Name: 180°湾曲動脈テストセクションにおけるモデルIV型ステントの失敗の下流に二次流れ構造に関する実験的研究 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: 学ぶ180度湾曲動脈モデルにおける二次流れ構造の検出法。Particle Image VelocimetryとCoherent Structure Detectionを用いて、モデルIV型ステント破損後の血流パターンと心血管疾患進行への影響を解明する実験的手法を紹介する。

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著者らは、バイオミメティクスとバイオインスパイアード・エンジニアリングのためのGWセンター（COBRE）からNSFのグラントCBET-0909678および資金調達の支援を認めます。我々は内支援するための実験室および氏マチューBarrajaのヘルプのための学生さん、クリストファーPopma、氏リアンペンナさん、シャノンキャラハン氏Shadmanフセイン氏、モハメド・R. Najjari、と女史ジェシカHinkeに感謝しますCAD図面。

<ol><li>Dean, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Note+on+the+motion+of+a+fluid+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22Phil+Mag%22%5BJournal%5D)">Note on the motion of a fluid in a curved pipe.</a> Phil Mag. 7, 208-223 (1927).</li>
<li>Dean, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+streamline+motion+of+a+fluid+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22Phil+Mag%22%5BJournal%5D)">The streamline motion of a fluid in a curved pipe.</a> Phil Mag. 7, 673-695 (1928).</li>
<li>Lyne, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsteady+viscous+flow+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid.+Mech%22%5BJournal%5D)">Unsteady viscous flow in a curved pipe.</a> J. Fluid. Mech. 45, part 1 13-31 (1970).</li>
<li>Glenn, A. L., Bulusu, K. V., Shu, F., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+flow+structures+under+stent-induced+perturbations+for+cardiovascular+flow+in+a+curved+artery+model%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Heat+Fluid+Fl%22%5BJournal%5D)">Secondary flow structures under stent-induced perturbations for cardiovascular flow in a curved artery model.</a> Int. J. Heat Fluid Fl. 35, 76-83 (2012).</li>
<li>Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+flow+morphologies+due+to+model+stent-induced+perturbations+in+a+180%C2%B0+curved+tube+during+systolic+deceleration%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Secondary flow morphologies due to model stent-induced perturbations in a 180° curved tube during systolic deceleration.</a> Exp. Fluids. 54, 1493(2013).</li>
<li>Bulusu, K. V., Hussain, S., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+secondary+flow+morphologies+by+wavelet+analysis+in+a+curved+artery+model+with+physiological+inflow%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Determination of secondary flow morphologies by wavelet analysis in a curved artery model with physiological inflow.</a> Exp. Fluids. 55, 1832(2014).</li>
<li>Womersley, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Method+for+the+calculation+of+velocity%2C+rate+of+flow+and+viscous+drag+in+arteries+when+the+pressure+gradient+is+known%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known.</a> J. Physiol. 127, 553-563 (1955).</li>
<li>Sheriff, J., Bluestein, D., Girdhar, G., Jesty, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-shear+stress+sensitizes+platelets+to+subsequent+low-shear+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">High-shear stress sensitizes platelets to subsequent low-shear conditions.</a> Ann. Biomed. Eng. 38 (4), 1442-1450 (2010).</li>
<li>Popma, J. J., Tiroch, K., Almonacid, A., Cohen, S., Kandzari, D. E., Leon, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+qualitative+and+quantitative+angiographic+analysis+of+stent+fracture+late+following+sirolimus-eluting+stent+implantation%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">A qualitative and quantitative angiographic analysis of stent fracture late following sirolimus-eluting stent implantation.</a> Am. J. Cardiol. 103 (7), 923-929 (2009).</li>
<li>Kim, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fractured+sirolimus-eluting+stent+with+a+coronary+aneurysm%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Thorac.+Surg%22%5BJournal%5D)">A fractured sirolimus-eluting stent with a coronary aneurysm.</a> Ann. Thorac. Surg. 88, 664-665 (2009).</li>
<li>Adlakha, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stent+fracture+in+the+coronary+and+peripheral+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Interv.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Stent fracture in the coronary and peripheral arteries.</a> J. Interv. Cardiol. 23 (4), 411-419 (2010).</li>
<li>Alexopoulos, D., Xanthopoulou, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+stent+fracture%3A+How+frequent+it+is%3F+Does+it+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Hellenic+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Coronary stent fracture: How frequent it is? Does it matter.</a> Hellenic J. Cardiol. 52, 1-5 (2011).</li>
<li>Nair, R. N., Quadros, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+stent+fracture%3A+A+review+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiac.+Cath.+Lab+Director%22%5BJournal%5D)">Coronary stent fracture: A review of the literature.</a> Cardiac. Cath. Lab Director. 1, 32-38 (2011).</li>
<li>Jaff, M., Dake, M., Popma, J., Ansel, G., Yoder, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardized+evaluation+and+reporting+of+stent+fractures+in+clinical+trials+of+noncoronary+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Catheter+Cardiovasc.+Interv%22%5BJournal%5D)">Standardized evaluation and reporting of stent fractures in clinical trials of noncoronary devices.</a> Catheter Cardiovasc. Interv. 70, 460-462 (2007).</li>
<li>Holdsworth, D., Norley, C. J., Frayne, R., Steinman, D. A., Rutt, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+common+carotid+artery+blood-flow+waveforms+in+normal+human+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Meas%22%5BJournal%5D)">Characterization of common carotid artery blood-flow waveforms in normal human subjects.</a> Physiol. Meas. 20 (3), 219-240 (1999).</li>
<li>Deutsch, S., Tarbell, J. M., Manning, K. B., Rosenberg, G., Fontaine, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+fluid+mechanics+of+pulsatile+artificial+blood+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Experimental fluid mechanics of pulsatile artificial blood pumps.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 65-86 (2006).</li>
