Name: Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min
Description: 배우세요 Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry를 활용한 혈관 흐름 체외 연구 방법입니다. PDMS 팬텀 제작과 유동 특성화를 통해 생체공학 및 혈역학 연구의 정확성을 향상시킬 수 있습니다.

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저자는 공동 씨 그랜트 연구의 사무실 및 UC 리버 사이드에서 경제 개발에서에서 제공 하는이 프로젝트에 대 한 부분 지원을 인정 한다.

1. ABS 기반 희생 금형 제조
<ol><li>CAD 소프트웨어를 사용 하 여 원하는 조직 팬텀의 역 모델 디자인.</li>
	<li>건축 자재로 ABS와 3 차원 프린터를 사용 하 여 모델을 인쇄 합니다.</li>
</ol>2. PDMS 기반 혈관 팬텀 제조
<ol><li>
혼합
	<ol>
<li>PDMS 중합체 기지와 경화제 10:1 비율에서 (중량); 혼합 66 g 혼합 50 cm3최대 볼륨으로 환영의 제조에 대 한 충분 한 자료를 제공합니다.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
캐스팅
	<ol>
<li>인쇄 된 ABS 몰드 성형 퍼 티를 사용 하 여 인터페이스를 밀봉 하는 유리 슬라이드에 탑재 합니다.</li>
		<li>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.</li>
		<li>실내 온도 (25 ° C)에 캐스트 팬텀 적어도 24 h에 대 한 치료. 참고: 높은 온도에서이 과정 가속된22될 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Demolding
	<ol>
<li>아세톤에 팬텀 잠수와 70 w.까지 힘을 사용 하 여 적어도 15 분 동안 sonicating ABS 분해 주의: 아세톤은 실내 온도 낮은 인화점에 높은 증기압. 따라서, 항상 연기 후드 및 잠재적인 점화 소스에서 작동 합니다. 적절 한 개인 보호 장비 (예를 들어, 고글 또는 얼굴 방패, 실험실 코트, 아세톤 방지 장갑)을 착용.</li>
		<li>철저 하 게 린스와 이소프로필 알코올, 다음, 용 매 잔류물을 제거 하려면 디 물 팬텀. 참고: PDMS 아세톤;에 노출 시 부 그러나, 붓기는 일단 팬텀은 씻어 서 충분히23건조 앉 다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
광학 현미경을 사용 하 여 팬텀 충실도의 확인
	<ol>
<li>광학 현미경을 사용 하 여 연결 된 카메라와 이미지 캡처 소프트웨어, 보기의 필드 내에서 기능을 최대화 하는 배율에서 팬텀 내의 중요 한 기능은의 이미지를 캡처하십시오.</li>
		<li>동일한 배율에서 적절 한 교정 십자선의 이미지를 캡처하십시오.</li>
		<li>도구 모음에 드래그 하 여 ImageJ를 두 이미지를 로드 합니다.</li>
		<li>활성 하 게 교정 십자선 이미지를 클릭 하십시오 및 다음 선 도구를 선택 합니다. 알려진된 거리와 선택의 기능에 따라 선을 그려 마우스를 사용 하 여 분석 > 설정 규모 ImageJ 메뉴에서. 참고: 비율 설정 창에서 픽셀에서 거리 를 표시 하는 필드 해야 합니다 수 채워집니다 픽셀 단위로 그려지는 선의 길이.</li>
		<li>알려진 거리, 그리고 단위의 길이표시 하는 필드에는 단위 필드에는 특징의 길이 입력 합니다. 열려 있는 모든 이미지에이 보정 계수를 적용할 글로벌 상자를 확인 하십시오.</li>
		<li>활성 유령 중요 한 기능의 이미지를 확인 하 고 관심의 기능을 따라 선을 그리려면 선 도구를 사용 하 여. ImageJ 메뉴에서 선택 분석 > 측정 (또는 Ctrl+ M) 줄의 길이 측정 하.</li>
		<li>팬텀 충실도 확인 하려면 결과 창에서 길이 표시 하는 열에 있는 값에 대 한 예상 값을 비교 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 모의 피 솔루션 배합
<ol><li>(볼륨)에 의해 디 물과 글리세롤과 비율에 혼합. 참고: 100 mL 볼륨은 체 외에서 순환 시스템 여기에 설명 된에 대 한 충분 한.</li>
