体外メゾスケール粒子画像流速測定法研究神経血管の流れ

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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方法論記事

体外メゾスケール粒子画像流速測定法研究神経血管の流れ

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DOI:

10.3791/58902

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2018年12月3日

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

この記事について

サマリー

ここで透明な神経血管ファントムを作製し、そこに流れを特徴づけるの簡略化手法を提示します。我々は、いくつかの重要なパラメーターを強調表示し、フィールドの精度との関係を示します。

要約

粒子画像流速測定法 (PIV) は、幅広い分野、正確に可視化と大規模な時空間の範囲にわたって流の定量化は、機会のために使用されます。ただし、その実装は通常高価で、専門的な計測器より広範な応用を制限する使用を必要です。また、バイオエンジニアリングの分野で体外流れ可視化研究は、しばしば、さらにそれらのために特に必要な解剖学的構造を要約するだろう商業的供給された生体ファントムの高コストによって制限されます。メソスケール政権 (すなわちミリメートルの長さスケールサブミリ) にします。本明細書で提案する簡易実験プロトコルが重要な要素に 1) 3次元印刷及びシリコン鋳造を用いたメソ組織ファントムを作製する比較的低コスト方法は、これらの制限に対処するために開発、2)メソスケールの流れを測定するための計測時に需要を減らしてオープンソース画像の解析と処理のフレームワーク (すなわち、数十ミリの最大速度/秒)。まとめて、これは既に多くの工学研究者の処分で資源を活用してのうえ、エントリへの障壁を下げます。私たち刻みフロー解析、神経血管のコンテキスト内でこのプロトコルの適用しかし、それは生体内外のメソスケールアプリケーションの広い範囲に関連するとなっています。

概要

PIV は、流れの可視化と微小循環フロー¹^,²^,³大気から長さスケールで変わる流体運動の定量調査のための実験流体力学で使用されています。その実装の詳細は、その応用として広く異なります 1 つの側面のほぼすべての PIV 研究に共通はトレーサー粒子連続の画像フレームのペア分析に続いて、作動流体内シードのビデオ画像の使用必要な流量特性を抽出。通常、これは、尋問 windows と呼ばれる小さな地域ごとのイメージのフレームを分割で。分散粒子のランダムな位置、結果として各尋問ウィンドウにはユニークな輝度分布が含まれています。ウィンドウサイズとデータレートが適切に選択されている場合は、その領域内で平均変位を推定する各ウィンドウで輝度信号の相互相関を使用できます。最後に、倍率とフレームレートが実験的パラメーターを知られていることを考えれば、瞬時速度ベクトルフィールドは計算して容易に。

PIV のシングルポイント測定技術上の主な利点は、2 次元または 3 次元ドメイン全体でベクトルフィールドをマップする機能です。血行動態のアプリケーション、特に、恩恵を受けているこの機能から血管疾患や改造 (例えば、アテローム性動脈硬化、血管新生) で重要な役割を果たすことが知られているローカ....