<li>Yousif, M. Y., Holdsworth, D. W., Poepping, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+blood-mimicking+fluid+for+particle+image+velocimetry+with+silicone+vascular+models%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">A blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models.</a> Exp. Fluids. 50, 769-774 (2011).</li>
<li>Budwig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refractive+index+matching+methods+for+liquid+flow+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Refractive index matching methods for liquid flow investigations.</a> Exp. Fluids. 17, 350-355 (1994).</li>
<li>Hunt, J. C. R., Wray, A. A., Moin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eddies%2C+stream%2C+and+convergence+zones+in+turbulent+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Center+for+Turbulence+Research%22%5BJournal%5D)">Eddies, stream, and convergence zones in turbulent flows.</a> Center for Turbulence Research. , Report CTR-S88 (1988).</li>
<li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+and+interpretation+of+instantaneous+turbulent+velocity+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp. Fluids. 29, 275-290 (2000).</li>
<li>Chong, M., Perry, A. E., Cantwell, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+general+classification+of+three-dimensional+flow+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids+A%22%5BJournal%5D)">A general classification of three-dimensional flow fields.</a> Phys. Fluids A. 2 (5), 765-777 (1990).</li>
<li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+for+generating+coherent+packets+of+hairpin+vortices+in+channel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li>
<li>Haller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+objective+definition+of+a+vortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">An objective definition of a vortex.</a> J. Fluid Mech. 525, 1-26 (2005).</li>
<li>Chakraborty, P., Balachander, S., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+relationships+between+local+vortex+identification+schemes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">On the relationships between local vortex identification schemes.</a> J. Fluid Mech. 535, 189-214 (2005).</li>
<li>Wallace, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+of+experimental+and+direct+numerical+simulation+access+to+the+velocity+gradient+tensor%3A+What+have+we+learned+about+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Twenty years of experimental and direct numerical simulation access to the velocity gradient tensor: What have we learned about turbulence.</a> Phys. Fluids. 21, 021301(2009).</li>
<li>Farge, M., Guezennec, Y., Ho, C. M., Meneveau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+wavelet+analysis+of+coherent+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Center+for+Turbulence+Research%2C+Proceedings+of+the+Summer+Program%22%5BJournal%5D)">Continuous wavelet analysis of coherent structures.</a> Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program. , 331-348 (1990).</li>
<li>Himburg, H. A., Friedman, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correspondence+of+Low+Mean+Shear+and+High+Harmonic+Content+in+the+Porcine+Iliac+Arteries%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+J.+Biomedical+Eng%22%5BJournal%5D)">Correspondence of Low Mean Shear and High Harmonic Content in the Porcine Iliac Arteries.</a> ASME J. Biomedical Eng. 128, 852-856 (2006).</li>
<li>Dai, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+endothelial+phenotypes+evoked+by+arterial+waveforms+derived+from+atherosclerosis-susceptible+and+-resistant+regions+of+human+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Distinct endothelial phenotypes evoked by arterial waveforms derived from atherosclerosis-susceptible and -resistant regions of human vasculature.</a> PNAS. 101 (41), 14871-14876 (2004).</li>
<li>Hanus, J., Zahora, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+and+comparison+of+mechanical+properties+of+nitinol+stents%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Scripta%22%5BJournal%5D)">Measurement and comparison of mechanical properties of nitinol stents.</a> Physica Scripta. 118, 264-267 (2005).</li>
<li>Segur, J. B., Oberstar, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscosity+of+glycerol+and+its+aqueous+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem%22%5BJournal%5D)">Viscosity of glycerol and its aqueous solutions.</a> Ind. Eng. Chem. 43, 2117-2120 (1951).</li>
<li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAdrian%2C+RJ+%22Particle+image+velocimetry%22">Particle image velocimetry</a>. , Cambridge University Press. NY. (2011).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+image+velocimetry+-+A+practical+guide%2C+2nd+ed%22">Particle image velocimetry - A practical guide, 2nd ed</a>. , Springer. Berlin. (2007).</li>
<li>Moisy, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMoisy%2C+F+%22PIVmat+3.01+software%22">PIVmat 3.01 software</a>. , Laboratoire FAST., University Paris Sud, University Pierre et Marie Curie. CNRS. 91405 Orsay Cedex, France. (2013).</li>
<li>Ruppert-Felsot, J. E., Praud, O., Sharon, E., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+coherent+structures+in+a+rotating+turbulent+flow+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Extraction of coherent structures in a rotating turbulent flow experiment.</a> Physical Review E. 72, 016311(2005).</li>
<li>Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shannon+entropy-based+wavelet+transform+methods+for+autonomous+coherent+structure+identification+in+fluid+flow+field+data%5BTitle%5D)+AND+%22Entropy%22%5BJournal%5D)">Shannon entropy-based wavelet transform methods for autonomous coherent structure identification in fluid flow field data.</a> Entropy. 17 (10), 6617-6642 (2015).</li>
</ol>