	<li>모의 피 솔루션을 2.5 %w / v 형광 폴리스 티 렌 비드 솔루션 (즉, 추적 입자)의 1 mL를 추가 합니다.</li>
	<li>10 분 동안 400 rpm에서 자기 저 어 접시에 혼합 균질</li>
</ol>4. 체 외에서 순환 시스템 설정
<ol><li>
펌프 설치
	<ol>
<li>와이어 스 트리 퍼 도구를 사용 하 여 AC / DC 어댑터 전원에서 DC-엔드 플러그를 잘라.</li>
		<li>힘에서 코팅을 제거 하 고 와이어를 접지는 펄스 폭 변조 (PWM) 전압 레 귤 레이 터의 입력된 단자에 연결.</li>
		<li>펌프의 DC 모터 PWM 전압 레 귤 레이 터의 출력 단자에 전원 및 접지 와이어를 연결 합니다. 참고: PWM의 7 세그먼트 디스플레이 출력 듀티 사이클 (0%-100%) DC 모터에 가변 전압을 달성 하는 데 사용 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
펌프 캘리브레이션
	<ol>
<li>200ml 모의 피 솔루션 (섹션 3 참조)를 준비 합니다.</li>
		<li>펌프 입구에서 모의 피 솔루션을 들고 비 커 튜브를 배치 합니다.</li>
		<li>튜브 펌프 콘센트에서 빈 비 커를 놓습니다.</li>
		<li>(0%-100%)를 원하는 듀티 사이클 설정 포인트를 선택 합니다. 에 버튼 누르고 타이머를 시작 합니다.</li>
		<li>일단 펌프 모의 피 솔루션의 전체 볼륨을 전송는 타이머를 중지 합니다. 체적 유량을 계산 하기 위해이 시간을 사용 합니다.</li>
		<li>단계 4.2.1-4.2.5 최소 제곱 회귀 곡선을 설정 하려면 적어도 5 다른 듀티 사이클 세트 포인트에 대 한 반복 합니다. 참고: 최소 듀티 사이클 설정 포인트 당 3 개의 복제 포인트는 것이 좋습니다. 이 관계는 필요한 PWM 듀티 사이클을 원하는 유량을 상관 관계를 사용할 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 비디오 컬렉션
<ol><li>
이미지 보정
	<ol>
<li>비디오 영상 (섹션 2 참조)에 대 한 보정 비율을 결정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
장치 설정
	<ol>
<li>형광 현미경의 스테이지 PDMS 팬텀을 놓습니다.</li>
		<li>기어 펌프에 팬텀을 연결 하 고 모의 피 솔루션 소개. 참고: 필요한 경우, prefill 전체 촉진 하기 위하여 에탄올과 모델 일로; 그리고, 플러시 모의 피 솔루션을 작성 합니다. 이 특히 작은 혈관 또는 블라인드 기능 모델에 대 한 도움이 될 수 있습니다.</li>
		<li>펌프 보정 곡선에 따라 원하는 유량 펌프 모터 컨트롤러를 설정 합니다.</li>
		<li>정상 상태 조건을 위해 실험 전에 1-5 분 동안 펌프를 실행 합니다.</li>
		<li>보기의 필드를 밝히는 외부 램프를 켭니다. 형광 구슬의 여기 파장에 따라 적절 한 필터를 선택 합니다.</li>
		<li>선박 중앙판을 이미징 초점 비행기를 조정 합니다. 참고:이 이미지 선박 횡단면을 최대화 하는 초점 거리를 사용 하 여 달성 될 수 있다 (예를 들어, 원형 용기와 유령 개체를 사용 하 여 횡단면); 또는 선박 중간 비행기의 식별을 용이 하 게 하는 팬텀 기능에서 인덱싱.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
비디오 녹화
	<ol>
<li>신호 대 잡음 비율 (SNR)를 최적화 하려면 비디오 녹화 매개 변수를 선택 합니다. 키 매개 변수는 노출 시간, 프레임 속도, 및 이득. 참고:이 프로토콜을 사용 하 여 2000 fps의 프레임 속도 1.0의 이득. 그러나, 이러한 매개 변수는 응용 프로그램에 따라 달라질 수 있습니다 (자세한 내용은 토론 섹션 참조).</li>
		<li>비디오를 수집 하 고 그것을 AVI 포맷에 저장.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
팬텀-정리
	<ol>
<li>실험 후 비드 고집을 관찰 하는 경우 sonicate 70 w.까지 힘을 사용 하 여 세제 용액에 팬텀</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. 이미지 프로세싱 및 데이터 분석
