Name: 관상 동맥 경화증 진행의 광학 일관성 단층 촬영 기반 생체 역학 유체 구조 상호 작용 분석 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 7 s
Description: 학습하세요 관상 동맥 경화증 진행 예측을 위한 유체-구조 상호작용 기반 생체역학 모델링 방법을. OCT 영상 재구성과 환자 특이적 시뮬레이션을 통해 병변 역학을 분석하고 적시 중재를 안내합니다.

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저자는 애들레이드 대학, 로얄 애들레이드 병원 (RAH) 및 남호주 건강 및 의학 연구소 (SAHMRI)에 의해 제공 된 지원을 인정하고 싶습니다. COCOMO-ACS 임상시험은 호주의 국립 보건 의료 연구 위원회 (NHMRC)와 호주 국립 심장 재단 (ID101370)의 프로젝트 보조금에 의해 투자 된 조사자 시작 연구입니다. H.J.C는 웨스트팩 학자 신탁(미래 지도자 장학금)의 장학금을 지원하며 애들레이드 대학교, 기계 공학 학교 및 교육, 기술 및 고용 연구 교육 프로그램(RTP) 장학금의 지원을 받고 있습니다. S.J.N.은 NHMRC(ID1111630)로부터 수석 연구 펠로우십을 받습니다. P.J.P.는 호주 국립 심장 재단(FLF102056)과 NHMRC(CDF1161506)로부터 레벨 2 미래 지도자 펠로우십을 받습니다.

저자는 이 문서의 준비에 대해 선언할 충돌이 없습니다. S.J.N.은 아스트라제네카, 암젠, 안테라, 엘리 릴리, 에스페리온, 노바티스로부터 연구 지원을 받았습니다. 세레니스, 의약품 회사, 레스버로기스, 인프라리드, 로슈, 사노피-레제네론, 리포사이언스 컨설턴트로 아스트라제네카, 악체아, 엘리 릴리, 안테라, 코와, 옴테라, 머크, 다케다, 레스버클리스, 사노피 레제네론, CSL 베링, P.J.P.는 애보트 혈관, 암젠과 에스페리온의 컨설팅 비용, 아스트라제네카, 바이엘, 보링거 잉겔하임, 머크 셰링-플로우, 화이자로부터 연구 지원을 받았습니다.

관상 동맥 생체 역학을 분석하기 위해 FSI 방법을 사용하는 것은 여전히 수치 모델링 및 임상 결과 측면에서 개발 분야입니다. 여기서 우리는 OCT 및 혈관 화상 진찰을 활용하여 유한 요소/유한 볼륨 방법에 기초하여 환자 특정 FSI 분석을 설정하는 개요를 설명했습니다. 여기서 설명하는 방법은 상용 유한 요소 솔버를 사용하지만, 절차는 모든 FSI 유능한 소프트웨어에 적용 될 수 있습니다. 방법론에서 개선해야 할 몇 가지 제한사항이 여전히 있습니다. 첫째, 우리는 단일 환자에 대한 대표 적 결과를 제시하는 한계를 인정합니다. 그러나, 우리는 제시된 방법론이 미래에 더 큰 집단에 개발되고 적용될 수 있기를 바라며 동맥의 생물 기계식 FSI 시뮬레이션 과정을 더 잘 설명하기 위해 현재 프로토콜을 제시합니다. 더욱이, 영상 분석 단계에서 설명된 대부분의 공정은 매뉴얼이며, 루멘, 지질 및 외벽을 분할할 때 잠재적인 인터옵저버 가변성을 도입한다. 이러한프로세스(55)를 자동화하거나 기준선과 후...