利害の衝突が宣言されていません。

本論文で提示プロトコルは、粒子画像速度測定法（PIV）とコヒーレント構造の検出方法、すなわち、連続ウェーブレット変換を用いた高忠実度の実験データの取得を説明します<img alt="式（1）" src="https://neuron2.jove.com/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> 、渦とせん断支配フローの識別に適しています。理想化された「タイプIV」骨折の存在下での生理的な流入からの実験データの分析は、このような単純な流体力学の理論から予測することはできません時空間分布のフロー構造の非対称性や変動などの複雑な流体力学的効果を伴う二次流れ構造ことが明らかになりました。 このプロトコルすなわちの実行における4つの重要なステップがあります。、（ⅰ）設計および実験室規模のステントモデルの製作、血液およびrefracの動粘度に合わせた血液アナログ作動流体の（ii）の準備的に湾曲した動脈モデルのインデックス、（III）非侵襲実験装置（2C-2D PIV）および（iv）動脈血流パターンを識別するための高度なコヒーレント構造の検出方法。 ...

二次流れ構造は、このような湾曲したパイプやチャネルなどの曲率を持つ内部流ジオメトリで発生する旋回流パターンです。これらの渦構造は、遠心力による、逆圧力勾配および流入特性の複合作用により生じます。一般的には、二次流れ構造は着実に流入下対称ディーン型渦と振動流入条件1の下で、対称ディーンとLyneの型渦のような湾曲したパイプの平面断面に現れる- 。3セカンダリフロー形態が大きく脈動の影響を受けています拍動性の複数の高調波、生理的な流入条件。これらの構造は、1流れ、非生理的な（安定した振動）と比較して顕著に異なるサイズ強度形状特性を取得- 6動脈のアテローム性動脈硬化症の発生は、地域内の高周波剪断振動の存在によって影響され、低平均剪断27,28を体験します</suP&gt;。二次流れ構造は、アテローム性動脈硬化症などの疾患の進行に影響を及ぼし、おそらく、血液感染性粒子の壁剪断応力及び露光時間を変更することにより起因する脈動血流への内皮応答を媒介することができます。 アテローム性動脈硬化症への一般的な治療法は、閉塞性病変により動脈の狭窄が生じる合併症は、ステントの移植です。ステント骨折はステント血栓症や動脈瘤形成9は、このようなステント内再狭窄（ISR）などのさらなる合併症につながる移植したステントの構造的な障害です- 。13ステント骨折は、さまざまな障害&quot;タイプI・ツー・IV」に分類されています、ここで「IV型」が最も高い臨床的重症度を特徴付け、ステント断片14の直線変位に伴ってステントストラットの完全な横骨折のように定義されている。本研究で提示されたプロトコルは、エクスペリについて説明します湾曲した動脈モデルにおける理想化された「IV型」ステント骨折の下流の二次流れ構造の可視化lの方法。 提案したプロトコルは、以下の4つの基本的な特徴を持っています。 設計および実験室規模のステントモデルの製造：ステントの幾何学的な説明は、ニチノールワイヤ29（ニッケルとチタンの合金）を使用して自己拡張型螺旋（スプリングまたはらせん）のセットと絡み合っ関連付けることができます。ステントの長さとその支柱の直径は、臨床移植の5中に発生した動脈病変の長さスケールに依存します。パラメトリック支柱の直径の変化と巻線（又はピッチ）の立ち上がりは、様々な幾何学的構成のステントをもたらします。 3D印刷のために選択されたステントの設計パラメータの概要を表1に示します。 血液アナログ作動流体の調製が一致します湾曲した動脈検査部への光アクセスは、非侵襲的な速度測定を行うために必要とされる：血液の動粘度及び検査部の屈折率を有します。したがって、血管モデルの屈折率は、理想的には、動的粘度、ヒト血液を正確な血流測定16得るために使用される一致するニュートン血液模倣作動流体- 。18、30本研究で使用した作動流体が報告されましたドイツらによる。 （2006）、（体積で）79％飽和水性ヨウ化ナトリウム（NaI）、20％純粋グリセロール、および1％水16からなること。 二成分系、二次元粒子画像速度測定（2C-2D PIV）を使用してコヒーレント二次流れ構造を検出するための実験装置：実験は、下流の様々な平面断面位置で位相平均二次流れの速度データを取得するように設計されましたSTRの組み合わせよしと理想的な「IV型」ステント骨折5、6、9、14を具現湾曲ステントセクション。粒子画像速度測定を用いた二次流れの速度場の取得に関連するプロトコルのステップ（PIV）技術がで構成PIVシステムを含みますレーザ（光シート）源、流れの領域を集中し、照明する光学系、特殊な相互相関の電荷結合素子（CCDセンサーまたはカメラ）とトレーサー粒子は、短い時間間隔（ΔT内の光シートによって照明されます; 表4）31、32 を参照してください。 ダブルフレーム、シングル露光記録によって画像を評価する二成分、2次元（2C-2D）PIVシステムの最初に、較正された、実験のセットアップ：プロトコルの手順は、次のことを前提としています。次に、図2C-2D PIVシステムは、各記録時に取得された2つの画像フレーム間の相互相関を実行することによって、トレーサ粒子の平均変位を算出します。 BRPIV仕様と画像取得ソフトウェアの概要IEF資機材表に示されています。第三に、レーザーを操作するために必要なすべての安全注意をホスト機関により提供されたガイドラインに従って訓練を受けた実験室が続いています。著者は、参考文献を示唆しています。 、エアロ水力やマイクロ流体力学、相関ピーク検出及び変位推定、材料およびトレーサー粒子の密度と、測定ノイズと精度の実装、機能性とPIV技術の適用の総合的な理解のために31と32。また、レーザとカメラがPIVデータ収集コンピュータ（ 図3A）およびデータ処理ソフトウェアによって制御することができることに注意してください。 コヒーレント構造検出のためのデータ取得および後処理：2C-2D PIVを用いた位相平均二次流れ速度の測定は、以下のプロトコルの記述を使用して生成しました。ポストプロセス<html> 、連続ウェーブレット変換を：データのingは、次の3つの方法を使用してコヒーレント二次流れ構造検出を関与しました<img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> 24 26 - 5、6、19。 著者らは、速度勾配テンソルは、基本的に3×3の行列であることに注意してください、 <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq2.jpg" /> 。 プロトコルは、（2C-2D PIV手法から）2次元の実験測定を取得する方法を提示しています。したがって、速度勾配テンソルへの完全な実験的なアクセスは、この方法を使用して達成可能ではありません。画素毎の速度勾配テンソル<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq3.jpg" /> PIV画像の<img alt="式4" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq4.jpg" /> 2×2の行列でなければなりません、 <img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq5.jpg" /> 。 