<ol><li>
이미지 전처리
	<ol>
<li>저장 된 AVI 파일 가져올 ImageJ 창을 끌어다 놓습니다. 회색조로 변환표시 상자를 선택 합니다.</li>
		<li>ImageJ 메뉴에서 선택 분석 > 히스토그램 생성 (또는 Ctrl+ H) 이미지 픽셀 휘도의 히스토그램을 생성 하. 평균 및 표준 편차는 처리 되지 않은 이미지를 기록해 둡니다. 참고: 높은 프레임 속도로 특이 하지 않다 0으로 무 겁 게 왜곡 된 배포에 대 한 (즉, 신호 없음).</li>
		<li>ImageJ 메뉴에서 선택 이미지 > 조정 > 밝기 및 대비 (또는 Shift + Ctrl+ H) 밝기/대비 필터를 적용 하려면.</li>
		<li>밝기 및 명암 메뉴에서 이미지 한계를 정의 하 고 설정 단추를 누릅니다. 평균 값 플러스 1 개의 표준 편차, 그리고 (둘 다 단계 6.1.2에서에서 얻은 통계에 따라) 이미지의 최대 강도를 최대 값 최소 값을 설정 합니다. 참고:이 일반적으로 픽셀 농도의 상위 10%를 제외한 모든 제거합니다. 표준 편차의 수는 원하는 픽셀 농도 분포에 따라 다양 한 수 있습니다. 상한 작업 강도 수행 하기 위한 사용자 지정 매크로 스크립트 보충 자료에 제공 됩니다.</li>
		<li>ImageJ 메뉴에서 선택 과정 > 잡음 > Despeckle 포화 픽셀의 수를 줄이기 위해. 참고:이 작업은 픽셀 채도의 밝기 및 대비, 후속 교차 상관 동안 가짜 벡터를 생산할 수 있는 최적화 하는 동안 발생에 대 한 증가 잠재력으로 필요한.</li>
		<li>ImageJ 메뉴에서 선택 과정 > 필터 > 가우시안 흐림 3 x 3 이웃에 조명된 픽셀의 비정 기 제거에서 사전 작업을 despeckling에 의해 발생 하는 아티팩트를 줄이기 위해 1.5의 반경으로.</li>
		<li>다각형 도구를 클릭 하 고 이미지 관심이 (ROI) 개요를 클릭 합니다.</li>
		<li>ImageJ 메뉴에서 선택 편집 > 분명 외부 신호 위치에 센서 잡음을 제거 하 예상 (예를 들면, 혈관 벽 경계를 넘어 영역)는 전반적인 SNR을 줄일 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV 계산 참고: 프로토콜의이 부분 서브 픽셀 정확도와 변위의 추정 수 있도록 가우스 피크-피팅 시 의존 ImageJ 제 PIV 플러그를 사용 하 여.<ol>
<li>ImageJ 메뉴에서 선택 플러그인 > 매크로 > 실행... 저장된 매크로 추가 코드 2 ijjm 크로스-상관 연속 이미지 쌍을 이동. 참고: 매크로 다음과 같이 진행 됩니다. 1) 간 상관 관계 연속 이미지 내에서 강도 필드의 처음 advected 추적 입자 (즉, 쌍의 첫 번째 및 두 번째 이미지, 두 번째 이미지 쌍으로 구성 되어 첫 번째 이미지의 로컬 변위를 결정 하기 위해 수행 이루어져 있다 두 번째 및 세 번째 이미지, 등). 2) 2 단계 multipass 평가 다음 수행 초기 및 최종 심문 창 크기의 256 x 256 픽셀 및 128 x 128 픽셀, 각각. 마지막으로, 3) 매크로 수행 더 스 퓨 리 어스 벡터의 모양을 줄이기 위해 시간 평균.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
정규화 된 중간 테스트 (NMT)
	<ol>
<li>ImageJ 메뉴에서 선택 플러그인 > 매크로 > 실행... 저장된 매크로 추가 코드 3. ijjm 는 속도 필드를 통해 유효성을 검사 하는 정규화 된 중간 테스트 이동. 참고: 매크로 다음과 같이 진행 됩니다. 1) 각 벡터 순간 벡터 필드에 중간 값을 계산 하는 8 명의 가까운 이웃 먼저 비교 됩니다. 2) 잔여 오류 배열 다음 각 인접 벡터 계산된 중앙값의 차이로 계산 됩니다. 3) 차이 조사 벡터 및 인접 벡터 중앙값은 다음 오차의 중간값으로 정규화 됩니다. 4)이 변화 될 수 잡음의 선험적 지식에 따라 이미지 수집 동안 임계값 값 (일반적으로 0.2 픽셀), 다음 비교 됩니다. 마지막으로, 5)으로이 벡터 필드 품질24증가 표시 되었습니다 모든 유효한 순간 벡터 필드의 시간 평균 합성 필드를 생산 하 수행 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

