Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

요약

여기 우리가 투명 neurovascular 유령 조작 및 거기에 흐름에 대 한 단순화 된 방법을 제시. 우리 여러 중요 한 매개 변수를 선택 하 고 필드 정확도에 그들의 관계를 보여 줍니다.

초록

입자 이미지 velocimetry (PIV)는 다양 한 분야, 그것은 정확 하 게 시각화 하 고 큰 spatiotemporal 범위에 걸쳐 흐름 측정에 대 한 제공 하는 기회 때문에 사용 됩니다. 그러나, 구현은 일반적으로 그것의 광범위 한 유틸리티 제한 비싸고 특수 장비의 사용을 해야 합니다. 또한, 생명 공학 분야, 내 생체 외에서 흐름 시각화 연구는 또한 종종 더 원하는 해 부 구조, 특히 그에 대 한 정리는 상업적으로 공급된 조직 팬텀의 높은 비용에 의해 제한 하는 mesoscale 정권 (즉, submillimeter 밀리미터 길이 가늠 자에) 스팬. 여기, 우리는 핵심 요소 mesoscale 조직 유령 3 차원 인쇄 및 실리콘 주조를 사용 하 여 날조를 위한 1)는 상대적으로 낮은 비용 방법 포함, 이러한 한계를 해결 하기 위해 개발 된 간단한 실험 프로토콜 제시 및 2) 오픈 소스 이미지 분석 및 프로세싱 프레임 워크 mesoscale 흐름을 측정 하기 위한 계측 시 수요를 감소 시키는 (즉, 밀리미터의 10 최대 속도/초). 이 많은 생명 공학 연구원의 처리에서 이미 리소스를 활용 하 여 유추에 대 한 진입 장벽을 낮추고. 우리 혈관 흐름 특성;의 컨텍스트 내에서이 프로토콜의 demonstratethe 적용 그러나, 그것은 광범위 한 mesoscale 응용 공학에 관련이 있을 예정 이다.

서론

PIV 흐름 시각화 및 microcirculatory 흐름^1,2,3대기에서 길이 규모에서 변화 하는 움직임의 양적 조사에 대 한 유체 역학 실험에 널리 사용 됩니다. 그것의 실시의 세부 사항으로의 응용 프로그램으로 널리 다를 수 있습니다, 거의 모든 PIV 연구에 공통 한 측면은 연속적인 이미지 프레임의 한 쌍 단위로 분석 하 여 다음 작동 유체 내에서 시드 추적 입자의 비디오 영상의 사용 추출 흐름 특성을 원하는. 일반적으로,이 첫 번째 심문 윈도우 라고 하는 작은 지역으로 각 이미지 프레임 분할에 의해 수행 됩니다. 분산 된 입자의 무작위 위치 결과로 픽셀 농도의 독특한 유통을 각 심문 창에 포함 되어 있습니다. 창 크기 및 데이터 수집 속도 적절 하 게 선택 하는 경우 그 지역 내에서 평균 변위 추정 하 각 창에 강도 신호의 교차 상관 관계를 사용할 수 있습니다. 마지막으로, 확대 및 프레임 속도 알려진 실험적인 매개 변수, 그 순간 속도 벡터 필드 수 있습니다 쉽게 계산 될.

싱글 포인트 측정 기술을 통해 PIV의 가장 큰 장점은 2 또는 3 차원 도메인 전체 벡터 필드....

프로토콜

1. ABS 기반 희생 금형 제조

1. CAD 소프트웨어를 사용 하 여 원하는 조직 팬텀의 역 모델 디자인.
2. 건축 자재로 ABS와 3 차원 프린터를 사용 하 여 모델을 인쇄 합니다.

2. PDMS 기반 혈관 팬텀 제조

1. 혼합
   1. PDMS 중합체 기지와 경화제 10:1 비율에서 (중량); 혼합 66 g 혼합 50 cm³최대 볼륨으로 환영의 제조에 대 한 충분 한 자료를 제공합니다.
   2. 에 드 거품 함정을 최소화 하 고 60 분 동안 진공 desiccator 혼합물을 놓습니다. 순환 가압/depressurization를 사용 하 여 거품 파열을 촉진 하기 위하여.
2. 캐스팅
   1. 인쇄 된 ABS 몰드 성형 퍼 티를 사용 하 여 인터페이스를 밀봉 하는 유리 슬라이드에 탑재 합니다.
   2. 조심 스럽게 부 어 PDMS 혼합물 금형에 거품 함정을 최소화 하기 위해 노력 하는 동안. 느린 거품은 바늘을 사용 하 여 수동으로 파열 수 있습니다.
   3. 실내 온도 (25 ° C)에 캐스트 팬텀 적어도 24 h에 대....