z成分渦度quation 6 &quot;SRC =&quot; /ファイル/ ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg &quot;/&gt;各画素について<img alt="式（7）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq7.jpg" />速度勾配テンソルの反対称部分を使用して計算されます。 <img alt="式8" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq8.jpg" /> 。その結果、渦の2次元配列となります<img alt="式9" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq9.jpg" />その輪郭プロットで視覚化することができます。著者は強く文献を示唆しています。渦消散、ひずみ速度とコヒーレント構造検出の知識を高めることに向かって速度勾配テンソルに雄弁な議論の実験的アクセスのための25。さらに、著者らは、前述のコヒーレント構造の検出方法との間の相互関係を調査し、参考文献を提案しようとしないでください。そのテーマに関する包括的な議論のための23、24。 プロトコルのステップの焦点は、二次流れ（渦）番目の定量的同定であります（また、コヒーレント構造として知られている）ructures。コヒーレント構造検出すなわち3つの方法。、 <img alt="式10" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq10.jpg" />ウェーブレットは渦度を形質転換しました<img alt="式11" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq11.jpg" />理想的な「IV型」ステント破壊の下流の二次流れ構造のマルチスケール、マルチ強度の発生の​​検出に向けて速度場データに適用されます。 ザ <img alt="式12" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq12.jpg" /> 、渦度テンソルのユークリッドノルムを株19、23の割合で、24【選択速度勾配行列は対称（ひずみ速度）および反対称（回転）の部分に分解される。支配する空間領域として渦を規定しますひずみ速度行列の固有値が計算されます。 <img alt="式13" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq13.jpg" /> 。ひずみ速度のノルムが計算されます。 <imグラムのalt = &quot;数式14&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 51288 / 51288eq14.jpg&quot; /&gt;。渦は、抗対称部分から計算されます。エンストロフィーやz成分渦度の正方形、 <img alt="式15" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq15.jpg" /> ）その後、計算されます。ザ<img alt="式16" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq16.jpg" />最終的に計算されます。 <img alt="式（17）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq17.jpg" /> 。セット全体の等高線図<img alt="式（18）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq18.jpg" />の等領域を有します<img alt="式19" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq19.jpg" /> 、二次流れ構造19を示します。 ザ<img alt="式20" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq20.jpg" />また、「旋回強さ」として知られている臨界点の局所速度勾配テンソルの分析とそれに対応する固有値20による渦識別方法であって、 - 24 <strong&gt;各画素における速度勾配テンソルの固有値<img alt="式（21）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" />計算されます。固有値は、形式でなければなりません。 <img alt="式22" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq22.jpg" /> 。の等高線図<img alt="式23" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq23.jpg" />の等領域を有します<img alt="式24" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq24.jpg" /> 22 -二次流れ構造20を示します。 この方法は、物理的およびスペクトル空間での滑らかさを持つ解析機能（またはウェーブレット）を利用許容され（またはゼロ平均を持っている）と有限を持っているウェーブレット変換<img alt="式（25）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq25.jpg" /> 5、6、26、拡張したり、2Dの渦度場とウェーブレット契約し、ウェーブレット変換された渦を畳み込むことにより、 <img alt="式26" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq26.jpg" />フィールドには、cを発生させますスケール及び長所5、6、26の広い範囲でコヒーレント構造のomprising。二次元ウェーブレット変換渦フィールドのシャノンエントロピーはすべて、コヒーレント構造が適切に解決される最適なウェーブレットスケールを推定するために計算されます。このエントロピーの推定確率のセットを含みます<img alt="式（27）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq27.jpg" />各画素について<img alt="式（21）" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" />そのような<img alt="式28" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq28.jpg" /> 、正規化された正方形の位置mにおけるピクセルに関連した渦の弾性率、nは5、6。処理手順を図6にグラフで提示されている。ウェーブレットの選択に設定された制限は、文献に詳細に示されています。 26.このプロトコルのステップは、2Dリッカーウェーブレットを用いたコヒーレント構造検出のための手順を説明します。このワットを使用するための正当化渦巻きパターンマッチングのためのaveletは、文献に提示されています。 5、6およびそこに引用されている適切な参照。