저자는 선언할 수 없다.

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 요금26,27 (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...

PIV 흐름 시각화 및 microcirculatory 흐름1,2,3대기에서 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 필드를 매핑하는 기능입니다. Hemodynamic 응용 프로그램, 특히, 혜택이 기능에서 혈관 질환 또는 (예를 들어, 아 테 롬, 신생) 리 모델링에서 중요 한 역할을 알려져 있습니다 로컬 흐름의 철저 한 수사를 수 있기 때문 4 , 5 , 6. 이것은 또한 혈관 흐름의 평가 대 한 진정한 고 수 같은 응용 프로그램에 관련 된 길이 비늘 이후 혈관 내 수술 장치 (예를 들어, 흐름 diverters, 텐트, intrasaccular 코일), 그 상호 작용 종종 하나 이상의 크기 순서 (예를 들어, 밀리미터에 마이크로 미터에서), 및 장치 형상 스팬 및 배치 지역 유체 역학7영향을 크게 수 있습니다.
PIV 기반 hemodynamic 연구를 실시 하는 대부분 그룹을 밀접 하 게 혈관 흐름7,8에 텐트 영향의 초기 수사 중 일부 모방 실험 설정에 의존 했습니다. 일반적으로,이 포함 한) 펄스 레이저와 고속 카메라, 높은-속도 흐름; 캡처 b) 동기화, 레이저의 펄스 주파수와 카메라 수집 프레임 속도; 앨리어싱을 방지 하 c) 원통형 광학, 빛 시트를 형성 하 고, 따라서, 추적 입자 위와 심문 비행기; 아래에서 배경 형광을 최소화 d)의 경우 상업 턴키 시스템, 교차 상관 분석을 수행 하기 위해 독점 소프트웨어 패키지. 그러나, 일부 응용 프로그램에서는 성능 및 공동으로 이러한 구성 요소에서 제공 하는 다양성, 그러나 많은 다른 사람 하지 않습니다. 또한, 상업적으로 공급된 조직 원하는 혈관 구조를 정리 하는 환영 또한 증명할 수의 높은 비용 많은 생체 외에서 연구에 대 한 제한으로 유령에 대 한 특히 기능 그 다리 mesoscale 정권 (> 500 원 / 팬텀)입니다. 여기, 우리가 시험관에 시각화 공간 모두 거짓말 일반적으로 혈관 흐름의와 일시적으로 (즉, 길이 비늘까지 mesoscale 정권 내에서 대 한 PIV를 구현 하기 위한 단순한 프로토콜의 개발 보고 밀리미터, 밀리미터의 10까지 속도를 submillimeter에서 / 초). 프로토콜 이미 처분에 따라서 유추에 대 한 진입 장벽을 낮추는 많은 생명 공학 연구원의 자료를 활용 하고자 합니다.
이 프로토콜의 첫 번째 요소로 투명입니다 (PDMS)의 사내 제작 수 있도록 투자 주조 기술의 사용을 포함-기반 3 차원 인쇄 희생 금형에서 조직 환영. 최근 몇 년 동안, 특히 그 공유/다중 사용자 시설 (예를 들면, 기관 시설 또는 공공 makerspaces)에 3 차원 프린터의 증가 가용성을 활용 하 여이 방법론 크게 비용 인하 (예를 들어, < 여기에 제시 하는 경우에 100 원/팬텀), 다양 한 디자인 및 형상 제조에 대 한 신속한 처리를 가능 하 게 하면서. 현재 프로토콜 융합된 증 착 시스템 모델링 건축 자재로 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 (ABS) 함께 사용 됩니다 그리고 인쇄 된 부분 이후의 가상 캐스팅에 대 한 희생 형 역할. 우리의 경험 나타났습니다 ABS 사용 적합 때문에 (예를 들어, 아세톤), 일반적인 용 매에 용 해 하 고 충분 한 강도와 강성이 지원 물자의 제거 후 금형 무결성을 유지 하는 (예를 들어, 방지는 변형 또는 소형 금형 기능의 골절). 