Name: Meso-schaal Particle Image Velocimetry Studies van neurovasculaire stroomt In Vitro (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min
Description: Ontdek vereenvoudigde methoden voor het fabriceren van transparante neurovasculaire fantomen en het karakteriseren van stromingsdynamiek met behulp van PDMS en PIV-technieken. Deze toegankelijke aanpak verlaagt drempels voor niet-experts in bio-engineering.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen gedeeltelijke steun voor dit project geboden door een gezamenlijke zaad subsidie van het Bureau voor onderzoek en economischeontwikkeling op UC Riverside.

1. ABS gebaseerde opofferende schimmel Fabrication
<ol><li>Het ontwerp van een omgekeerde model van het spook van de gewenste weefsel met behulp van CAD software.</li>
	<li>Het afdrukken van het model met behulp van een 3D-printer met ABS als het bouwmateriaal.</li>
</ol>2. PDMS gebaseerde vasculaire Phantom Fabrication
<ol><li>
Mengen
	<ol>
<li>Meng de PDMS prepolymer base en genezen agent in een verhouding 10:1 (in gewicht); een mengsel van 66 g verstrekt voldoende materiaal voor de fabrikatie van spoken met volumes tot 50 cm3.</li>
		<li>Plaats het mengsel in een vacuüm exsiccator voor 60 min tot ontgas en minimaliseren van de zeepbel entrapment. Cyclische drukregeling/drukverlaging gebruiken om breuk van de zeepbel.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gieten
	<ol>
<li>Monteer de afgedrukte ABS schimmel op een glasplaatje molding putty gebruiken voor het afdichten van de interface.</li>
		<li>Giet zorgvuldig het PDMS mengsel in de mal terwijl het proberen om het minimaliseren van de zeepbel entrapment. Aanhoudende bubbels kunnen handmatig worden gescheurd met behulp van een naald.</li>
		<li>Genezen de cast phantom bij kamertemperatuur (25 ° C) gedurende ten minste 24 uur. Opmerking: Bij hogere temperaturen, dit proces kan worden versneld22.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Demolding
	<ol>
<li>Los van de ABS door dompelen de phantom in aceton en sonicating gedurende ten minste 15 minuten, met behulp van de bevoegdheden tot 70 W. Let op: Aceton heeft een hoge dampdruk bij kamertemperatuur en een laag vlampunt. Daarom werkt altijd onder een zuurkast en uit de buurt van potentiële onstekingsbronnen. Draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (bijvoorbeeld, bril of gezicht schild, laboratoriumjas, aceton-bestendige handschoenen).</li>
		<li>Spoel de phantom met isopropyl alcohol en, vervolgens, DI water te verwijderen van oplosmiddelen. Opmerking: PDMS zwelt bij blootstelling aan aceton; de zwelling afneemt echter zodra de phantom is gespoeld en gedroogd voldoende23.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bevestiging van de phantom trouw met behulp van optische microscopie
	<ol>
<li>Met behulp van een optische Microscoop met een aangesloten camera en image capture software, is een opname van een kritische functie binnen de phantom onder een vergroting dat de functie binnen het gezichtsveld maximaliseert.</li>
		<li>Een opname van een juiste kalibratie dradenkruis op de dezelfde vergroting.</li>
		<li>Beide beelden in ImageJ laden door deze naar de werkbalkte slepen.</li>
		<li>Klik op de afbeelding van de dradenkruis kalibratie om het te activeren en selecteer vervolgens het gereedschap lijn . Met de muis, tekent u een lijn langs een functie van een bekende afstand en selecteer analyseren > schaal instellen uit het menu ImageJ. Opmerking: In het venster Instellen schaal , moet het veld afstand in pixels zich worden vooraf ingevuld met de lengte van de getekende lijn in eenheden van pixels zijn.</li>
		<li>Geef de lengte van de functie in het veld Bekend afstanden zijn eenheid in het veld Eenheid van lengte. Vinkt u het selectievakje Global deze kalibratiefactor om op te passen alle geopende afbeeldingen.</li>
		<li>Het beeld van de phantom kritische functie actief te maken en gebruik het gereedschap lijn om te tekenen van een lijn langs een functie van belang. Selecteer in het menu ImageJ analyseren > maatregel (of druk op Ctrl + M) voor het meten van de lengte van de lijn.</li>
		<li>Vergelijk de verwachte waarde ten opzichte van de waarde in de kolom lengte in het resultatenvenster Controleer phantom trouw gemarkeerd.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. bespotten bloed oplossing formulering
<ol><li>Meng DI water en glycerol in een verhouding van 60:40 (volumeprocent). Opmerking: Een volume van 100 mL is voldoende voor de in vitro bloedsomloop die hierin worden beschreven.</li>
	<li>Voeg 1 mL 2,5% w/v fluorescerende polystyreen kraal oplossing (dat wil zeggen, tracer deeltjes) aan de mock bloed-oplossing.</li>
	<li>Meng het mengsel op een magnetische roer plaat van 400 toeren per minuut gedurende 10 minuten.</li>
</ol>4. in Vitro Circulatory System Set-up
<ol><li>
Pomp set-up
	<ol>
<li>Een draad stripper hulpprogramma af te snijden de DC-einde stekker uit het stopcontact voor AC-naar-DC-adapter gebruiken.</li>
		<li>Strip van de coating van de stroom en gemalen draden en sluit ze aan op de ingang van de spanningsregelaar puls breedte modulatie (PWM).</li>
		<li>Verbind de macht en gemalen draden van de pomp gelijkstroommotor aan de uitgang van de PWM-spanningsregelaar. Opmerking: Van de PWM 7-segment display output het pulserend sproeien (0% - 100%) gebruikt om een variabele spanning op de DC-motor.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Pomp kalibratie
	<ol>
<li>Bereiden van 200 mL mock bloed oplossing (zie punt 3).</li>
		<li>Plaats buis van de inlaat van de pomp naar het bekerglas houden de mock bloed-oplossing.</li>
		<li>Plaats de buis van de uitlaat van de pomp in een lege bekerglas.</li>
		<li>Selecteer een gewenste plicht cyclus instelpunt (0% - 100%). Druk op de knop op en een timer te starten.</li>
		<li>De timer stoppen zodra de pomp het gehele volume van mock bloed oplossing heeft overgedragen. Gebruik deze tijd om het volumetrisch debiet berekenen.</li>
		<li>Herhaal stap 4.2.1 - 4.2.5 voor ten minste vijf verschillende plicht cyclus set punten om een kleinste kwadraten regressie curve. Opmerking: Een minimum van drie repliceren punten per plicht cyclus instelpunt wordt aanbevolen. Deze relatie kan worden gebruikt voor het correleren van het gewenste debiet naar de vereiste PWM-taakcyclus.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. video collectie
<ol><li>
Afbeelding kalibratie
	<ol>
<li>Bepaal de kalibratie-breedteverhouding voor de video beeldvorming (zie punt 2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Apparaat set-up
	<ol>
<li>Plaats het PDMS spook op het toneel van de fluorescentie Microscoop.</li>