관상 동맥 질환 (CAD)은 심장 질환의 가장 흔한 유형과 전 세계적으로 사망과 경제적 부담의 주요 원인 중 하나입니다1,2. 미국에서는 8명의 사망자 중 약 1명이 CAD3,4에기인하며, CAD의 전 세계 사망자수는 현재 저소득 및 중소득 국가에서5. 죽상 동맥 경화증은 관상 동맥 폐색 및 급성 심근 경색 (AMI)6로이어지는 플라크 파열 또는 침식과 함께 이러한 사망의 주요 동인이다. 범인 관상 동맥 병변의 개정 후에도 환자는 AMI 후 재발하는 주요 불리한 심혈관 질환(MACE)의 상당한 위험이 있으며, 이는파열7에취약한 다른 비범범상 플라크의 수반되는 존재때문이다. 내관 화상 진찰은 이 고위험 플라크8을검출할 기회를 제공합니다. 내래 초음파(IVUS)는 플라크 볼륨을 평가하기 위한 금본위제이지만, 광학 일관성 단층 촬영(OCT)의 고해상도(10-20 μm)와 는 대조적으로 취약한 플라크의 미세 구조적 특징을 식별하는 데 는 제한된 해상도를 가지고 있다. 대형 지질 풀을 덮어 있는 얇고 염증이 있는 섬유질 캡은 취약한 플라크9의 가장 중요한 시그니처임을 입증되었으며, 현재 사용 가능한 내 장관 영상 양식10중 OCT에 의해 가장 잘 식별되고 측정된다. 중요한 것은, OCT는 또한 다른 고위험 플라크 특징을 평가할 수 있습니다, 포함: 지질 아크; 대식세포 침투; 얇은 캡 섬유아테로마(TCFA)의 존재는 지나치게 얇은 섬유질 캡(<65 μm)을 가진 지질이 풍부한 코어로 정의됩니다. 얼룩석회화; 및 플라크 마이크로 채널. AMI 이후 비범범상패에서 이러한 고위험 기능의 OCT 검출은 향후 MACE11의최대 6배 증가 위험과 관련이 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 혈관 조영술과 OCT 이미징의 능력은 어떤 관상 동맥 플라크가 진행되고 궁극적으로 파열 또는 침식될 지 예측하는 능력이 제한되어 있으며, 긍정적 예측 값은 20%-30%에 불과합니다. 이러한 제한된 예측 능력은 비범인 플라크가 치료하는 임상 의사 결정을 방해합니다(예를 들어, 스텐팅에 의한)7,12.
환자 인자 및 플라크의 생물학적 특성 외에도 관상 동맥의 생체 역학력은 플라크 진행 및불안정성(13)의중요한 결정요인이기도 하다. 이러한 힘을 종합적으로 평가하는 데 도움이 될 것이라는 약속을 보여주는 한 가지 기술은 유체 구조 상호 작용(FSI)14 시뮬레이션입니다. 내피 전단 응력이라고도 불리는 벽 전단 응력 (WSS)은 관상 동맥 생체 역학 연구15의전통적인 초점이며 WSS가 죽상 경화증 형성16에서에이티알리티학적 역할을한다는 일반적인 이해가 있습니다. 주로 전산 유체 역학(CFD) 기술을 사용하여 시뮬레이션된 낮은 WSS 영역은17,혈관 리모델링 18 및 병변진행(19) 및 향후 MACE20의예측과 연관되어 있다. 이러한 분석에서 최근의 발전은 기본 WSS 벡터 필드토폴로지(21)와다방향특성(22)을WSS 크기만으로도 보다 더 나은 예측변수로 제시합니다. 그러나 WSS는 루멘 벽의 전체 생체 기계 시스템을 엿볼 뿐이며 이미징 양식과 마찬가지로 생체 역학 메트릭은 고위험 죽상 경화성 기능을 안정적으로 식별할 수 없습니다.
추가 지표는 죽상 동맥 경화증 형성에서 잠재적으로 중요한 것으로 부상하고 있습니다. 인트라루미컬 유동특성(23)은 다양한지수(24)를통해 정량화된 헬리컬 흐름을 통해, 방해된 유동 패턴을 억제하여 에로보리보호 역할을 하는 것으로 제안된예(23)이다. CFD 기술은 이러한 흐름 특성을 분석하고 광범위한 유용한 결과를 제시할 수 있지만 혈류, 동맥 구조 및 일반적인 심장 운동 사이의 근본적인 상호 작용을 고려하지 않습니다. 이 역학 적 시스템을 경질 벽으로 단순화하면 섬유 캡 스트레스와 같은 잠재적으로 중요한 결과를 놓칠 수 있습니다. CFD를 통해 FSI에 대한 논쟁이 계속하는 동안27,28,29,많은 비교는 심실 기능의 영향을 포함 하기 위해 방치. 이러한 한계는 심실 기능의 영향을 통해 동맥에 가해지는 동적 굽힘 및 압축이 WSS30,31,32와같은 유동 메트릭뿐만 아니라 플라크 및 동맥 구조적 응력에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여 준 FSI를 통해 극복 될 수 있다. 이는 구조적 응력이 플라크파열(33,34)을 분석하고 예측하기 위한 핵심 지표이기도 하고,14,35의플라크 증가 지역과 공동 위치하도록 제안되었기 때문에 중요하다. 이러한 상호 작용을 캡처하면 관상 동맥 환경과 질병 진행의 잠재적 메커니즘을 보다 사실적으로 나타낼 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 여기에서는 OCT 이미징36에서 환자 별 지오메트리를 개발하고 상용 유한 요소 솔버를 사용하여 동맥 FSI 시뮬레이션을 설정하고 실행하는 과정을 설명합니다. 루멘, 지질 및 외부 동맥 벽을 수동으로 추출하는 과정은 환자의 동맥의 3 차원 전산 재구성 전에 상세합니다. 우리는 시뮬레이션 설정, 커플링 및 기준선을 비교하는 프로세스를 설명하고, 병변 진행을 결정하기 위해 후속 OCT 이미징 매개 변수를 설명합니다. 마지막으로, 우리는 수치 결과의 후 처리및 이 데이터가 병변 진행/회귀와 생체 기계적 결과를 비교하여 임상 관련성을 가질 수 있는 방법에 대해 토론합니다. 전체적인 방법은 범인이 아닌 것으로 입증되고, 고혈압, 제2형 당뇨병, 비만(BMI 32.6) 및 조기 혈관 의 초기 입원 중 급성 비ST 고도 심근 경색을 제시한 58세 백인 남성 환자의 오른쪽 관상 동맥(RCA)에 약간 스테노틱, 지질이 풍부한 플라크가 초기 혈관 조영술을 수행하였다. 그리고 12개월 후 진행 중인 임상 시험의 일환으로(COCOMO-ACS 임상 시험 ACTRN1261800800809235). 우리는 이 기술이 더 정교하고 진행의 위험이 높은 관상 동맥 플라크를 식별하는 데 사용될 수 있을 것으로 예상합니다.