현재 프로토콜에서 금형 무결성 더 보장 된다 단단한 인쇄 된 모델을 사용 하 여 비록이 증가 해체 시간을 희생 해 서 온다. 빈 모델의 사용 용 매 접근을 강화 하 고 따라서 해체 시간을 감소, 어떤 경우에도 수 있습니다. 그러나, 신중 하 게 고려해 야 효과에이 있을 수 있습니다 금형 무결성에. 마지막으로, 여기 조작 유령 혈관 구조는 일반적인 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 생성의 이상적인된 대표를 기반으로, 하는 동안 프로토콜 것으로 예상 된다 더 복잡 한 제조 의무가 있을 뿐만 아니라 환자 전용 형상 (예를 들어, 사용을 통해 임상 영상 데이터의 변환에 의해 생성 된 모델 파일의는. STL 파일 형식 대부분 3 차원 프린터에서 사용). 팬텀 제조 공정에 대 한 자세한 내용은 프로토콜의 2 절에서 제공 됩니다.
프로토콜의 두 번째 요소는 오픈 소스 ImageJ9교차 상관 분석 실시 하기 위한 플러그인의 사용을 포함. 이 간단한 통계 임계 처리 계획의 구현과 함께 결합 (즉, 강도 상한)는 정규화 postcorrelation 벡터 유효성 검사 체계, 뿐만 아니라 교차 상관, 이전 이미지 신호를 개선 하기 위해10 중간 시험 (NMT), 그것의 가장 가까운 이웃11각각의 비교를 통해 가짜 벡터를 제거 하. 이미징 장비에서 일반적으로 있다 많은 생명 공학 실험실, 전형적인 PIV 시스템 (예를 들어, 펄스 레이저의 비용이 많이 드는 구성의 많은 것의 수집에 대 한 필요를 사용 하 여 수행할 수 있습니다 동기화, 원통형 광학, 및 독점 소프트웨어). 비디오 수집, 이미지 프로세싱 및 데이터 분석에 대 한 자세한 내용은 섹션 5와 6의 프로토콜에서에서 제공 됩니다.
그림 1 에 대 한 이미징, 외부, 뿐만 아니라 연속 화이트 라이트 소스 (즉, 금속 할로겐 램프)에 대 한 고속 카메라를 갖춘 형광 현미경에 의존이 프로토콜에 사용 되는 PIV 설정 설명 목표를 통해 체적 조명. 가변 속도 기어 펌프는 혈관 조직 환영을 통해 투명 한 모의 피 솔루션의 반복 흐름을 부과 하는 데 사용 됩니다. 솔루션은 이온 (DI) 물과 글리세롤, hemodynamic에서 혈액으로 인해12,,1314, 연구에 대 한 일반적인 대용품 인과 혼합물의 구성 된) 그것의 비슷한 밀도 점도 (즉, 1080 kg/m3 와 3.5 cP 대 1050 k g/m3 와 혈액에 대 한 3-5 cP)15,16; 보이는 범위; b)의 투명성 c) 그것의 유사한 굴절률 PDMS (1.38 대 1.42 PDMS에 대 한)17,18,,1920, 광학 왜곡을 최소화 하 d)는 비 뉴턴 동작 소개 될 수 있다, 필요한 경우 쉽게 통해 xanthane21의 추가. 마지막으로, 형광 폴리스 티 렌 구슬 추적 입자 (직경에서 10.3 µ m; 480 nm/501 nm 여기/방출)로 사용 됩니다. 중립 부 력 구슬은 원하는 동안 최적의 유체 기계적 특성 (예를 들어, 밀도, 크기, 구성)와 방출 파장 추적 입자를 소싱 어려운 증명할 수 있다. 예를 들어 여기서 구슬 글리세롤 솔루션 (1050 k g/m3 대 1080 kg/m3) 보다 약간 적은 밀도 있습니다. 그러나, 그 유체 효과, 주어진 전형적인 실험 기간 부 력 효과와 관련 된 시간 규모 보다 훨씬 짧습니다 (즉, 5 분 및 20 분 각각). 더 모의 피 솔루션 수립 및 체 외 순환 시스템 설정에 관한 세부 사항은 섹션 3 및 4의 프로토콜에서에서 제공 됩니다.