		<li>De phantom verbinden met de versnelling pomp en voeren de mock bloed-oplossing. Opmerking: Optioneel, prefill het model met ethanol om volledige bevochtiging; dan spoelen en vullen met de mock bloed-oplossing. Dit kan met name gunstig zijn voor modellen met kleinere vaartuigen en/of blinde functies.</li>
		<li>Stel de pomp motor controller voor het gewenste debiet op basis van de kalibratiekromme pomp.</li>
		<li>De pomp voor 1-5 min voordat het experiment om steady-state omstandigheden worden uitgevoerd.</li>
		<li>Schakel de externe lamp voor het verlichten van het gezichtsveld. Selecteer een geschikte filteren op basis van de golflengte van de excitatie van de fluorescerende parels.</li>
		<li>Pas het imaging brandvlak naar de midplane van het vaartuig. Opmerking: Dit kan worden bereikt met behulp van een brandpuntsafstand die de verbeelde vaartuig dwarsdoorsnede maximaliseert (bijvoorbeeldbij gebruik van spoken met circulaire vaartuig kruissecties); en/of indexering off van een phantom functie ter vergemakkelijking van de identificatie van het vaartuig halverwege vlak.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Video-opname
	<ol>
<li>Selecteer de video-opname-parameters voor het optimaliseren van de signaal-ruisverhouding (SNR). Sleutelparameters belichtingstijd, framesnelheid, omvatten en krijgen. Opmerking: In dit protocol gebruiken we een framesnelheid van 2.000 bps en een gain van 1.0. Echter, deze parameters kunnen variëren afhankelijk van de toepassing (Zie de sectie discussie voor nadere bijzonderheden).</li>
		<li>Verzamelen van de video en sla het in AVI-formaat.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Phantom-opschonen
	<ol>
<li>Als parel-steken wordt waargenomen na een experiment, bewerk de phantom in een waterige schoonmaakmiddel bevoegdheden tot 70 W. met ultrasone trillingen ten</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. image Processing en Data-analyse
<ol><li>
Afbeelding voorbewerken
	<ol>
<li>Sleep het opgeslagen AVI-bestand naar het venster ImageJ te importeren. Het selectievakje gemarkeerd omzetten in grijswaarden.</li>
		<li>Selecteer in het menu ImageJ analyseren > Histogram genereren (of druk op Ctrl + H) voor het genereren van een histogram voor beeld pixel intensiteiten. Neem nota van het gemiddelde en de standaarddeviatie voor de onbewerkte afbeelding. Opmerking: Bij hoge frame rates, het is niet ongebruikelijk voor de distributie aan worden zwaar scheef naar nul (dat wil zeggen, geen signaal).</li>
		<li>Selecteer in het menu ImageJ Afbeelding > aanpassen > helderheid en Contrast (of druk op Shift + Ctrl + H) een helderheid/contrast filter wilt toepassen.</li>
		<li>De helderheid en het Contrast -menu, drukt u op de knop instellen om te bepalen van de grenzen van de afbeelding. Stel de minimale waarde als de gemiddelde waarde plus één standaarddeviatie en de maximumwaarde worden de maximale intensiteit van de afbeelding (beide gebaseerd op statistieken die zijn verkregen in stap 6.1.2). Opmerking: Dit meestal elimineert alle, maar de top 10% van de pixel intensiteiten. Het aantal standaarddeviaties kan variëren afhankelijk van de gewenste verdeling van de pixel intensiteiten. Een aangepaste macroscript voor het uitvoeren van de intensiteit aftopping operatie vindt u in de Aanvullende materialen.</li>
		<li>Selecteer in het menu ImageJ proces > Ruis > Despeckle te verminderen van het aantal verzadigde pixels. Opmerking: Deze operatie is noodzakelijk door de toegenomen potentieel voor verzadiging van de pixel die zich voordoet tijdens de optimalisatie van de helderheid en het contrast, die valse vectoren tijdens latere cross-correlatie produceren kan.</li>
		<li>Selecteer in het menu ImageJ proces > Filters > Gaussian Blur met een straal van 1,5 tot het verminderen van artefacten die voortvloeien uit de incidentele verwijdering van verlichte pixels in de buurt van een 3 x 3 door de voorafgaande despeckling werking.</li>
		<li>Klik op het vormgereedschap en klik op de afbeelding om een overzicht van de regio van belang (ROI).</li>
		<li>Selecteer in het menu ImageJ Bewerken > duidelijk buiten sensor ruis verwijderen op locaties waar geen signaal is verwacht (bijvoorbeeldgebieden buiten de grenzen van de muur vaartuig), die de totale SNR kan verminderen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV-berekening Opmerking: Dit gedeelte van het protocol maakt gebruik van een derde-partij PIV plug-in voor ImageJ, die berust op Gaussiaans piek-montage om een schatting van de verplaatsing met subpixel nauwkeurigheid.<ol>
<li>Selecteer in het menu ImageJ Plugins > macro's > uitvoeren... en ga naar de opgeslagen macro aanvullende Code 2. ijjm aan cross-correlaat opeenvolgende afbeelding paren. Opmerking: De macro wordt als volgt uitgevoerd. 1) een cross-correlatie van het veld van de intensiteit in opeenvolgende beelden is voor het eerst uitgevoerd om te bepalen van de lokale verplaatsing van advected tracer deeltjes (dat wil zeggen, het eerste beeld paar uit de eerste en tweede beelden, de tweede afbeelding paar bestaat bestaat uit de tweede en derde afbeeldingen, enz). 2) een tweestaps multipass evaluatie wordt vervolgens uitgevoerd met eerste en laatste ondervraging venstergrootten van 256 x 256 pixels en 128 x 128 pixels, respectievelijk. Ten slotte, 3) de macro uitvoert een temporele gemiddelde om te verder de verschijning van valse vectoren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Genormaliseerde mediaan test (NMT)
	<ol>
<li>Selecteer in het menu ImageJ Plugins > macro's > uitvoeren... en ga naar de opgeslagen macro aanvullende Code 3. ijjm voor het valideren van de snelheid velden via de genormaliseerde mediaan test. Opmerking: De macro wordt als volgt uitgevoerd. 1) elke vector in een momentane vectorveld is eerst in vergelijking met haar acht dichtstbijzijnde buren de mediane waarde te berekenen. 2) het aantal resterende fouten wordt dan berekend als het verschil tussen elke naburige vector en de berekende mediaan. 3) het verschil tussen de vector onderzochte en de mediane naburige vector waarde is dan genormaliseerd door de mediaan van de storingswaarden. 4) dit wordt vervolgens vergeleken met een drempelwaarde (meestal 0.2 pixels), die kan worden gevarieerd op basis van de a priori kennis van lawaai tijdens de Beeldacquisitie. Ten slotte 5) een temporele gemiddelde van alle gevalideerde momentane vectorvelden wordt uitgevoerd voor de productie van een samengestelde veld, zoals dit is aangetoond dat het verhogen van de vector veld kwaliteit24.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Grant, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+image+velocimetry%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+C%3A+Journal+of+Mechanical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">Particle image velocimetry: A review.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 211 (1), 55-76 (1997).</li>