<table><tbody><tr><td>アクリルチューブとシート</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td></td> 湾<td>曲動脈テストセクションの入口と出口のパイプと材料</td></tr><tr><td>Object24 デスクトップ 3D プリンター</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Desktop ラピッド プロトタイピング マシン</td></tr><tr><td>http://www.stratasys.com VeroWhitePlus 不透明な材料</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Object24 デスクトップ 3D プリンター</td></tr><tr><td>Fullcure 705</td> <td>用建材Stratasys</td><td></td><td>Object24 デスクトップ 3D プリンター</td></tr><tr><td>Ubbelohde 粘度計</td><td>Cole Parmer</td><td>YO-98934-12</td><td>血液アナログ流体</td></tr><tr><td>VELP scientifica - ESP stirrer&nbsp;</td><td>VELP Scientifica</td><td>F206A0179</td><td>マグネティックスターラー</td></tr><tr><td>Ohaus Scout Pro SP 601&nbsp;</td><td>ラボデポ</td><td>SP4001</td><td>重量計</td></tr><tr>屈折<td>計</td><td>愛宕</td><td>PAL-RI</td><td>血液アナログ流体の屈折率の測定に向けて</td></tr><tr><td>ビーカー、ピペット、シリンジ、スパチュラ</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>CLS710110,&nbsp;CLS10031L、CLS71015、CLS71011 Z193216</td><td>血液アナログ溶液調製に必要な材料の取り扱いに向けて</td></tr><tr><td>ヨウ化ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>383112-2.5KG&nbsp;</td><td>結晶</td></tr><tr><td>グリセロール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5516-1L</td><td>液体</td></tr><tr><td>脱イオン水</td> <td>-</td><td></td> <td>液体</td></tr><tr><td>チオ硫酸ナトリウム 無水</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>72049-250G</td><td>粉末</td></tr><tr><td>PIV 記録媒体</td><td>LaVision</td><td>イメージャー インテンス 10Hz</td><td>PIV 画像取得 CCDカメラ</td></tr><tr><td>PIV 照明源</td><td>ニューウェーブ研究</td><td>ソロ III-15</td><td>PIVレーザー光源、Nd:YAGレーザー、532 nm、デュアルパルス70 mJ /パルス</td></tr><tr><td>PIVイメージングソフトウェア</td><td>LaVision</td><td>DaVis 7.2</td><td>PIVデータ収集および機器制御</td></tr><tr><td>PIVシーディング材料</td><td>Thermo-scientific&nbsp;&nbsp;</td><td>Flouro-Max</td><td>Red蛍光ポリマー微小球(&asymp; 7 &micro;m);乾染ポリスチレン(DVB)蛍光マイクロスフィアは、ショートの光に照らされると明るくはっきりとした色を発します。発光波長よりも波長。</td></tr></tbody></table>