<table><tbody><tr><td>ANSYS Workbench (버전 19.0)</td><td>ANSYS</td><td></td><td>상용 유한 요소 솔버</td></tr><tr><td>MATLAB (버전 2019b)</td><td>Mathworks</td><td></td><td>상용 프로그래밍 플랫폼</td></tr><tr><td>MicroDicom/ImageJ</td><td>MicroDicom/ImageJ</td><td></td><td>오픈 소스 DICOM 리더</td></tr><tr><td>Visual Studio (버전 2019)</td><td>Microsoft</td><td></td><td>상용 통합 개발 환경</td></tr></tbody></table>

관상 동맥 경화증 진행의 광학 일관성 단층 촬영 기반 생체 역학 유체 구조 상호 작용 분석

Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression

이 논문에서는 관상 동맥 경화성 플라크의 생물역학적 분석을 위한 완전한 워크플로우를 관상 동맥 혈관에 제시합니다. 죽상 동맥 경화증은 글로벌 사망, 이환율 및 경제적 부담의 주요 원인 중 하나로서, 그 진행을 분석하고 예측하는 새로운 방법이 필요합니다. 이러한 계산 방법 중 하나는 혈류와 동맥/플라크 도메인 간의 상호 작용을 분석하기 위해 유체 구조 상호작용(FSI)을 사용하는 것이다. 생체 내 이미징과 결합하여, 이 접근법은 안정하고 불안정한 플라크 사이 분화를 돕는 각 환자에 맞추어 서 서 수 있었습니다. 우리는 3 차원 재건 과정을 설명, 내트라바스 광학 일관성 단층 촬영 (OCT) 및 침습 관상 동맥 혈관 조영술 (ICA)를 사용하는. 동맥의 3차원 모션을 복제하는 것을 포함하여 시뮬레이션에 대한 경계 조건의 추출은 상업적 유한 요소 솔버에서 설정 및 분석이 수행되기 전에 논의된다. 동맥 벽과 맥동 혈액 속도/압력의 고선형 초탄성 특성을 설명하는 절차는 두 도메인 간의 시스템 결합을 설정하는 것과 함께 설명됩니다. 우리는 심근 경색 다음 환자에서 비 범인, 약간 스테노틱, 지질이 풍부한 플라크를 분석하여 절차를 시연합니다. 벽 전단 응력 및 국소 정상화 헬리콥터와 같은 동맥 경화성 플라크 진행과 관련된 확립 및 신흥 마커는 동맥 벽 및 플라크의 구조적 반응과 각각 논의되고 관련된다. 마지막으로, 우리는 결과를 잠재적인 임상 관련성으로 번역하고, 한계를 논의하고, 추가 개발을 위한 영역을 간략하게 설명합니다. 이 논문에 설명된 방법은 죽상 경화성 진행의 위험한 상태에 있는 사이트의 결정에 원조에 대한 약속을 보여주고, 따라서, 죽상 동맥 경화증의 중요한 죽음, 이환율 및 경제적 부담을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