<li>Lindken, R., Rossi, M., Große, S., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-Particle+Image+Velocimetry+%28%C2%B5PIV%29%3A+Recent+developments%2C+applications%2C+and+guidelines%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro-Particle Image Velocimetry (µPIV): Recent developments, applications, and guidelines.</a> Lab on a Chip. 9 (17), 2551(2009).</li>
<li>Hove, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracardiac+fluid+forces+are+an+essential+epigenetic+factor+for+embryonic+cardiogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Intracardiac fluid forces are an essential epigenetic factor for embryonic cardiogenesis.</a> Nature. 421, 172(2003).</li>
<li>Ando, J., Yamamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vascular+Mechanobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation+Journal%22%5BJournal%5D)">Vascular Mechanobiology.</a> Circulation Journal. 73 (11), 1983-1992 (2009).</li>
<li>Conway, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+Shear+Stress+on+Endothelial+Cells+Modulates+Mechanical+Tension+across+VE-Cadherin+and+PECAM-1%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Fluid Shear Stress on Endothelial Cells Modulates Mechanical Tension across VE-Cadherin and PECAM-1.</a> Current Biology. 23 (11), (2013).</li>
<li>Kuhlencordt, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+Atherosclerosis%2C+Aortic+Aneurysm+Formation%2C+and+Ischemic+Heart+Disease+in+Apolipoprotein+E%2FEndothelial+Nitric+Oxide+Synthase+Double-Knockout+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Accelerated Atherosclerosis, Aortic Aneurysm Formation, and Ischemic Heart Disease in Apolipoprotein E/Endothelial Nitric Oxide Synthase Double-Knockout Mice.</a> Circulation. 104 (4), 448-454 (2001).</li>
<li>Lieber, B. B., Stancampiano, A. P., Wakhloo, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alteration+of+hemodynamics+in+aneurysm+models+by+stenting%3A+Influence+of+stent+porosity%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Alteration of hemodynamics in aneurysm models by stenting: Influence of stent porosity.</a> Annals of Biomedical Engineering. 25 (3), 460-469 (1997).</li>
<li>Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Investigation+of+Secondary+Flow+Structures+Downstream+of+a+Model+Type+IV+Stent+Failure+in+a+180%C2%B0+Curved+Artery+Test+Section%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180° Curved Artery Test Section.</a> Journal of Visualized Experiments. (113), e51288(2016).</li>
<li>Tseng, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+organization+of+the+extracellular+matrix+regulates+cell-cell+junction+positioning%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Spatial organization of the extracellular matrix regulates cell-cell junction positioning.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (5), 1506-1511 (2012).</li>
<li>Shavit, U., Lowe, R. J., Steinbuck, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intensity+Capping%3A+a+simple+method+to+improve+cross-correlation+PIV+results%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">Intensity Capping: a simple method to improve cross-correlation PIV results.</a> Experiments in Fluids. 42 (2), 225-240 (2007).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C. E., Werely, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+Image+Velocimetry%3A+a+Practical+Guide%22">Particle Image Velocimetry: a Practical Guide</a>. , Springer. New York, NY. (2007).</li>
<li>Kerl, H. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+Pipeline+Flow-Diverting+Stents+Reduces+Aneurysm+Inflow+Without+Relevantly+Affecting+Static+Intra-aneurysmal+Pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Implantation of Pipeline Flow-Diverting Stents Reduces Aneurysm Inflow Without Relevantly Affecting Static Intra-aneurysmal Pressure.</a> Neurosurgery. 74 (3), 321-334 (2014).</li>
<li>Lieber, B. B., Livescu, V., Hopkins, L. N., Wakhloo, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+Image+Velocimetry+Assessment+of+Stent+Design+Influence+on+Intra-Aneurysmal+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Particle Image Velocimetry Assessment of Stent Design Influence on Intra-Aneurysmal Flow.</a> Annals of Biomedical Engineering. 30 (6), 768-777 (2002).</li>
<li>Charonko, J., Karri, S., Schmieg, J., Prabhu, S., Vlachos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro%2C+time-resolved+PIV+comparison+of+the+effect+of+stent+design+on+wall+shear+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">In vitro, time-resolved PIV comparison of the effect of stent design on wall shear stress.</a> Annals of Biomedical Engineering. 37 (7), 1310-1321 (2009).</li>
<li>Rand, P. W., Lacombe, E., Hunt, H. E., Austin, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscosity+of+normal+human+blood+under+normothermic+and+hypothermic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Viscosity of normal human blood under normothermic and hypothermic conditions.</a> Journal of Applied Physiology. 19 (1), 117-122 (1964).</li>
<li>Kenner, T., Leopold, H., Hinghofer-Szalkay, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+continuous+high-precision+measurement+of+the+density+of+flowing+blood%5BTitle%5D)+AND+%22Pfl%C3%BCgers+Archiv+European+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">The continuous high-precision measurement of the density of flowing blood.</a> Pflügers Archiv European Journal of Physiology. 370 (1), 25-29 (1977).</li>
<li>Hoyt, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Table+of+the+Refractive+Index+of+Pure+Glycerol+at+20%C2%B0C%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry%22%5BJournal%5D)">New Table of the Refractive Index of Pure Glycerol at 20°C.</a> Industrial & Engineering Chemistry. 26 (3), 329-332 (1934).</li>
<li>Cai, Z., Qiu, W., Shao, G., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+fabrication+method+for+all-PDMS+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">A new fabrication method for all-PDMS waveguides.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 204, 44-47 (2013).</li>
<li>Bouillot, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+imaging+velocimetry+evaluation+of+intracranial+stents+in+sidewall+aneurysm%3A+hemodynamic+transition+related+to+the+stent+design%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Particle imaging velocimetry evaluation of intracranial stents in sidewall aneurysm: hemodynamic transition related to the stent design.</a> PloS ONE. 9 (12), 113762(2014).</li>