180°湾曲動脈テストセクションにおけるモデルiv型ステントの失敗の下流に二次流れ構造に関する実験的研究

Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180&#176; Curved Artery Test Section

人間の血管系における動脈ネットワークは、複雑な形状（支店、曲率や蛇行）に普遍的に存在する血管で構成されています。二次流れ構造は、遠心力、逆圧力勾配と流入特性の複合作用に湾曲した動脈に生じる旋回流パターンです。 7 -このような流れの形態は、1を流れる大幅に拍動性および生理学的流入条件の複数の高調波の影響を受けず、非生理的（定常および振動）と比較してサイズ強度・形状特性に大きく変化しています。 二次流れ構造は、最終的にアテローム性動脈硬化症、再狭窄、血小板の感作および血栓症4の進行に向かって血液由来の粒子の壁せん断応力と露出時間に影響を与える可能性がある- 6、8から13したがって、実験室の下にこれらの構造を検出し、特徴づける能力。 -controlled条件はprecursですまたはさらなる臨床試験へ。 アテローム性動脈硬化症に共通の外科的治療は、遮るもののない血流のために狭窄した動脈を開くために、ステント移植です。しかしによるステントのインストールに付随する流れの乱れは、マルチスケール二次流れの形態4になる- 。6、このような一貫性の非対称性や損失として次第に高次の複雑さは、向かい合っ非摂動流れ5未満の方続くステントの失敗によって誘導することができます。これらのステントの障害は、障害の考慮事項と臨床的重症度14に基づいて、「タイプI・ツー・IV」に分類されています。 本研究では、湾曲した動脈モデルに骨折した部分の横ステント骨折と直線変位（「IV型」）を完了することにより、複雑な二次流れ構造の実験的調査のためのプロトコルを提示します。実験方法は、粒子画像速度測定の実施を含む（2C-2D PIV）典型的な頸動脈流入波形の技術は、屈折率が相平均で測定15のための血液アナログ作動流体マッチ- 。18、二次流れ構造の定量的識別が流れ物理学の概念を使用して達成された、臨界点の理論と小説26 -実験PIVデータ5、6、19に適用されるアルゴリズムをウェーブレット変換。

図7A-Dに示される結果は、後処理二流速データの後に生成された（ 図5を参照して、6） 図3（a）に示す2C-2D PIVシステムから取得しました。理想化された「IV型」ステント骨折を有する湾曲動脈試験部に供給される流入条件は、 図4（b）に示す頸動脈波形ました。我々の以前の研究では、Womersley番号の一定の範囲内で拍動流入波形の様々な減速条件に二次流れ構造の感度を実証しています<img alt="式55" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq55.jpg" /> 4 - 6により、時間インスタンス<img alt="式56" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq56.jpg" /> 図7A-Dに示される結果から、頚動脈流入の収縮減速W相に対応するように選択されましたav...