대표적인 결과는 죽상 경화증 진행의 확립및 신흥 생체 역학 마커 둘 다에 대해 제시됩니다. WSS 및 WSS 파생 결과(시간 평균 벽 전단 응력(TAWSS) 및 진동 전단 지수(OSI)와 같은 확립된 메트릭이 도 10에서시각화됩니다. 심장 주기에 걸쳐 벽 전단 응력은 주로 혈액 속도에 의해 구동되지만 동맥 기하학과 움직임 / 수축은 공간 분포에서 중요한 역할을합니다. 이는 TAWSS 및 OSI 윤곽에서 볼 수 있으며, OSI는 동맥 경화증 형성과 관련이 있는 흐름 재순환의 척도입니다. 이러한 변화는 협착/굽힘 및 동맥 형상의 복잡한 특성을 대표합니다. 입구 와 콘센트 근처의 결과는 경계 조건에 의해 크게 영향을 받을 수 있기 때문에 무시해야 합니다. WSS를 스컬러 값으로 잘 연구했지만, 확장값과 방향을 모두 제시하는 기본 벡터 필드는 훨씬 덜 주의를 기울였습니다. 여기서 벽 전단 응력 벡터 필드는 그림 11에표시되며, 영...

심근 경색이 발생하기 전에 개입을 안내하기 위해 관상 동맥 경화성 병변이 관상 동맥 혈관에서 진행될 지 결정할 필요가 있습니다. 이 문서에서는 이러한 진행을 예측하는 데 도움이 되는 상용 유한 요소 솔버에서 유체 구조 상호 작용 기술을 사용하여 광학 일관성 단층 촬영에서 동맥의 생체 역학 모델링을 설명합니다.

In this paper, we present a complete workflow for the biomechanical analysis of atherosclerotic plaque in the coronary vasculature. With atherosclerosis ...