<li>Trager, A. L., Sadasivan, C., Lieber, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+in+vitro+hemodynamic+performance+of+new+flow+diverters+for+bypass+of+brain+aneurysms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Comparison of the in vitro hemodynamic performance of new flow diverters for bypass of brain aneurysms.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 134 (8), 084505(2012).</li>
<li>Clauser, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Novel+Plasma-Based+Fluid+for+Particle+Image+Velocimetry+%28PIV%29%3A+In-Vitro+Feasibility+Study+of+Flow+Diverter+Effects+in+Aneurysm+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A Novel Plasma-Based Fluid for Particle Image Velocimetry (PIV): In-Vitro Feasibility Study of Flow Diverter Effects in Aneurysm Model.</a> Annals of Biomedical Engineering. 46 (6), 841-848 (2018).</li>
<li>Johnston, I. D., McCluskey, D. K., Tan, C. K. L., Tracey, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+characterization+of+bulk+Sylgard+184+for+microfluidics+and+microengineering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (3), 035017(2014).</li>
<li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+Compatibility+of+Poly%28dimethylsiloxane%29-Based+Microfluidic+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices.</a> Analytical Chemistry. 75 (23), 6544-6554 (2003).</li>
<li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+PIV+Algorithm+for+Estimating+Time-Averaged+Velocity+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+Engineering%22%5BJournal%5D)">A PIV Algorithm for Estimating Time-Averaged Velocity Fields.</a> Journal of Fluids Engineering. 122 (2), 285(2000).</li>
<li>Bosbach, J., Kühn, M., Wagner, C., Raffel, M., Resagk, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-Scale+Particle+Image+Velocimetry+of+Natural+and+Mixed+Convection%5BTitle%5D)+AND+%2213th+Int+Symp+on+Applications+of+Laser+Techniques+to+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Large-Scale Particle Image Velocimetry of Natural and Mixed Convection.</a> 13th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. , (2006).</li>
<li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PIV+measurements+of+a+microchannel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Experiments in Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li>
<li>Lima, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+blood+flow+in+a+rectangular+PDMS+microchannel%3A+experimental+observations+using+a+confocal+micro-PIV+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">In vitro blood flow in a rectangular PDMS microchannel: experimental observations using a confocal micro-PIV system.</a> Biomedical Microdevices. 10 (2), 153-167 (2008).</li>
<li>Kuo, C. -C., Mao, R. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Precision+Surface+Polishing+System+for+Parts+Fabricated+by+Fused+Deposition+Modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+and+Manufacturing+Processes%22%5BJournal%5D)">Development of a Precision Surface Polishing System for Parts Fabricated by Fused Deposition Modeling.</a> Materials and Manufacturing Processes. 31 (8), 1113-1118 (2016).</li>
<li>Kang, K., Oh, S., Yi, H., Han, S., Hwang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+truly+3D+microfluidic+channel+using+3D-printed+soluble+mold%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Fabrication of truly 3D microfluidic channel using 3D-printed soluble mold.</a> Biomicrofluidics. 12 (1), 014105(2018).</li>
<li>Prasad, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+Image+Velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Science%22%5BJournal%5D)">Particle Image Velocimetry.</a> Current Science. 79 (1), 51-60 (2000).</li>
<li>Dellenback, P. A., Macharivilakathu, J., Pierce, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast-enhancement+techniques+for+particle-image+velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Contrast-enhancement techniques for particle-image velocimetry.</a> Applied Optics. 39 (32), 5978-5990 (2000).</li>
<li>Cowen, E. A., Monismith, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hybrid+digital+particle+tracking+velocimetry+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">A hybrid digital particle tracking velocimetry technique.</a> Experiments in Fluids. 22 (3), 199-211 (1997).</li>
<li>Gruen, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+least+squares+correlation%3A+a+powerful+image+matching+technique%5BTitle%5D)+AND+%22South+African+Journal+of+Photogrammetry%2C+Remote+Sensing+and+Cartography%22%5BJournal%5D)">Adaptive least squares correlation: a powerful image matching technique.</a> South African Journal of Photogrammetry, Remote Sensing and Cartography. 14 (3), 175-187 (1985).</li>
<li>Nogueira, J., Lecuona, A., Rodríguez, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Data+validation%2C+false+vectors+correction+and+derived+magnitudes+calculation+on+PIV+data%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Data validation, false vectors correction and derived magnitudes calculation on PIV data.</a> Measurement Science and Technology. 8 (12), 1493-1501 (1997).</li>
<li>Loudon, C., Tordesillas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Use+of+the+Dimensionless+Womersley+Number+to+Characterize+the+Unsteady+Nature+of+Internal+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">The Use of the Dimensionless Womersley Number to Characterize the Unsteady Nature of Internal Flow.</a> Journal of Theoretical Biology. 191 (1), 63-78 (1998).</li>
<li>Drost, S., De Kruif, B. J., Newport, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arduino+control+of+a+pulsatile+flow+rig%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Arduino control of a pulsatile flow rig.</a> Medical Engineering and Physics. 51, 67-71 (2017).</li>
<li>Tsai, W., Savaş, Ö <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+pumping+system+for+physiological+waveforms%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+%26+Biological+Engineering+%26+Computing%22%5BJournal%5D)">Flow pumping system for physiological waveforms.</a> Medical & Biological Engineering & Computing. 48 (2), 197-201 (2010).</li>
<li>Kato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast-enhanced+2D+cine+phase+MR+angiography+for+measurement+of+basilar+artery+blood+flow+in+posterior+circulation+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">Contrast-enhanced 2D cine phase MR angiography for measurement of basilar artery blood flow in posterior circulation ischemia.</a> American Journal of Neuroradiology. 23 (8), 1346-1351 (2002).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te verklaren.