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

meso 스케일 입자 이미지 velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

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.

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.
<p...

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.

Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows ...

이 방법은 생명 공학 분야의 주요 질문, 특히 혈역학 및 인터혈관 장치와의 상호 작용과 관련된 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 대부분의 생명 공학 실험실에서 이미 발견 된 장비를 사용하고 이것이 비 전문가의 진입 장벽을 줄이는 데 도움이 될 수 있다는 것입니다. PDMS 프리폴리머 베이스를 경화 제고제에 10 대 1 비율로 중량별로 혼합한다.66그램 혼합물은 최대 50입방센티미터의 부피를 가진 팬텀을 제조하기에 충분한 재료를 제공합니다. 혼합물을 진공 건조기에 60분 간 배치하여 가스를 탈포하고 거품 함정을 최소화합니다. 기포 파열을 용이하게하기 위해 순환 가압 감압제를 사용합니다.성형 퍼티를 사용하여 유리 슬라이드에 인쇄 된 ABS 금형을 인쇄 하여 계면을 밀봉하는 주조 마운트를 수행합니다. 버블 트랩을 최소화하는 동안 PDMS 혼합물을 금형에 조심스럽게 붓습니다. 바늘을 사용하여 거품이 수동으로 파열 될 수 있습니다.적어도 24 시간 동안 실온에서 주조 팬텀을 치료하십시오. 경화 하는 동안 먼지가 유령에 정착 하지 않도록 컨테이너를 사용할 수 있습니다. 데폴딩을 수행하려면 아세톤에 팬텀을 잠급하여 ABS를 녹입니다.최대 70와트의 힘을 사용하여 최소 15분 동안 초음파 처리합니다. 팬텀을 이소프로필 알코올로 철저히 헹구고 물을 분해하여 용매 잔류물을 제거합니다. 이미지 캡처 소프트웨어에 카메라가 부착된 광학 현미경을 사용하여 시야 내의 기능을 최대화하는 배율 아래 팬텀 내에서 중요한 피처의 이미지를 캡처합니다.동일한 배율에서 적절한 교정 레티클의 이미지를 캡처합니다. 두 이미지를 도구 모음에 드래그하여 ImageJ에 로드합니다. 교정 레티클 이미지를 클릭하여 활성 상태로 만들고 줄 도구를 선택합니다.마우스를 사용하여 알려진 거리의 피쳐를 따라 선을 그리고 분석을 선택합니다. ImageJ 메뉴에서 스케일을 설정합니다. 알려진 거리라고 표시된 필드에 피쳐의 길이와 길이라고 표시된 필드 단위에 단위를 입력합니다.전역으로 표시된 상자를 선택하여 열려 있는 모든 이미지에 이 교정 계수를 적용합니다. 팬텀 크리티컬 피쳐의 이미지를 활성 상태로 만들고 라인 도구를 사용하여 관심 있는 기능을 따라 선을 그립니다. ImageJ 메뉴 선택 분석에서 측정하여 줄의 길이를 측정합니다.예상 값을 결과 창의 표시된 길이의 값과 비교하여 팬텀 충실도를 확인합니다. 모의 혈액 용액을 만들기 위해 용액과 글리세롤을 60 대 40 비율로 부피별로 혼합합니다. 모의 혈액 용액에 2.5%의 형광 폴리스티렌 비드 용액 1밀리리터를 추가한 다음, 자기 교반 플레이트에서 10분 동안 혼합물을 균질화합니다.