ステントインプラントは、ステントの完全な横骨折と骨折した部分の線形変位を伴う「タイプIV」の故障を起こしやすいです。臨床的に関連する「タイプIV」ステント障害の下流にある湾曲した動脈モデルにおける二次流(渦状)構造を検出するためのプロトコルを提示します。

180°湾曲動脈テストセクションにおけるモデルIV型ステントの失敗の下流に二次流れ構造に関する実験的研究

The arterial network in the human vasculature comprises of ubiquitously present blood vessels with complex geometries (branches, curvatures and ...

このビデオでは、粒子画像流速測定法（PIV）とコヒーレント構造検出を用いて、湾曲動脈モデルにおける二次流れや渦構造を検出し、タイプIVステント不全の臨床的意義をより深く理解する方法を紹介します。この手法は、心血管血行動態における重要な疑問を解決するのに役立ちます。例えば、時間の経過とともに劣化し、最終的に破断する可能性があるステントが、血流パターンにどのような影響を与え、血管リモデリングにおける疾患の進行にどう関与するか、といった点です。この手法の主な利点は、ステントおよびステント破断を含む複雑な生理学的動脈血流における、in-vivoおよびin-vitroでの測定を容易にできることです。手順のデモンストレーションを行うのは、大学院生のMohammad Najjariと、学部生のJessica Hinkeです。79%飽和ヨウ化ナトリウム溶液、20%グリセロール、および1%脱イオン水からなる血液模倣溶液を調製します。飽和ヨウ化ナトリウム溶液を用意し、シリンジを用いてグリセロールを少量ずつ、全量添加し終えるまで加えます。添加の間は、溶液が視覚的に均質になるまで待ち、各回のグリセロール添加量を記録してください。次に、規定量の水を加え、血液模倣溶液が視覚的に均質になるまで撹拌を続けます。最後に、溶液が光学的に透明になるまで、スパチュラを用いてチオ硫酸ナトリウムをごく少量ずつ加えます。まず、直線型および曲線型ステントのCADモデルから高解像度のSTLファイルを作成します。ソフトウェアのファイルメニューから、「エクスポート（Export）」および「モデル（Model）」を選択してください。STLオプションを選択し、Chord Heightを0に、Angle Controlを1に設定します。Angle Controlの値は、半径の小さい表面に沿ったテセレーションの量を調節するもので、設定値は0から1の間で調整可能です。その後、OKをクリックしてSTLファイルを作成します。次に、ラピッドプロトタイピング機を用いてステントモデルを作製します。まず、3Dプリンティングソフトウェアを起動し、[Insert]（挿入）をクリックして、3Dプリンター用コンピューター内のSTLファイルを指定します。次に、目的のファイルを選択し、マウスを操作して画面上の仮想プラットフォームにSTLファイルを配置します。次に、3Dプリント部品を用いて、ステントを湾曲動脈テストセクションに装着し、理想的なタイプIV破断シナリオを再現します。これは、ステントの完全な横断破断および破片の線形変位を伴うものです。その後、光学テーブル上にセットアップを組み立てます。直線のアクリル管を、180度湾曲した動脈試験セクションの入口と出口に接続します。まず、小さな紙片を照らし、レーザーの位置を大まかに調整します。フォーカスを調整し、レーザーシートの厚さを約2mmにします。次に、レーザーシートを測定領域の90度の部分に合わせ、シートがテーブルに対して垂直になるようにします。次に、レーザーシートで照らされた断面領域を観察するため、0度または180度の位置の近くにカメラを配置します。ソフトウェアのGrab機能を用いて粒子歪みが最小限になることを確認しながら、レーザーとカメラのアライメントを段階的に調整し、湾曲した動脈の円形断面がカメラに映るようにします。カメラとレーザーを所定の位置に配置したら、二次流れ場の画像をキャプチャします。まず、プログラマブルポンプの電源を入れます。ポンプの機器制御プログラムで、振幅（Amplitude）を1 Vに設定します。DCオフセットを0 Vに設定します。タイムステップ数を1000に、時間周期を4秒に設定します。その他の設定については、テキストプロトコルで説明します。次に、電圧時間波形の値が記載されたテキストファイルを読み込み、プログラムを実行して、実験に血液模倣液を供給します。PIVデータ収集プログラムで「New Recordings」タブをクリックした後、「Settings」セクションでデバイスを選択し、レーザーが適切な出力設定で「On」に設定されていることを確認します。レーザーコントロール画面に移動し、設定値を確認してください。Timingに移動し、External Cyclic Triggerに設定します。