Het protocol beschreven hierin schetst een vereenvoudigde methode voor het uitvoeren van PIV studies om te visualiseren neurovasculaire op fysiologisch relevante afmetingen en stroom voorwaarden in vitro stroomt. Daarbij, dient het ter aanvulling van de protocollen die zijn gemeld door anderen en die ook gericht hebben op het vereenvoudigen van de kwantificering van vectorvelden, maar in zeer verschillende contexten die vereisen dat de behandeling van veel grotere lengte schalen25 of lage...

PIV wordt het veel gebruikt in de experimentele stromingsleer voor stroom visualisatie en kwantitatieve onderzoeken van vloeiende bewegingen die in lengte schaal van atmosferische tot microcirculatory stromen1,2,3 variëren. Hoewel de specifieke kenmerken van de uitvoering ervan zo breed als de toepassingen variëren kunnen, is een aspect gemeen hebben bijna alle PIV studies het gebruik van video beeldvorming van tracer deeltjes uitgezaaid binnen het werkmedium, gevolgd door een paarsgewijse analyse van opeenvolgende afbeeldingsframes uitpakken van gewenste flow eigenschappen. Meestal is dit bereikt door het eerste controledoeleinden elk frame van de afbeelding in kleinere regio's ondervraging windows genoemd. Als gevolg van de willekeurige posities van de verspreide deeltjes bevat elke ondervraging venster een unieke verdeling van pixel intensiteiten. Als het venster grootte en gegevens verwerving tarief geschikt zijn gekozen, kan cross-correlatie van het signaal van de intensiteit in elk venster worden gebruikt om te schatten de gemiddelde verplaatsing binnen dat gebied. Ten slotte, gezien het feit dat de vergroting en de framesnelheid bekend zijn experimentele parameters, een vectorveld momentane snelheid kan worden gemakkelijk berekend.
Een groot voordeel van PIV over één-punt meettechnieken is haar vermogen om de kaart van vectorvelden binnen een domein op twee - of drie - dimensional. Hemodynamische toepassingen, met name baat hebben gehad bij deze mogelijkheid, aangezien hierdoor een grondig onderzoek van lokale stromen, waarvan bekend is dat een belangrijke rol spelen bij vaatziekten of het remodelleren (b.v., atherosclerose, angiogenese) 4 , 5 , 6. is dit ook het geval voor de evaluatie van neurovasculaire stromen geweest, en de interacties daarvan met endovasculaire apparaten (bijvoorbeeldstroom omleiders, stents, intrasaccular spoelen), sinds de relevante lengte-schalen in dergelijke toepassingen kunnen vaak omvatten een of meer ordes van grootte (b.v.van micrometer en millimeter), en apparaat geometrie en plaatsing kan beduidend beïnvloeden de lokale stromingsleer7.
De meeste groepen in orkestdirectie PIV gebaseerde hemodynamische hebben vertrouwd op experimentele set-ups die enkele van de vroegste onderzoeken van stent invloed vasculaire stroom7,en8nauw na te bootsen. Meestal deze omvatten een) gepulseerde lasers en high-speed camera's, om vast te leggen hoge-snelheid stromen; b) synchronisatieprocessen, om te voorkomen dat aliasing tussen de frequentie van de pols van de laser en de camera acquisitie framesnelheid; c) cilindrische optica, te vormen van een lichte blad, dus het minimaliseren van de fluorescentie van de achtergrond van tracer deeltjes boven en beneden de ondervraging vlak; d) in het geval van de commerciële kant en klare systemen, propriëtaire softwarepakketten, de cross-correlatie-analyses uitvoeren. Nochtans, terwijl sommige toepassingen vereisen de prestaties en/of de veelzijdigheid collectief die worden geboden door deze onderdelen, vele anderen dat niet doen. Bovendien, de hoge kosten van commercieel geproduceerde weefsel fantomen die gewenste vasculaire structuren recapituleren kunnen ook blijken beperken voor veel in vitro studies, met name voor spoken met beschikt over die brug het MESOSCHAAL regime (> 500 USD / "Phantom"). Hierin, rapporteren we de ontwikkeling van een vereenvoudigde protocol voor de uitvoering van PIV voor de visualisatie in vitro van neurovasculaire stromen, die meestal beide ruimtelijk liggen en stoffelijk binnen het MESOSCHAAL regime (dat wil zeggen, lengte schalen variërend van submillimeter millimeter, en snelheden tot tientallen millimeters/seconde). Het protocol beoogt aan hefboomwerking de middelen reeds ter beschikking van vele bioengineering onderzoekers, dus het verlagen van de toetredingsdrempel voor nonexperts.
Het eerste element van dit protocol omvat het gebruik van een techniek gieten investering om de eigen fabricage van transparante, Polydimethylsiloxaan (PDMS)-op basis van weefsel spoken van opofferende mallen 3-d-3-d-afgedrukt. Door de toenemende beschikbaarheid van 3D-printers in de afgelopen jaren, met name die in gedeelde/multi-eindgebruiker voorzieningen (bijvoorbeeld, institutionele voorzieningen of openbare makerspaces), deze methode verlaagt kosten aanzienlijk (bijvoorbeeld< 100 USD/phantom in de hier voorgelegde geval), terwijl het toelaten van een snelle ommekeer voor de fabricage van een grote verscheidenheid van ontwerpen en geometrieën. In het huidige protocol, een fused deposition modeling systeem wordt gebruikt met acrylonitril butadieen styreen (ABS) als het bouwmateriaal, en het afgedrukte gedeelte fungeert als een offer mal voor het latere phantom gieten. Onze ervaring is gebleken dat ABS geschikt voor dergelijk gebruik, is aangezien het is oplosbaar in gemeenschappelijke oplosmiddelen (bijv., aceton), en het heeft voldoende sterkte en stijfheid aan schimmel integriteit behouden na de verwijdering van het dragermateriaal (b.v., om voorkomen dat de vervorming of breuk van het verkleinwoord schimmel functies). In het huidige protocol, wordt schimmel integriteit verder verzekerd met behulp van solide gedrukte modellen, hoewel dit ten koste van de toegenomen ontbinding tijd gaat. Het gebruik van holle modellen ook mogelijk in sommige gevallen, te verbeteren oplosmiddel toegang en dus ontbinding tijd te verminderen. Echter zorgvuldig moet worden overwogen om het effect dit kan hebben op de integriteit van de schimmel. Tot slot, terwijl de fantomen vervaardigd hierin zijn gebaseerd op geïdealiseerde voorstellingen van neurovasculaire structuren gegenereerd met behulp van een gemeenschappelijke computer aided design (CAD)-softwarepakket, het protocol zal naar verwachting worden vatbaar voor de fabricage van meer complexe , patiënt-specifieke geometrieën evenals (bijvoorbeeld via het gebruik van model-bestanden gegenereerd door de conversie van de klinische beeldvorming gegevens aan de. STL bestandsindeling die wordt gebruikt door de meeste 3D-printers). Verdere details met betrekking tot de phantom Productie-procédé vindt u in sectie 2 van het protocol.
Het tweede element van het protocol omvat het gebruik van een open-source plug-in voor ImageJ uit te voeren van de cross-correlatie analyse9. Dit is in combinatie met de uitvoering van een eenvoudige statistische drempelmethode actie (dat wil zeggen, intensiteit aftopping)10 ter verbetering van het signaal van de afbeelding voorafgaand aan cross-correlatie, evenals een postcorrelation vector validatie regeling, de genormaliseerde mediane test (NMT), aan het elimineren van valse vectoren door middel van een vergelijking van elk naar de dichtstbijzijnde buren11. Collectief, hierdoor imaging om te worden uitgevoerd met apparatuur die gewoonlijk worden aangetroffen in veel bioengineering laboratoria, waardoor de noodzaak voor de verwerving van veel van de dure onderdelen van typische PIV-systemen (bijv., gepulste laser, de synchronisatieroutine cilindrische optica en private software). Nadere details betreffende de videocollectie beeldverwerking en de gegevensanalyse vindt u in de paragrafen 5 en 6 van het protocol.
Figuur 1 illustreert de PIV set-up gebruikt in dit protocol, die op een fluorescentie Microscoop uitgerust met een high-speed camera berust voor imaging, evenals een externe, continu wit-lichtbron (d.w.z., HQI-lamp) voor via-doelstelling volumetrische verlichting. Een veranderlijk-snelheid versnelling pomp wordt gebruikt om de recirculatie stroom van een oplossing van de transparante mock bloed via de neurovasculaire weefsel phantoms opleggen. De oplossing bestaat uit een 60:40 mengsel van gedeïoniseerd water (DI) en glycerol, die een gemeenschappelijk substituut voor bloed in hemodynamische12,13,14, wegens bestudeert een) zijn soortgelijke dichtheid en viscositeit (dat wil zeggen, 1.080 kg/m3 en 3.5 cP vs. 1.050 kg/m3 en 3-5 cP voor bloed)15,16; b) de transparantie in het zichtbare bereik; c) zijn soortgelijke brekingsindex als PDMS (1.38 vs. 1.42 voor PDMS)17,18,19,20, die minimaliseert van optische vervorming; d) het gemak waarmee niet-Newtoniaanse gedrag komen kan, indien nodig, via de toevoeging van xanthane21. Ten slotte, fluorescerende polystyreen parels worden gebruikt als tracer deeltjes (10.3 µm in diameter; 480 nm/501 nm excitatie/emissie). Terwijl neutraal drijfvermogen kralen gewenst zijn, kan sourcing tracer deeltjes met optimale vloeistof mechanische eigenschappen (zoalsdichtheid, grootte, samenstelling) en emissie golflengte uitdagende bewijzen. Bijvoorbeeld, zijn de kralen gebruikt hierin iets minder dicht dan de oplossing van glycerol (1.050 kg/m3 vs. 1.080 kg/m3). De hydrodynamische effecten, daarvan, zijn echter te verwaarlozen, gezien het feit dat de duur van een typisch experiment veel korter dan de tijdschaal drijfvermogen effecten gekoppeld is (dat wil zeggen, 5 min en 20 min, respectievelijk). Verdere details met betrekking tot de mock bloed oplossing formuleren en in vitro circulatory system set-up vindt u in de afdelingen 3 en 4 van het protocol.

