$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Secundaire stroom structuren zijn wervelstroom patronen die zich voordoen in de interne stroom geometrieën met krommingen zoals gebogen buizen en kanalen. Deze Vortex structuren ontstaan als gevolg van de gecombineerde werking van centrifugale krachten, negatieve drukgradiënten en instroom karakteristieken. In het algemeen secundair stroom structuren verschijnen in vlakke dwarsdoorsneden van gebogen buizen als symmetrische Dean-achtige wervels onder constante instroom en, symmetrisch en Dean-Lyne-type draaikolken onder oscillerende instroom omstandigheden 1 -. Secundaire aanvoer morfologie 3 worden sterk beïnvloed door pulsatiliteit en meerdere harmonischen van pulserende, fysiologische instroomcondities. Deze structuren krijgen sterk verschillende grootte-sterkte-vormkenmerken in vergelijking met niet-fysiologische (stabiele en oscillerende) stroomt 1 -. 6 ontwikkeling van atherosclerose in de slagaders wordt beïnvloed door de aanwezigheid van hoogfrequente afschuiving oscillaties in regio's met lage gemiddelde afschuiving 27, 28 . Secundaire stromingsstructuren kan de voortgang van ziekten zoals atherosclerose en eventueel beïnvloeden, bewerkstelligen de endotheliale respons door pulsatiele bloedstroom door het veranderen shear stress en belichtingstijden van bloed verspreide deeltjes.
Een gemeenschappelijke behandeling van atherosclerose, een complicatie resulteert in vernauwing van bloedvaten door vernauwingen, is de implantatie van stents. Stent fracturen zijn constructiegebreken geïmplanteerde stents die leiden tot verdere medische complicaties zoals in-stent restenose (ISR), stent trombose en aneurysma 9 -. 13 Stent breuken zijn onderverdeeld in verschillende failure "types I tot IV", waarbij "type IV" karakteriseert de hoogste klinische ernst en wordt gedefinieerd als de totale dwarse breuk van stentsteunen met lineaire verplaatsingen van de stent 14 fragmenten. het protocol in dit onderzoek beschrijft een Experimental wijze van visualisatie van secundaire stroom structuren stroomafwaarts van een geïdealiseerde "Type IV" stent breuk in een gebogen slagader model.
De voorgestelde protocol heeft de volgende vier essentiële kenmerken:
Ontwerp en fabricage van laboratoriumschaal stent modellen: Geometrische beschrijving van stents kan worden gekoppeld aan een set van zelfexpanderende spiralen (veren of helices) verweven behulp Nitinol (een legering van nikkel en titanium) draad 29. De lengte van de stent en de steun diameter afhankelijk van de lengteschaal van arteriële lesies die tijdens klinische implantatie 5. Parametrische variatie van strut diameter en de opkomst van de wikkeling (of pitch) leidt tot stents van verschillende geometrische configuraties. Een samenvatting van de stent ontwerpparameters gekozen 3D printen worden in Tabel 1.
Opstelling van een bloed analoge werkende vloeistof geëvenaardmet kinematische viscositeit van het bloed en de brekingsindex van het testtraject: optische toegang tot het gebogen slagader proefvak is vereist om niet-invasieve snelheidsmetingen maken. Bijgevolg wordt een Newtoniaanse bloed lijkende werkfluïdum met de brekingsindex van de vasculaire model en idealiter een dynamische viscositeit, matching menselijk bloed gebruikt om accurate metingen van de bloedstroming 16 krijgen -. 18, 30 De werkfluïdum gebruikt in deze studie werd gerapporteerd door Deutsch et al. (2006), die bestaat uit 79% verzadigde natriumjodide (NaI), 20% zuiver glycerol en 1% water (vol) 16.
Proefopstelling voor de detectie van coherente secundaire stromingsstructuren behulp van een twee-component tweedimensionaal beeld particle velocimetry (2C-2D PIV): Experimenten werden ontworpen om fase gemiddelde secundaire stroomsnelheid te verwerven op verschillende vlakke dwarsdoorsnede locaties stroomafwaarts van een combinatie van straight en gebogen stent secties belichamen een geïdealiseerde "Type IV" stent fractuur 5, 6, 9, 14. Het protocol-stappen met betrekking tot de aankoop van tweede stroomsnelheid velden met behulp van particle image velocimetry (PIV) techniek betreft een PIV systeem dat bestaat uit een laser (lichtwaaier) bron, optica richten en verlichten de regio van stroom, een speciale kruiscorrelatie ladingsgekoppelde inrichting (CCD-sensor of camera) en tracer deeltjes worden door het licht plaat binnen een korte tijdsinterval (At zie Tabel 4) 31, 32.