죽상 동맥 경화증은 글로벌 죽음과 이환율의 주요 원인 중 하나이며, 다인적이고 복잡한 성격은 그것을 해결하기 위해 다분야 접근 방식을 중요하게 만듭니다. 지금, 화상 진찰은 흑색 형태를 분석하는 강력한 공구입니다 그러나 아직 저희에게 일의 근본적인 기계장치의 이해를 줄 수 없습니다. 그리고 이것이 계산 시뮬레이션이 들어오는 곳입니다.유체 역학 관점에서, 우리는 벽 전단 스트레스와 같은 요인이 내피 세포 기능과 죽상 경화증 형성에 관련된 새로운 수송 과정에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 환자의 특정 역학, 유체 구조 상호 작용 기술 또는 에피소드 짧은을 진정으로 이해하기 위해 혈류, 동맥 역학 및 일반적인 심장 기능 간의 상호 작용을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고 이 방법론은 광학 일관성 단층 촬영, 또는 짧고 침략적인 혈관 조영술에 대한 환자의 관상 동맥을 기계적으로 시뮬레이션하여 재구성하고 생체를 재구성하여 이 작업을 수행하는 방법을 제시합니다.우리는 또한 임상 관련성 결과 및 후속 화상 진찰을 위한 비교를 토론했습니다. 이제 방법론의 기본은 유한 요소와 유한 볼륨 방법에 기반을 두고 있습니다. 그리고 상용 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션 방법을 시연하는 동안 ANSYS 절차는 모든 에피소드 가능한 소프트웨어 또는 코드에 맞게 조정할 수 있습니다.분기와 같은 해부학적 랜드마크를 사용하여 가장 근해 분단에 대한 가장 단산적인 분기 및 단면에 즉시 근위를 시작하는 이미지를 사용하여 기준선을 일치시키고 OCT 이미지를 추적합니다. 이러한 랜드마크 사이의 이미지는 첫 번째 이미지를 디지타이저로 로드하고 카테터 중심점과 스케일에 대한 제한을 표시하도록 분석해야 합니다. 나중에 사용할 이러한 점을 내보내고, 모든 이미지의 동일한 위치에서 시작하여 루멘의 곡선을 가능한 한 정확하게 캡처해야 하는 루멘의 가장자리를 표시합니다.재건 과정이 나중에 이러한 지역을 가로질러 보간될 때 유물에 대한 간격을 둡니다. 이러한 파일을 데이터 형식으로 내보내고 모든 이미지에 대해 이 파일을 반복합니다. 닷컴 소프트웨어에서, 높은 감쇠 영역에서 외부 벽을 추출, 타원에 맞게 외부 탄성 멤브레인의 눈에 보이는 부분을 사용하여, 외부 벽 위치를 추정하기 위해, 지질 호를 정의, 루멘 중심에 계산, 및 뽑캡 두께.이들은 루멘 지역과 함께 병변 진행을 분석하기 위하여 이용될 것입니다. 그런 다음 이러한 오버레이 이미지를 이미지 디지타이저에 가져와 외부 벽 점을 선택합니다. 마찬가지로 지질 선택에 대해, 지질 표면은 모든 경우에 지질의 동일한 끝에서 시작하여 이미지 디지타이저에서 첫 번째 혈관 조이미지를 로드하고 카테터의 가장자리를 선택하여 나중에 이미지의 크기를 조정합니다.그런 다음 카테터 중앙 선을 근위 마커로 시작하여 균등하게 간격이 있는 점으로 탈결하게 이동합니다. 형식을 조정하기 위해 데이터를 내보냅니다. 단면 재구성 프로세스를 수행하기 전에 모든 이미지에 대해 이러한 단계를 반복합니다.3D 모델링 소프트웨어에서 한 번에 하나의 파일인 횡단면을 가져와 생성하여 솔리드 컴포넌트를 만들고 모든 곡선을 선택하고 함께 잠그므로 새 솔리드를 생성하기 위해 동결을 추가하도록 선택합니다. 이제 루멘, 지질 및 외부 벽에 대한 이러한 단계를 수행합니다. 동맥 벽에서 루멘과 지질을 빼려면 부울 조작을 만들고 대상 본체를 벽과 지질 및 루미나로 선택하십시오.벽과 지질 간의 유형학을 공유하여 향후 단계에서 메시 노드를 공유하도록 하는 것이 중요합니다. 이렇게 하려면 벽과 지질을 강조 표시하고 마우스 오른쪽 단추를 클릭하여 부품을 만듭니다. 동맥 및 지질에 대한 재료 특성을 설정하려면 엔지니어링 데이터를 입력하고 동맥 드래그 밀도와 5 가지 매개 변수 무니 리버 랜드 모델이라는 새로운 재료를 추가하고 매개 변수를 설정합니다.지질 및 모터 성분에 대해 이를 반복하고, 루멘 성분을 억제하고 이전에 정의된 물질을 동맥 및 지질 고형체에 할당합니다. 이제 형상을 메시하고, 물리 기본 설정을 비선형 기계로 설정하고, 메시 크기 조정을 지정해야 합니다. 여기서는 목표 크기0.14밀리미터의 어댑티브 메시를 사용했습니다.적절한 마스크 단위 값을 얻기 위해 필요에 따라 메시 기본 설정을 조정합니다. 여기서는 섬유질 캡과 같은 간격에 걸쳐 적어도 2~3개의 메쉬 요소를 목표로 합니다. 메쉬를 생성하는 데는 복잡한 형상으로 인해 다소 시간이 걸릴 수 있습니다.FSI 시뮬레이션의 경우 자동 스텝을 해제하고 하위 단계를 하나로 정의하고 시뮬레이션 종료 시간을 설정합니다. 이 경우 0.8초, 시스템 커플링은 시간 및 하위 단계를 제어하고, 솔버 유형을 프로그래밍 컨트롤로 설정하여 직접 또는 반복적 방법을 사용합니다. 직접 메서드는 더 강력하지만 메모리를 훨씬 더 많이 사용합니다.뉴턴 심판과 메서드를 가득 채우도록 설정합니다. 유체 솔리드 인터페이스를 삽입하여 시스템 결합 도메인을 동맥의 내부 벽으로 지정합니다. 이렇게 하면 이 위치에서 구조와 유체 간에 데이터가 전달됩니다.변위 경계 조건은 입구 및 콘센트에 적용된 X, Y 및 Z 방향의 변위 함수로 입력할 수 있습니다. 뉴턴 뗏목 잔류용 솔루션 탭 삽입에서 문제를 해결하는 데 도움을 드립니다. 귀찮은 형상 이나 메시 위치를 찾기 위해 오류가 발생하는 경우 이러한 를 볼 수 있습니다.모델 탭을 입력하고, 장치를 확인하고 동맥과 지질 부분을 억제합니다. 유체 도메인을 선도합니다. 메시 메트릭을 지정하고 메시를 생성하고, 기울기 여부를 확인하고 필요한 경우 조정합니다.유체 고체 상호 작용이 발생하는 영역의 구조 부분에서와 마찬가지로 유사한 크기의 메쉬및 형상을 사용하는 것이 좋습니다. 입구, 콘센트 및 벽에 대한 이름 선택을 만들어 유창하게 전달합니다. 이제 설정 탭을 입력하고 이중 위치가 활성화되었는지 확인합니다.