<table><tbody><tr><td>Solidworks 2015</td><td>Dassault Systems</td><td>N/A</td><td>CAD Software&nbsp;</td></tr><tr><td>Dow Corning Sylgard 184 Kit</td><td>Ellsworth Adhesive</td><td>184 SIL ELAST KIT 3.9KG</td><td>PDMS Kit</td></tr><tr><td>Stratasys Dimension Elite</td><td>Stratasys</td><td>9180-00105</td><td>3D printer</td></tr><tr><td>P430 Model Material Cartridge</td><td>Stratasys</td><td>340-21202</td><td>ABS build material&nbsp;</td></tr><tr><td>P400 SR Soluble Support Material Cartridge</td><td>Stratasys</td><td>340-30200</td><td>Support material</td></tr><tr><td>CleanStation DT3</td><td>PM3 Technologies</td><td>00-00300R</td><td>Base bath</td></tr><tr><td>Lindberg Blue M LGO Box Furnace&nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>LB305745M</td><td>Oven</td></tr><tr><td>21G BD PrecisionGlide Needle</td><td>Betcon Dickenson</td><td>BD 305167</td><td>Branching perforator mold segment</td></tr><tr><td>Desiccator (Vacuum)</td><td>Polylab</td><td>55205</td><td>Desiccator</td></tr><tr><td>Branson 1800 Utrasonic Cleaning</td><td>Branson</td><td>CPX-952-116R</td><td>Sonicator</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Chemical</td><td>A9494</td><td>Acetone</td></tr><tr><td>Isopropol Alcohol</td><td>Fisher Chemical</td><td>A4514</td><td>Isopropol Alcohol</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Fisher Chemical</td><td>GW33500</td><td>Glycerol</td></tr><tr><td>10um Polystyrene Yellow-Green Fluorescent Particles</td><td>Magsphere</td><td>PSF-010UM</td><td>Fluorescent beads</td></tr><tr><td>Phantom Miro&nbsp;</td><td>Vision Research</td><td>Miro M310</td><td>High speed camera</td></tr><tr><td>Micropump</td><td>Cole-Parmer</td><td>81101</td><td>Recirculating pump</td></tr><tr><td>Leica DM2000</td><td>Leica Microsystems</td><td>DM2000</td><td>Fluorescent Microscope</td></tr><tr><td>Leica 10X Objective</td><td>Leica Microsystems</td><td>506259</td><td>Objective for perforator</td></tr><tr><td>Leica 2.5X Objective</td><td>Leica Microsystems</td><td>11506083</td><td>Objective aneurysm sac</td></tr><tr><td>Leica Blue Filter Cube L5</td><td>Leica Microsystems</td><td>513840</td><td>Blue filter cube</td></tr><tr><td>Leica EL6000</td><td>Leica Microsystems</td><td>11504115</td><td>Light source</td></tr><tr><td>Alconox</td><td>Alconox Inc</td><td>1104-1</td><td>Detergent</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>NIH</td><td>N/A</td><td>Open source image analysis software https://imagej.nih.gov/ij/</td></tr><tr><td>Particle Image Velocimetry PIV Plugin</td><td>Qingson Tseng</td><td>N/A</td><td>https://sites.google.com/site/qingzongtseng/piv</td></tr></tbody></table>

