioni con dispositivi intervascolari. Il vantaggio principale di questa tecnica è che si avvale di attrezzature già presenti nella maggior parte dei laboratori di bioingegneria e questo può contribuire a ridurre la barriera all'ingresso per i non esperti. Mescolare la base di prepolimeri PDMS in agente polimerizzante in un rapporto 10 a uno in base al peso.

Una miscela da 66 grammi fornisce materiale sufficiente per la fabbricazione di fantasmi con volumi fino a 50 centimetri cubi. Mettere la miscela in un essiccatore sottovuoto per 60 minuti per de-gas e ridurre al minimo l'intrappolamento della bolla. Utilizzare la depressurizzazione ciclica della pressurizzazione per facilitare la rottura della bolla.

Per eseguire la fusione montare lo stampo ABS stampato su uno scivolo di vetro utilizzando lo stampo putty per sigillare l'interfaccia. Versare con cura la miscela PDMS nello stampo mentre si cerca di ridurre al minimo l'intrappolamento della bolla. Le bolle persistenti possono essere rupente manualmente usando un ago.

Curare il fantasma fusa a temperatura ambiente per almeno 24 ore. Un contenitore può essere utilizzato per garantire che la polvere non si depositi sul fantasma durante la polimerizzazione. Per eseguire la retroclassamento, sciogliere l'ABS immergendo il fantasma nell'acetone.

Sonicare per almeno 15 minuti utilizzando potenze fino a 70 watt. Risciacquare accuratamente il fantasma con alcol isopropilico e quindi acqua deionizzata per rimuovere i residui di solvente. Utilizzando un microscopio ottico con una fotocamera collegata nel software di acquisizione delle immagini, acquisire un'immagine di una caratteristica critica all'interno del fantasma sotto un ingrandimento che massimizza la funzionalità all'interno del campo visivo.

Acquisire un'immagine di un reticolo di calibrazione appropriato con lo stesso ingrandimento. Caricare entrambe le immagini in ImageJ trascinandole sulla barra degli strumenti. Fare clic sull'immagine del reticolo di calibrazione per renderla attiva, quindi selezionare lo strumento linea.

Utilizzando il mouse, disegnate una linea lungo una feature di una distanza nota e selezionate analizza. Impostate la scala dal menu ImageJ. Immettere la lunghezza della feature nel campo con etichetta distanza nota e la sua unità nel campo etichettato unità di lunghezza.

Selezionare la casella con l'etichetta globale per applicare questo fattore di calibrazione a tutte le immagini aperte. Rendete attiva l'immagine della feature critica fantasma e utilizzate lo strumento linea per disegnare una linea lungo una feature di interesse. Dal menu ImageJ selezionare analizza, misurare per misurare la lunghezza della linea.

Confrontare il valore previsto con il valore nella lunghezza contrassegnata della colonna nella finestra dei risultati per confermare la fedeltà fantasma. Per rendere la finta soluzione ematica mescolare acqua deionizzata e glicerolo in un rapporto da 60 a 40 in volume. Aggiungere un millilitro di soluzione di perline di polistirolo fluorescente al 2,5% alla soluzione di sangue finto, quindi omogeneizzare la miscela su una piastra magnetica a 400 giri/min per 10 minuti.

Eseguire la configurazione del sistema circolatorio in vitro come descritto nel protocollo di testo. Determinare il rapporto di calibrazione per l'imaging video come in precedenza. Un foglio acrilico può essere posizionato sopra lo stadio del microscopio prima di posizionare il fantasma PDMS per proteggere il microscopio da fuoriuscite involontarie.

Per configurare l'apparecchio, posizionare il fantasma PDMS sul palco del microscopio a fluorescenza. Collegare il fantasma alla pompa dell'ingranaggio e introdurre la finta soluzione di sangue. Impostare il controller del motore della pompa per la portata desiderata in base alla curva di calibrazione della pompa.

Eseguire la pompa per uno o cinque minuti prima dell'esperimento per garantire condizioni di stato stazionarie. Se dopo un esperimento si osserva l'incollaggio delle perline, sonicare il fantasma in una soluzione detergente acquosa utilizzando potenze fino a 70 watt. La pulizia del modello è fondamentale anche per la fedeltà del campo vettoriale in quanto le perline attaccate alla superficie del fantasma si tradurranno in finestre di interrogatorio con spostamento zero.

Per eseguire l'elaborazione delle immagini, trascinate il file AVI di salvataggio nella finestra ImageJ per importarlo. Selezionare la casella contrassegnata come converti in scala di grigi. Dal menu ImageJ selezionare analizza, generare istogramma per generare un istogramma di intensità dei pixel dell'immagine.

Prendere nota della deviazione media e standard per l'immagine non lavorata. Dal menu ImageJ selezionare l'immagine, regolare la luminosità e il contrasto per applicare un filtro di contrasto della luminosità. Nel menu luminosità e contrasto fare clic sul pulsante imposta per definire i limiti dell'immagine.

Impostare il valore minimo come valore medio più una deviazione standard e il valore massimo come intensità massima dell'immagine. Dal menu ImageJ selezionare processo, disturbo, despeckle per ridurre il numero di pixel saturi. Quindi selezionare processo, filtri, sfocatura gaussiana con un raggio di 1,5.

Ciò ridurrà gli artefatti derivanti dalla rimozione occasionale di pixel illuminati in un quartiere 3x3 dalla precedente operazione di despeckling. Fare clic sullo strumento poligono e quindi sull'immagine per delineare l'area di interesse. Dal menu ImageJ selezionare modifica, cancellare all'esterno per rimuovere il rumore del sensore in luoghi in cui non è previsto alcun segnale che possa ridurre il rapporto segnale/rumore complessivo.

Procedere all'analisi dei dati come descritto nel protocollo di testo. Qui è mostrato il fantasma completato evidenziato con le dimensioni così come la velocimetria dell'immagine delle particelle o la regione di interesse PIV. Questa figura mostra grafici di contorno di intensità dell'immagine e grafici di superficie risultanti da perline fluorescenti nell'arteria del perforatore durante l'acquisizione video.

Ciò dimostra il miglioramento del rapporto segnale/rumore dopo l'eseguito il limite di intensità. Di seguito sono riportati i campi vettoriali risultanti ottenuti su video non elaborati, dopo il capping dell'intensità e quindi di nuovo dopo che il campo vettoriale limitato di intensità è stato convalidato utilizzando il test mediano normalizzato. Man mano che vengono utilizzate tecniche di post-elaborazione e convalida vettoriale, il campo vettoriale diventa più uniforme e assomiglia più da vicino al profilo previsto per il flusso in un canale circolare.

Durante il tentativo di questa procedura è importante concentrarsi sulla riduzione al minimo del rumore nel segnale acquisito stesso. Mentre questo protocollo delinea tecniche basate su software per mitigare queste aberrazioni, è necessario prestare attenzione ad ogni passaggio per ridurne l'occorrenza. Non dimenticare che lavorare con acetone può essere estremamente pericoloso e dovresti sempre indossare dispositivi di protezione individuale e lavorare sotto una cappa aspirante lontano da qualsiasi fonte di accensione durante l'esecuzione di questa procedura.