솔버 유형을 압력 기반으로 설정하고 시간이 일시적으로 설정되어 있는지 확인합니다. K-Omega 점성 난기류 모델을 활성화하고 투명한 스트레스 수송 및 저재 보정을 가능하게 합니다. 난기류를 가진 비선형 점도 모델을 활성화합니다.다음 명령을 명령 콘솔에 입력하고 메시지가 표시되면 예입력합니다. 재료하에서, 이제 밀도를 입력하고 점도 드롭 다운 목록에서 비 뉴턴 전원 법을 선택하여 혈액 특성을 정의합니다. 컴파일, 나는 어떤 오류에 대한 명령줄을 확인하는 일시적인 혈액 속도와 압력을 포함하는 정의 된 기능을 사용합니다.이제 UVF를 로드합니다. 이러한 것은 입구 및 콘센트에 적용 될 수있다. 스무딩, 재 메시 및 6도 자유 솔버를 포함한 동적 메시를 활성화하여 확산 매개변수 1.5와 메시에 적합한 최대 및 최소 스케일을 설정합니다.새 동적 메시 영역을 만들고 루멘의 벽을 지정하고 시스템 커플링을 선택합니다. 이것은 시뮬레이션의 동맥 구성 요소에 데이터를 전달하는 인터페이스입니다. 입구, 콘센트 및 내부 루멘에 대한 형성 메쉬 영역을 메시 스케일에 적합한 값으로 만듭니다.종종 음수 셀 볼륨 오류는 이 동적 메시와 관련이 있습니다. 따라서 각 영역에 대해 필요한 경우 메시 스케일을 주의 깊게 확인하고 조정하여 압력 속도 커플링이 결합되도록 설정하고 일시적인 제형 및 공간 불일치 체계를 두 번째 순서로 설정합니다. 컨트롤에서 현재 2개의 수를 입력하고 모니터 탭에서 잔류 수렴 기준을 설정합니다.여기서는 연속성을 위해 55개, 나머지의 마이너스 6개 중 8개에 1값을 사용했습니다. 로컬 정규화된 헬리시티와 같은 결과에 대한 사용자 지정 함수를 정의하려면 매개 변수 및 사용자 지정 탭에서 사용자 지정 함수를 선택하고 새 함수를 삽입합니다. 팝업 창을 사용하여 필요에 따라 정의합니다.실행 계산 탭에서 시간 단계 크기5밀리초와 여러 반복을 300으로 설정하여 160번 의 횟수를 설정합니다. 시간 통계용 데이터 샘플링이 활성화되어 있는지 확인하고 벽 통계 및 흐름 전단 응력뿐만 아니라 이전에 정의된 사용자 지정 함수를 선택하도록 합니다. 계산 활동에서 데이터 내보내기를 만들고 후처리를 위한 CFD 사후 호환 옵션을 선택합니다.결과를 별도의 소프트웨어로 처리하려면 필요에 따라 내보내기 유형을 조정합니다. 내보낼 모든 지역과 결과를 선택합니다. 마지막으로 하이브리드 구성표로 시뮬레이션을 초기화합니다.구조적 영향 설정이 시스템 커플링및 업데이트에 연결되어 있는지 확인합니다. 시스템 커플링에서 종료 시간을 0.8초로 설정하고 타임스탬프를 5밀리초로 설정하고, 일반적으로 구조 및 유체 구성 요소가 잘 수렴되는 경우 10~15회 반복이 충분합니다. 각각 유체 및 구조 구성 요소에서 벽 및 고체 인터페이스를 선택하고 전달을 편집하고, 융합을 돕기 위해 유체에서 구조로 이송되는 힘의 아래 이완 또는 램핑을 조정합니다.실행 준비가 되면 업데이트를 클릭하고 구조 및 유체 수렴과 같은 시뮬레이션 데이터 및 해당 데이터 전송 수렴이 콘솔에 인쇄됩니다. FSI 시뮬레이션은 계산 비용이 많이 들며, 이 시뮬레이션은 16개의 코어 머신에서 약 11일이 걸리므로 매우 비쌉습니다. 여기서 우리는 세 가지 중요한 생체 역학 적 결과, 즉 벽 전단 응력, 현지 정규화된 헬리콥터를 통한 장루 유동 특성 및 폰 미스의 효과적인 스트레스 형태의 구조적 스트레스에 중점을 두어 왔습니다.깎아지른 듯한 스트레스는 혈액 속도에 의해 크게 좌우됩니다. 그러나 우리가 볼 수 있듯이, 시간 평균 깎아 지른듯한 스트레스의 더 자세한 분석, 흐름 반전및 근본적인 깎아 지른듯한 응력 벡터 필드의 척도인 고독한 전단 지수는 특히 단핵구를 그리고 플라크 성장으로 이어질 수 있는 매력 영역을 찾아서 임상적으로 유익할 수 있습니다. 우리는 또한 헬리컬 흐름 구조와 플라크 성장 사이의 연결을 개념화하는 데 도움이 로컬 정규화 헬리시티와 루멘 전체에 헬리아칼 흐름 패턴을 시각화 할 수 있습니다.마지막으로, 동맥 벽에 높은 폰 Mises 스트레스 증가 로딩 으로 인해 세포 기능 장애 또는 손상의 영역을 제안할 수 있습니다 또는 플라크 파열의 가능성이 사이트를 제안, 특히 때문에 더 얇은 섬유 캡 또는 스트레스 는 뽑아 어깨 지역에서 강화. 우리는 또한 스트레스가 근위 섬유증 캡의 동맥 굽힘 및 수축에 의해 구동된다는 것을 봅습니다. 증류 스트레스는 혈압에 의해 구동되는 반면 우리의 결과, FSI 시뮬레이션은 캡처 고유하게 배치됩니다.후속 이미징과의 비교를 통해. 우리는 또한 전체 액체 아크의 증가와 연관되는 동맥의 탈구 부위에 있는 루멘 지역에 있는 감소를, 병변 진행을 건의합니다. 비교하여, 근위 영역은 루멘 영역에서 작은 감소를 보이지만 섬유캡 두께가 크게 감소하여 보다 취약한 표현형으로의 이동을 암시한다.이러한 영역 또는 진행 또는 회귀는 전쟁 전단 응력, 장루 흐름 및 구조적 응력의 패턴을 분석하여 기준선 FSI 시뮬레이션과 비교할 수 있습니다. 음,이 방법론은 단일 경우에 대해 제공됩니다. 더 큰 데이터 집합에 대한 분석은 모든 상관 관계의 통계적 유의를 결정하기 위해 수집됩니다.이 방법론이 도움이 되기를 바랍니다. 이 방법에서, 우리는 유체 구조 상호 작용 기술을 사용하여 환자의 관상 동맥을 재구성하고 생체화하는 단계를 설명했습니다. 우리는 10 월에서 루멘, 지질 및 외부 벽을 추출하고 3 차원 모양을 재현하는 과정을 설명한 후 메시, 경계 조건 및 시스템 커플링 도메인을 설정합니다.그리고 마지막으로 시뮬레이션 및 후처리 결과를 실행합니다. 우리의 깎아 지른듯한 스트레스 내 루피컬 흐름 특성의 번역, 임상 평균동맥의 구조적 반응은 또한 FSI 기반 생체 역학과 병변 진행의 관점에서 논의되었다, 환자의 현재 상태와 예후의 보다 완전한 그림을 제시 할 수있는 잠재력을 보여주는. 지금, FSI는 아직도 아주 많이 개발하고 계산적으로 비싼 방법 인 동안, 우리는 이 방법론을 설명하는 프로세스가 더 심해질 수 있고 동맥 경화증 진행을 둘러싼 임상 의사 결정을 돕기 위하여 이용될 수 있다는 것을 믿습니다.