meso-schaal particle image velocimetry studies van neurovasculaire stroomt in vitro

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

Particle image velocimetry (PIV) wordt gebruikt in een breed scala aan velden, als gevolg van de mogelijkheid die het voorziet juist visualiseren en kwantificeren van stromen in een heel grote Spatio scala. Echter vereist de uitvoering ervan meestal het gebruik van dure en gespecialiseerde instrumentatie, waardoor het nut van ervan breder wordt beperkt. Bovendien, op het gebied van de studierichtingen Bio-ingenieur, in vitro stroom visualisatie studies zijn ook vaak verder beperkt door de hoge kosten van commercieel geproduceerde weefsel fantomen die gewenste anatomische structuren, met name voor degenen recapituleren die span het MESOSCHAAL regime (dat wil zeggen, submillimeter naar millimeter lengte schalen). Hierin presenteren wij een vereenvoudigde experimenteel protocol ontwikkeld voor het pakken van deze beperkingen, de belangrijkste elementen van die 1) een relatief goedkope methode voor het fabriceren van MESOSCHAAL weefsel phantoms met behulp van 3D-printen en siliconen gieten bevatten, en 2) een open-source image analyse en verwerking kader dat de aanvraag van de instrumentatie vermindert voor het meten van MESOSCHAAL stromen (d.w.z., snelheden tot tientallen millimeters/seconde). Collectief, verlaagt dit de toetredingsdrempel voor nonexperts, door gebruik te maken van middelen reeds ter beschikking van vele bioengineering onderzoekers. We demonstratethe toepasselijkheid van dit protocol binnen de context van de karakterisering van de stroom van de neurovasculaire; echter naar verwachting relevant zijn voor een breder scala van toepassingen van de MESOSCHAAL in de studierichtingen Bio-ingenieur en daarbuiten.

Figuur 2 illustreert het PDMS weefsel phantom fabricageproces. De spoken ontworpen hierin zijn bedoeld voor de studie van de stroming in de geïdealiseerde wide Rondbodemkolf, saccular, intracraniële aneurysmata, evenals proximale vertakkende perforator slagaders. Belangrijke extra ontwerp functies omvatten 1) een gemeenschappelijk reservoir dat alle vaartuigen afwateren in, om onbelemmerd vloeistof uitgang uit de musical The phantom - anders, druppel vorming ...

Hier presenteren we vereenvoudigde methoden voor het fabriceren van transparante neurovasculaire fantomen en daarin het karakteriseren van de stroom. Wij wijzen op verschillende belangrijke parameters en tonen hun relatie tot veld nauwkeurigheid.

Meso-schaal Particle Image Velocimetry Studies van neurovasculaire stroomt In Vitro

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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van bio-engineering, met name die met betrekking tot hemodynamica en hun interacties met intervasculaire apparaten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het gebruik maakt van apparatuur die al in de meeste bio-engineering laboratoria en dit kan helpen verminderen de barrière voor binnenkomst voor niet-deskundigen. Meng de PDMS prepolymeer basis in uithardingsmiddel in een 10 tot 1 verhouding in gewicht.Een mengsel van 66 gram biedt voldoende materiaal voor de fabricage van fantomen met volumes tot 50 kubieke centimeter. Plaats het mengsel in een vacuüm desiccator gedurende 60 minuten te ontgasseren en het minimaliseren van de bel beknelling. Gebruik cyclische drukdruk om bellenbreuk te vergemakkelijken.Voor het uitvoeren van gieten monteren van de gedrukte ABS malplaat op een glazen glijbaan met behulp van spuitverf om de interface te verzegelen. Giet voorzichtig het PDMS mengsel in de mal terwijl het proberen om bubble beknelling te minimaliseren. Slepende bellen kunnen handmatig worden gescheurd met behulp van een naald.Genees het giettoom minstens 24 uur op kamertemperatuur. Een container kan worden gebruikt om ervoor te zorgen dat stof zich niet op het fantoom nestelt tijdens het uitharden. Los het ABS op door het fantoom onder te dompelen in aceton om demolding uit te voeren.Sonicate gedurende ten minste 15 minuten met behulp van bevoegdheden tot 70 watt. Spoel het fantoom grondig af met isopropylalcohol en vervolgens gedeïnoniseerd water om oplosmiddelresten te verwijderen. Met behulp van een optische microscoop met een bijgevoegde camera in beeldopnamesoftware, leg een beeld van een kritieke functie binnen het fantoom vast onder een vergroting die de functie binnen het gezichtsveld maximaliseert.Leg een afbeelding vast van een geschikte kalibratie-reticle met dezelfde vergroting. Laad beide afbeeldingen in ImageJ door ze naar de werkbalk te slepen. Klik op de afbeelding van het kalibratiereticle om deze actief te maken en selecteer vervolgens het lijngereedschap.Teken met de muis een lijn langs een kenmerk van een bekende afstand en selecteer analyseren. Schaal instellen in het menu ImageJ. Voer de lengte van de functie in het veld met het label bekende afstand en de eenheid ervan in het veld met het label lengte-eenheid in.Schakel het vakje met het label globaal label in om deze kalibratiefactor toe te passen op alle geopende afbeeldingen. Maak het beeld van de phantom kritische functie actief en gebruik het lijngereedschap om een lijn te tekenen langs een kenmerk van belang. In het menu ImageJ selecteren analyseren, meten om de lengte van de lijn te meten.Vergelijk de verwachte waarde met de waarde in de kolom gemarkeerde lengte in het resultatenvenster om fantoomgetrouwheid te bevestigen. Om de mock bloed oplossing mix gedeïsized water en glycerol in een 60 tot 40 verhouding in volume. Voeg een milliliter van 2,5% fluorescerende polystyreen kraal oplossing aan de mock bloed oplossing, dan homogeniseren het mengsel op een magnetische roerplaat bij 400 rpm gedurende 10 minuten.Voer de in vitro-bloedsomloopinstelling uit zoals beschreven in het tekstprotocol. Bepaal de kalibratieverhouding voor de videobeeldvorming zoals voorheen. Een acryl plaat kan worden geplaatst over de microscoop stadium voor het plaatsen van de PDMS fantoom om de microscoop te beschermen tegen onbedoelde morsen.Om het apparaat in te stellen, plaatst u het PDMS-fantoom op het podium van de fluorescentiemicroscoop. Sluit het fantoom aan op de tandwielpomp en introduceer de mock bloedoplossing. Stel de pompmotorregelaar in voor de gewenste debiet op basis van de pompkalibratiecurve.Voer de pomp gedurende een tot vijf minuten voorafgaand aan het experiment om steady state voorwaarden te garanderen. Als kraal steken wordt waargenomen na een experiment, sonicate het fantoom in een waterige wasmiddel oplossing met behulp van bevoegdheden tot 70 watt. Netheid van het model is ook van cruciaal belang voor vector veld trouw als kralen vast aan het oppervlak van het fantoom zal resulteren in ondervraging ramen met nul verplaatsing.Als u afbeeldingsverwerking wilt uitvoeren, sleept u het AVI-bestand opslaan naar het ImageJ-venster om het te importeren. Selecteer het vak gemarkeerd met converteren naar grijze schaal. In het menu ImageJ selecteer analyseren, genereren histogram om een histogram van beeld pixel intensiteiten te genereren.Let op de gemiddelde en standaarddeviatie voor de onbewerkte afbeelding. Selecteer in het menu ImageJ de afbeelding om de helderheid en het contrast aan te passen om een contrastfilter voor helderheid toe te passen. Klik in het menu helderheid en contrast op de knop instellen om de afbeeldingslimieten te definiëren.Stel de minimumwaarde in op de gemiddelde waarde plus één standaarddeviatie en de maximale waarde op de maximale intensiteit van de afbeelding. Selecteer in het menu ImageJ proces, ruis, despeckle om het aantal verzadigde pixels te verminderen. Selecteer vervolgens proces, filters, gaussian blur met een straal van 1,5.Dit vermindert artefacten die voortvloeien uit de occasionele verwijdering van verlichte pixels in een 3x3 buurt door de voorafgaande verachting operatie. Klik op het gereedschap veelhoek en klik vervolgens op de afbeelding om het interessegebied te schetsen. Selecteer bewerken in het ImageJ-menu, duidelijk buiten om sensorruis te verwijderen op plaatsen waar geen signaal wordt verwacht dat de algehele signaal-ruisverhouding kan verminderen.Ga naar gegevensanalyse zoals beschreven in het tekstprotocol. Hier is het voltooide fantoom gemarkeerd met afmetingen evenals het deeltjesbeeld velocimetrie of PIV regio van belang. Deze figuur toont beeldintensiteit contour percelen en oppervlakte percelen als gevolg van fluorescerende kralen in de perforator slagader tijdens video-opname.Dit toont de verbetering van de signaal-ruisverhouding aan nadat de intensiteitstopping is uitgevoerd. Hier worden de resulterende vectorvelden weergegeven die op ruwe video zijn verkregen, na het afdekken van de intensiteit en vervolgens opnieuw nadat het met intensiteit bedekte vectorveld is gevalideerd met behulp van de genormaliseerde mediane test. Naarmate nabewerkings- en vectorvalidatietechnieken worden toegepast, wordt het vectorveld uniformer en lijkt het meer op het verwachte profiel voor stroom in een cirkelvormig kanaal.Tijdens een poging tot deze procedure is het belangrijk om te focussen op het minimaliseren van het geluid in het verkregen signaal zelf. Hoewel dit protocol softwaregebaseerde technieken schetst om deze afwijkingen te beperken, moet bij elke stap voorzichtig worden om het optreden ervan te verminderen. Vergeet niet dat het werken met aceton zeer gevaarlijk kan zijn en je moet altijd persoonlijke beschermingsmiddelen dragen en werken onder een rookkap uit de buurt van ontstekingsbronnen tijdens het uitvoeren van deze procedure.