텍스트 프로토콜에 설명된 대로 시험관 내 순환 시스템 설정을 수행합니다. 비디오 이미징의 교정 비율을 이전과 같이 결정합니다. 아크릴 시트는 의도하지 않은 유출로부터 현미경을 보호하기 위해 PDMS 팬텀을 배치하기 전에 현미경 단계에 배치 될 수있다.장치를 설치하려면 형광 현미경의 단계에 PDMS 팬텀을 배치하십시오. 팬텀을 기어 펌프에 연결하고 모의 혈액 용액을 소개합니다. 펌프 교정 곡선을 기반으로 원하는 유량에 대한 펌프 모터 컨트롤러를 설정합니다.실험 전에 펌프를 1~5분 동안 실행하여 안정적인 상태 조건을 보장합니다. 실험 후 비드 집착이 관찰되면 최대 70와트의 힘을 사용하여 수성 세제 용액에서 팬텀을 초음파 처리합니다. 팬텀 표면에 붙어 있는 구슬이 변위가 없는 심문 창이 발생하기 때문에 모델의 청결도는 벡터 필드 충실도에도 중요합니다.이미지 처리를 수행하려면 저장 AVI 파일을 ImageJ 창에 드래그하여 가져옵니다. 표시된 상자가 회색 축척으로 변환하도록 선택합니다. ImageJ 메뉴 선택 분석에서 히스토그램을 생성하여 이미지 픽셀 강도의 히스토그램을 생성합니다.처리되지 않은 이미지에 대한 평균 및 표준 편차를 기록합니다. ImageJ 메뉴에서 이미지를 선택하여 밝기와 대비를 조정하여 밝기 대비 필터를 적용합니다. 밝기 및 대비 메뉴에서 세트 버튼을 클릭하여 이미지 제한을 정의합니다.최소 값을 평균 값과 하나의 표준 편차및 최대 값으로 이미지의 최대 강도로 설정합니다. ImageJ 메뉴에서 포화 픽셀 수를 줄이기 위해 프로세스, 노이즈, 데반클을 선택합니다. 그런 다음 반지름이 1.5인 프로세스, 필터, 가우시안 블러를 선택합니다.이렇게 하면 이전 반점 작업에 의해 3x3 이웃에서 가끔 씩 씩씩하게 비추는 픽셀을 제거하여 발생하는 아티팩트가 줄어듭니다. 다각형 도구를 클릭한 다음 이미지를 클릭하여 관심 영역을 간략하게 설명합니다. ImageJ 메뉴에서 편집을 선택하고 외부를 지우면 신호가 예상되지 않는 위치에서 센서 노이즈를 제거하여 전체 신호 대 노이즈 비율을 줄일 수 있습니다.텍스트 프로토콜에서 설명하는 데이터 분석을 진행합니다. 여기에 표시된 완성된 팬텀은 치수뿐만 아니라 파티클 이미지 속도 또는 관심 있는 PIV 영역으로 강조 표시됩니다. 이 그림은 비디오 캡처 중 천공 동맥의 형광 구슬로 인한 이미지 강도 윤곽 플롯 및 표면 플롯을 보여줍니다.이는 강도 캡핑이 수행된 후 신호 대 잡음 비율이 향상했음을 보여줍니다. 여기에 원시 비디오에서 얻은 결과 벡터 필드가 강도 캡핑 후 다시 강도 캡핑 후 정규화된 중앙분리대 테스트를 사용하여 검증된 벡터 필드입니다. 포스트 프로세싱 및 벡터 유효성 검사 기술이 사용됨에 따라 벡터 필드는 더욱 균일해지고 원형 채널의 흐름에 대한 예상 프로파일과 더 가깝게 유사합니다.이 절차를 시도하는 동안 획득 된 신호 자체의 소음을 최소화하는 데 집중하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜은 이러한 수차를 완화하기 위한 소프트웨어 기반 기술을 간략하게 설명하지만, 각 단계에서 발생을 줄이기 위해 주의를 기울여야 합니다. 아세톤으로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며, 이 절차를 수행하는 동안 발화원에서 멀리 떨어진 연기 후드 아래에서 항상 개인 보호 장비를 착용하고 작업해야 한다는 것을 잊지 마십시오.