optical-coherence-tomography-based-biomechanical-fluid-structure

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

광간섭(Optical Coherence) 단층촬영(Tomography) 기반 생체역학적 유체 구조 상호작용 분석(Biomechanical Fluid-Structure Interaction) 분석 관상동맥경화증 진행에 대한 분석

관상동맥 혈류 예비력(CFR)은 심근 산소 요구량 평가 및 심혈관 위험 평가에 유용합니다. 이 연구는 대동맥 밴딩의 실험적 압력 과부하 하에서 마우스의 관상 동맥에서 측정된 CFR의 변화를 종적으로 모니터링하기 위한 단계별 경흉부 도플러 심초음파 검사(TTDE) 방법을 확립합니다.

마우스의 압력 과부하 모델을 사용하여 관상 동맥 흐름 및 관상 동맥 흐름 준비 제도 이사회의 초음파를 바탕으로 평가

미생물 생물막은 서로 복잡한 구조를 형성하고 매우 규모에 의존하는 공간 패턴으로 발전합니다. 여기에서는 3D 광학 일관성 단층 촬영(OCT) 데이터 세트를 자동으로 수집하기 위한 실험 시스템(하드 및 소프트웨어)을 소개합니다. 이 도구 세트는 공간과 시간에 생물막 형태 형성의 비침습적 및 다중 스케일 특성화를 허용합니다.