Acquisitをクリックし、Table Scanを選択してEdit Table ScanからAppend Scanを選び、収縮期減速を代表する開始時間を入力してスキャン設定を行います。PIVデータ収集の時間増分と終了時間を設定してください。基準時間、DT1、またはレーザーパルス間の間隔を調整します。次に、[Close]をクリックします。[Acquisit]で[image acquisition]をクリックし、画像数を200と入力します。これでPIVシステムのデータ取得準備が整いました。[Start Recording]を選択し、ポンプ計装制御からのトリガー信号を使用して、位相ごとの測定を開始します。これにより、あらかじめ設定された90度のテストセクション位置において、各時間時点での規定数の平面または速度場が取得されます。記録が完了したら、レーザーの電源を切ります。ポンプとカメラの電源を切り、レンズカバーを戻します。補足コードファイルを使用して、位相平均およびRMSの二次流れ速度、渦度、および旋回強度の場を算出してください。ソフトウェアにて、定義されたスケールに関する設定を初期化し、「Mask Definition」へ送信します。詳細は「Supplemental Code」ファイルを確認してください。ソフトウェア上で任意のPIVデータを右クリックし、「Batch Processing」を開始します。「Statistics」グループから「Vector Statistics」および「Vector Field Results」操作を選択し、ダイアログボックスの「Parameter」をクリックします。「Vector Field」セクションにある「average V」と「RMSV」のオプションを切り替えます。次に、「Extract Scalar Fields Rotation and Shear」グループから「Vorticity」操作を選択します。これにより、平面断面における2次元渦度が求められます。次に、プロジェクトウィンドウ内の任意のPIVデータを右クリックし、「Hyperloop All Sets」を選択して処理を開始します。二次流れ構造を検出するためのスワリング強度（Swirling Strength）場を計算するには、任意のPIVデータを右クリックし、ツリーから「Velocity Vector Field」を選択してバッチ処理を開始してください。次に、「Extract Scalar Fields Rotation and Shear」グループから「Swirling Strength」操作を選択し、「Close」をクリックします。続いて、同じ「Velocity Vector Field」を右クリックし、「Hyperloop All Sets」を選択して、前述と同様に「Batch Processing」のパラメータを調整します。最後に、Swirling Strength場の計算を実行します。90度の断面位置における二次流れ速度データは、2C 2D PIVシステムを用いて取得されました。理想化されたタイプIVステント破断を有する曲がり動脈試験部への流入条件には、頸動脈の波形が用いられました。二次流れ速度場のデータは、ポンプ制御用コンピュータによって生成されたトリガーを同期させることで、PIV法を用いて生成されました。収縮期減速中におけるQ基準、およびSwirling Strength（またはLandis ci基準）を決定するため、ピクセル化されたデータに対して後処理を適用しました。Swirling StrengthおよびQ基準に基づく流場を比較しました。変形したDean-Lynn-and Wall型のDLW渦パターンを代表するDLW文字でマークされた渦パターンと、ひずみ支配領域を、収縮期減速中の4つの異なる断面位置において検討しました。連続ウェーブレット変換法を二次流れの渦度場に適用したことで、形状、サイズ、および強度の詳細な渦検出が可能になった。最終的に、Q判定法、旋回強度（Swirling Strength）、およびウェーブレット変換に基づく流場を比較した。ウェーブレット変換法により、サイズ、スケール、および強度の詳細な、複雑な渦パターンの存在が明らかになった。この手法を習得すれば、3Dプリンターでモデルステントを出力した後、PIVデータの取得と後処理を含めて約8時間で完了できます。この手順を行う際は、少量のチオ硫酸ナトリウムを用いて、血液模倣液の屈折率を適切に合わせることを忘れないでください。今後、パラセオリー結果の精度を向上させ、光学的歪みを最小限に抑えるために、このようなPIVキャリブレーションマップを使用する予定です。本手順に従うことで、患者個別の血管内における血流を評価し、病理学的状態に関するさらなる疑問を明らかにすることができ、人工血管、ステント植込み、およびステント破断時の血行動態への前例のないアプローチが可能となります。

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Research

JoVE Journal

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