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연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

pial 엑기스의 시간적 및 공간적 hemodynamic 및 염증성 이벤트를 따라 Intravital 현미경.

휴일 두개골 윈도우를 사용하여 마우스 뇌 엑기스의 Intravital 현미경

마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV)의 정확한 속도 프로파일을주고 간 상관 관계 혈액 흐름에 파종 마이크로 입자의 쌍 이미지를 시각화하는 데 사용됩니다. 임상 응용을 가지고 각각의 전단 속도, 최대 속도, 속도 프로파일 형태, 유량, 이러한 측정에서 파생 될 수 있습니다.

마이크로 혈액 흐름의 속도 분포 측정을위한 마이크로 입자 이미지 유속계

Intravital 현미경 검사는 동물에서 망막 혈관 직경, 혈류 속도 및 총 망막 혈류를 시각화하고 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

생쥐의 망막 혈류에 대한 Intravital Video Microscopy 측정

탐색 하 고 마우스 somatosensory 피에 vivo에서 2 광자 현미경 검사 법에 의해 측정에 optogenetically 유도 혈관 반응의 데이터베이스 공유에 대 한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공 됩니다. 그것은 데이터, 선택 기준을 기반으로, 평균, 맥 관 구조의 3D 볼륨 내에서 측정의 지역화를 탐색 하 고 데이터를 내보낼 수 있습니다.

혈관 네트워크 탐색기 2.0: 탐험과 Vivo 마우스 피에 Vasomotion Optogenetically 갖는 데이터베이스 공유에 대 한 간단한 도구

고속 모세관 유동 이미지 시퀀스에서 미세 혈관 흐름을 정량화하기 위해 STAFF(필드와이즈 흐름의 공간 시간 분석) 소프트웨어를 개발했습니다. 전체 이미지 필드와 시간이 지남에 따라 STAFF는 유속을 평가하고 정량분석을 위한 시각화 및 표 출력을 위해 색상으로 구분된 공간 맵 시퀀스를 생성합니다.

마이크로 혈관 구조에서 필드 와이즈 흐름의 공간 시간 분석

이 프로토콜은 마취마우스에 있는 가까운 혈관에서 백혈구 및 혈류 데이터를 심신하는 두뇌에서 형광 칼슘 심상을 취득하고 분석하는 단계를 제시합니다. 이러한 기술은 벽화 세포 생리학의 연구에 유용하며 모든 세포 유형의 칼슘 과도를 조사하기 위해 적응 할 수 있습니다.

생체 내 트랜스제닉 마우스의 뇌 성 구체 칼슘 및 혈역학 이미징

우리는 조영제를 사용하지 않고 눈에 입체 혈관 조영술을 생성하는 비 침습적 초음파 기술을 제시합니다.

흐름이 향상된 초음파로 눈의 깊은 혈관 이미징

본 프로토콜은 경피적 대동맥 판막(TAV)의 시험관내 셋업을 통한 부비동 유동을 조사하기 위해 수행된 입자 이미지 속도측정법(PIV) 측정을 기술한다. 속도에 기초한 혈역학적 파라미터도 결정된다.

대동맥 팬텀을 통한 혈역학의 입자 이미지 Velocimetry 조사

생체 내에서 뇌의 혈류 조절을 연구하기 위해 전통적인 약리학적 방법은 침습적이며 종종 두개골, 경막 및 연수막을 손상시킵니다. 이 연구에서 우리는 나노인젝터 유도 시스터내 마그나(ICM) 주입과 레이저 스페클 대비 이미징을 결합하여 두개골과 연극의 무결성을 보존하는 최소 침습 기술을 개발했습니다.

Paired Cisterna Magna Nanoinjection 및 Laser Speckle Contrast Imaging Assay를 통해 In Vivo에서 대뇌 혈류 조절 연구

이 프로토콜은 광시트 형광 현미경을 사용하여 정량적 전체 마운트 3차원 혈관 이미징을 위한 신속한 방법을 소개합니다. 이 방법의 효능은 전산 유체 역학을 통해 정량화된 혈역학적 힘과 함께 병아리 배아 모델의 인두 궁 동맥 시스템을 사용하여 입증되었습니다.

정량적 연구를 위한 소동물 혈관 구조의 신속한 전체 마운트 고해상도 이미징

이 프로토콜은 형광 스티렌 미세구를 이용한 생 체 내 2광자 현미경 영상에 최적화된 만성 두개골 창문 및 미세혈관 색전증 마우스 모델에 대한 단계별 접근법을 상세히 설명하고 있습니다.

형광 폴리스티렌 미세구를 이용한 생체 내 2광자 현미경용 미세혈관 색전증 마우스 모델

배우세요 Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry를 활용한 혈관 흐름 체외 연구 방법입니다. PDMS 팬텀 제작과 유동 특성화를 통해 생체공학 및 혈역학 연구의 정확성을 향상시킬 수 있습니다.

Meso 스케일 입자 이미지 Velocimetry 혈관 흐름에서 체 외에서 의 연구

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