대규모 공간 스케일을 통해 생물막 형태 형성을 해명하는 자동화된 3D 광학 일관성 단층 촬영

이 프로토콜은 적극적으로 수축심장 trabecula ex vivo에서sarcomere, 칼슘 및 거시적 기하학적 기하학적 데이터의 컬렉션을 제공합니다. 이러한 동시 측정은 세 가지 이미징 양식의 통합에 의해 가능하게됩니다.

동시 브라이트필드, 형광, 및 수축 심장 Trabeculae Ex Vivo의 광학 일관성 지형 이미징

우리는 이질적인 구조적 및 기계적 죽상경화성 플라크 특성을 연구하기 위해 기계 이미징 파이프라인을 개발했습니다. 이 파이프라인은 콜라겐 섬유 배향의 국소 우세 각도와 분산, 파열 거동 및 섬유질 플라크 조직의 변형 지문의 상관 관계를 가능하게 합니다.

국소 콜라겐 구조와 죽상경화반 섬유조직의 기계적 특성 사이의 상관관계를 연구하는 방법

생체 내 cine 혈관 내 초음파 이미지는 다양한 압력 부하 조건에 해당하는 관상 동맥 단면 움직임을 보여줍니다. 유한 요소 모델을 기반으로 반복 계획을 사용하여 계산 모델과 의료 이미지의 관상 동맥 움직임을 일치시켜 생체 내에서 관상 동맥의 환자 특정 기계적 특성을 결정했습니다.

인간 관상동맥의 생체 내 기계적 특성을 정량화하기 위한 혈관 내 초음파 이미지 기반 유한 요소 모델링 접근 방식 

이 문서는 휴대 자기 조립에 의해 세포 - 파생 조직 반지를 만드는 다양한 방법을 설명합니다. 평활근 세포는 링 모양의 아가로 오스 웰스의 집계 7 일 이내에 강력한 입체 (3D) 조직을 형성하기 위해 계약을 씨뿌린. 밀리 대규모 조직 반지는 기계 테스트에 도움이되는이며 조직 조립 블록을 건물로 제공하고 있습니다.

자기 조립 셀룰러이 Biomechanical 분석 및 조직 공학을위한 셀 유래 조직 반지를 조작하는 감독

Photoacoustic 안과 (PAOM), 광 - 흡수 기반 이미징 양상은 현재 안과 이미징 기술로 망막의 보완 평가를 제공합니다. 우리는 쥐의 동시 multimodal 망막 이미징을위한 스펙트럼 영역 광 간섭 단층 촬영의 (SD -10 월)와 통합 PAOM의 사용을보고합니다.

통합 Photoacoustic Ophthalmoscopy 및 스펙트럼 도메인 광 결맞음 단층 촬영 장치

자가 및 동종 골 이식의 주입은 주요 두개 안면 뼈 손실을 치료하는 방법을 받아 구성한다. 그러나 혈관 신생, 세포 분화 및 골 형성 간의 상호 작용에 그래프트 조성물의 효과는 불분명하다. 우리는 이식 근접에서 혈관 신생 골 형성의 상호 의존성을 규명하는 것을 목표로 멀티 모달 이미징 프로토콜을 제시한다.

컴퓨터 단층 촬영 및 골 형성 - 혈관 신생 커플 링의 광학 이미징 두개골 뼈자가 이식과 동종 이식 통합을 평가하기 위해

우리는 최근에 개발 된 실험 및 수치 방법의 도움으로 관절 연골에서 충전 및 충전되지 않은 분자의 이동을 조사하기위한 프로토콜을 제안한다.

실험적 및 유한 요소 의정서는 관절 연골에서 중립 및 충전 용질의 운송을 조사하기 위해

이 프로토콜의 목표 경도 평가 vivo에 는 반자동된 microcomputed 단층 기반 정량적 구조 분석을 사용 하 여 될 수 있는 누드 쥐 척추 압축 골다공증 관련 골절 모델을 생성 하는 것입니다.

반자동 경도 Microcomputed Tomography 기반 정량적 구조 분석 누드 쥐 척추 골절 골다공증 관련 모델의

학습하세요 관상 동맥 경화증 진행 예측을 위한 유체-구조 상호작용 기반 생체역학 모델링 방법을. OCT 영상 재구성과 환자 특이적 시뮬레이션을 통해 병변 역학을 분석하고 적시 중재를 안내합니다.

관상 동맥 경화증 진행의 광학 일관성 단층 촬영 기반 생체 역학 유체 구조 상호 작용 분석

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