De stappen in het protocol uitgegaan van de volgende: Ten eerste, een geijkte, experimentele set-up van een twee-componenten, tweedimensionale (2C-2D) PIV systeem dat beelden evalueert door dubbel-frame, single-exposure opnames. Ten tweede, de 2C-2D PIV systeem berekent de gemiddelde verplaatsingen van tracer deeltjes door het uitvoeren van cross-correlatie tussen twee beeld frames die tijdens elke opname. Een brief samenvatting van PIV specificaties en het beeld acquisitie software wordt gepresenteerd in de materialen en apparatuur tafel. Ten derde, alle veiligheidsmaatregelen die nodig zijn om de laser te bedienen worden gevolgd door geschoold laboratorium personeel volgens de door de gastinstelling richtlijnen. De auteurs suggereren Refs. 31 en 32 voor een holistisch inzicht in de uitvoering, de functionaliteit en de toepassing van de PIV techniek in de luchtvaart-, hydro- en Microfluïdieksysteem dynamiek, correlatiepiek opsporing en verplaatsing schatting, materiaal en de dichtheid van tracer deeltjes en meting lawaai en nauwkeurigheid. Merk ook op dat de laser en de camera kan worden geregeld door het PIV gegevensverwervingscomputer (figuur 3A) en data processing software.
Data-acquisitie en post-processing voor coherente structuur detectie:-Phase gemiddelde secundaire stroomsnelheid metingen met behulp van een 2C-2D PIV werden gegenereerd met behulp van het protocol beschrijving die volgt. Naproductie ing van de gegevens betrokken samenhangende secundaire aanvoer structuurdetectie met de volgende drie methoden: continue wavelet-transformaties,
5, 6, 19-24, 26.
De auteurs constateren dat de snelheidsgradiënt tensor is in wezen een 3 x 3 matrix,
.
Het protocol stelt een werkwijze voor het verkrijgen tweedimensionale experimentele metingen (van 2C-2D PIV techniek). Daarom zal volledige experimentele toegang tot de snelheidsgradiënt tensor niet haalbaar met deze methode. De snelheidsgradiënt tensor voor elke pixel
van het beeld de PIV
zou een 2 x 2 matrix,
. De z-component vorticiteitquation 6 "src =" / files / ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg "/> voor elke pixel
wordt berekend volgens het antisymmetrische deel van de snelheidsgradiënt tensor
. Het resultaat zal een 2D-serie van vorticiteit zijn
die kan worden gevisualiseerd in een contourgrafiek. De auteurs suggereren sterk Ref. 25 voor een welsprekende discussie experimentele toegang tot de snelheidsgradiënt tensor in de richting van het verbeteren van de kennis van vorticiteit dissipatie, stam tarieven en coherente structuur detectie. Bovendien hebben de auteurs niet proberen om de onderlinge relaties tussen de bovengenoemde samenhangende structuur detectiemethoden verkennen en suggereren Ref. 23, 24 voor een uitgebreide discussie over dat onderwerp.
De focus van de stappen in het protocol is de kwantitatieve identificatie van secundaire aanvoer (Vortex) structures (ook bekend als coherente structuren). Drie methoden van samenhangende structuur detectie nl.
en wavelet getransformeerde vorticiteit
worden toegepast snelheidsveld gegevens op de detectie van multi-schaal, multi-sterkte voorkomen van secundaire stromingsstructuren stroomafwaarts van het geïdealiseerde "type IV" stentbreuk.
De
Definieert een vortex als ruimtelijk gebied waar de Euclidische norm van de vorticiteit tensor domineert dat het percentage van stam 19, 23, 24 .De snelheidsgradiënt matrix ontleed in symmetrische (reksnelheid) en antisymmetrische (rotatie) delen. Eigenwaarden van strain rate matrix worden berekend;
. Norm van de mate van spanning wordt dan berekend;
. Vorticiteit wordt berekend op basis van de anti-symmetrische deel. Enstrofie of kwadraat van z-component vorticiteit,
) Wordt dan berekend. De
is eindelijk berekend;
. Een contour plot van de gehele set van
iso-regio
, Zal aangeven secundaire aanvoer structuren 19.
De
, Ook bekend als 'wervelende strength een vortex identificatiemethode uitgevoerd door kritische punt analyse van de lokale snelheidsgradiënt tensor en de bijbehorende eigenwaarden 20-24 . Eigenwaarden van de snelheidsgradiënt tensor op elke pixel
worden berekend. De eigenwaarden moet van de vorm,
. Een contour plot van
iso-regio
zal aangeven secundaire aanvoer structuren 20-22.
Wavelet transformatie werkwijze gebruikt analyserend functie (of wavelet) die gladheid heeft fysische en spectrale ruimten ontvankelijk (of heeft gemiddelde nul) en een eindige
5, 6, 26. Door convolving een verwijde of gecontracteerd wavelet met een 2D vorticiteit veld, wavelet getransformeerd vorticiteit
veld opgewekt comprising van coherente structuren met een breed scala van weegschalen en sterke punten 5, 6, 26. Shannon entropie van het wavelet-getransformeerde vorticiteit veld 2D wordt berekend in te schatten de optimale wavelet schaal waarop alle coherente structuren adequaat worden opgelost. Dit entropie schatting gaat om een reeks van kansen
voor elke pixel
zoals dat
De genormaliseerde kwadraat van de modulus vorticiteit geassocieerd met de pixel op locatie m, n 5, 6. De procedurestappen worden grafisch weergegeven in figuur 6. De beperkingen op de keuze van de wavelet worden gedetailleerd uiteengezet in Ref. 26. Dit protocol stap beschrijft de procedure voor coherente structuur detectie met behulp van een 2D-Ricker wavelet. De rechtvaardiging voor het gebruik van deze wavelet voor Vortex patroonherkenning wordt gepresenteerd in Ref. 5, 6 en de desbetreffende daarin aangehaalde referenties.