결과

그림 2 에서는 PDMS 조직 팬텀 제조 프로세스를 보여 줍니다. 여기에 디자인 마스터가 이상적인된 넓은 센 saccular, intracranial 동맥 류로 근 분기 perforator 동맥 흐름의 연구에 대 한 위한 것입니다. 중요 한 설계 기능 포함 1) 물방울 형성; 작은 그릇 매장에서 발생할 수 있습니다 방해 유체 출구 팬텀-그렇지 않으면에서 위해, 모든 혈관 유출 일반적인 저수지 거품 제거;을 촉진 하기 위하여 2)는 거품 트랩 3) 외부 캐비티 벽, 수평 비행기와 선박의 병렬 처리 뿐만 아니라 최종 팬텀 슬 래 브 높이, 길이 및 너비;의 정확한 정의 위해 충분 한 충실도와 같은 기능을 정의 프린터의 무 능력으로 인해 perforator 동맥의 성형에 대 한 21 G 피하 주사 생크 (공칭 외경에서 820 µ m)의 4)를 사용 합니다. 모든 설계 특징의 충실 한 재생산을 통해 관찰 됩니다.

토론

프로토콜 설명 여기 윤곽선 순수 관련 차원 및 흐름 조건 생체 외에서 흐르는 PIV 연구 혈관 시각화를 수행 하기 위한 간단한 방법. 이렇게, 그것은 또한 단순화 정량화의 벡터 필드, 하지만 훨씬 더 큰 길이 고려 조정²⁵ 또는 더 낮은 흐름을 필요로 하는 매우 다른 컨텍스트 내에서 초점을 다른 사람에 의해 보고 하는 프로토콜을 보완 하는 역 요금^26,27 (예, 대기 또는 microcirculatory 흐름), 그리고 따라서, 현재 응용 프로그램에 호환 되지 않는 스키마에 대 한 신뢰.

PIV의 성공적인 구현에 대 한 가장 중요 한 고려의 흐름 필드 유물 최소화 및 이미지 품질의 극대화에 거짓말. 조직 팬텀 제조 프로세스의 여러 단계는 이러한 기준 모두 중요 합니다. 이후 공기는 PDMS 내에서 혼합.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Solidworks 2015	다쏘 시스템	N/A	CAD 소프트웨어
Dow Corning Sylgard 184 키트	Ellsworth 접착제	184 SIL ELAST KIT 3.9KG	PDMS 키트
Stratasys Dimension Elite	Stratasys	9180-00105	3D 프린터
P430 모델 재료 카트리지	Stratasys	340-21202	ABS 빌드 재료
P400 SR 용해성 서포트 재료 카트리지	Stratasys	340-30200	서포트 재료
CleanStation DT3	PM3 Technologies	00-00300R	베이스 배스
Lindberg Blue M LGO 박스 가열기	Thermo Scientific	LB305745M	오븐
21G BD PrecisionGlide 바늘	Betcon Dickenson	BD 305167	분기 천공기 금형 세그먼트
건조기 (진공)	Polylab	55205	건조기
Branson 1800 Utrasonic Cleaning	Branson	CPX-952-116R	Sonicator
아세톤	Fisher Chemical	A9494	아세톤
이소프로필 알코올	피셔 화학	A4514	이소프로필 알코올
글리세롤	피셔 화학 GW33500		글리세롤
10um 폴리스티렌 노란-녹색 형광 입자	Magsphere	PSF-010UM	형광 비즈
Phantom Miro	Vision Research	Miro M310	고속 카메라
마이크로펌프	Cole-Parmer	81101	순환 펌프
Leica DM2000	Leica Microsystems	DM2000	형광 현미경
Leica 10X 대물	Leica Microsystems	506259	천공기용 대
물렌즈 Leica 2.5X 대물	Leica Microsystems	11506083	대물렌즈 동맥류 낭
라이카 블루 필터 큐브 L5	라이카 마이크로시스템즈	513840	블루 필터 큐브
라이카 EL6000	라이카 마이크로시스템	즈 11504115	광원
Alconox	Alconox Inc	1104-1	세제
이미지J	NIH	N/A	오픈 소스 이미지 분석 소프트웨어 https://imagej.nih.gov/ij/
입자 이미지 속도 측정 PIV 플러그인	Qingson Tseng	N/A	https://sites.google.com/site/qingzongtseng/piv

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