meso-scale-particle-image-velocimetry-studies-neurovascular-flows

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Intravitale microscopie om temporele en ruimtelijke hemodynamische en inflammatoire gebeurtenissen in de pial microcirculatie te volgen.

Intravitale Microscopie van de hersenen van muizen microcirculatie met behulp van een gesloten Cranial Window

Micro-stromingsvisualisatie (μPIV) wordt gebruikt om gepaarde beelden microdeeltjes uitgezet in bloedstromen die kruis-gecorreleerde een accurate snelheidsprofiel geven visualiseren. Afschuifsnelheid, maximale snelheid, snelheid profielvorm en debiet, die elk klinische toepassingen kan worden afgeleid uit deze metingen.

Micro-stromingsvisualisatie voor Velocity Profiel Metingen van Micro Blood Flows

Intravitale microscopie kan bij dieren worden gebruikt om retinale vaatdiameters, bloedstroomsnelheden en totale retinale bloedstroom te visualiseren en te meten.

Intravitale Video Microscopie Metingen van retinale bloedstroom in Muizen

Een grafische user interface voor het verkennen van en het delen van een database van optogenetically-geïnduceerde vasculaire reacties in muis Somatosensorische cortex in vivo gemeten door 2-foton microscopie wordt gepresenteerd. Het laat doorbladeren van de gegevens, criteria gebaseerde selectie, gemiddeld, lokalisatie van metingen in een 3D-volume van therapieën en exporteren van de gegevens.

Neurovasculaire netwerk Explorer 2.0: Een eenvoudig hulpmiddel voor het verkennen van en het delen van een Database van Optogenetically opgeroepen Vasomotion in muis Cortex In Vivo

Om de microvasculaire stroom te kwantificeren uit hoge snelheid capillaire flow beeld sequenties, ontwikkelden we medewerkers (ruimtelijke temporele analyse van Fieldwise flow) software. In het volledige afbeeldingsveld en na verloop van tijd evalueert het personeel stroomsnelheden en genereert het een reeks ruimtelijke kaarten met kleurcodering voor visualisatie en tabellaire uitvoer voor kwantitatieve analyses.

Ruimtelijke temporele analyse van Fieldwise flow in Microvasculatuur

Dit protocol presenteert stappen om fluorescerende calciumbeelden van hersenverwarmende pericyten en bloedstroomgegevens van nabijgelegen bloedvaten in verdoofde muizen te verkrijgen en te analyseren. Deze technieken zijn nuttig voor studies van de fysiologie van muurschilderingscellen en kunnen worden aangepast om calciumtransiënten in elk celtype te onderzoeken.

Pericytencalcium en hemodynamische beeldvorming in de hersenen bij transgene muizen in vivo

We presenteren een niet-invasieve ultrasone techniek voor het genereren van driedimensionale angiografieën in het oog zonder het gebruik van contrastmiddelen.

Diepe vasculaire beeldvorming in het oog met flow-enhanced echografie

Het huidige protocol beschrijft deeltjesbeeld velocimetrie (PIV) metingen die worden uitgevoerd om de sinusstroom door de in vitro opstelling van de transkatheter aortaklep (TAV) te onderzoeken. De hemodynamische parameters op basis van snelheid worden ook bepaald.

Deeltjesbeeld Velocimetrie Onderzoek van hemodynamiek via aortafantoom

Om de cerebrale bloedstroomregulatie in vivo te bestuderen, zijn traditionele farmacologische methoden invasief en beschadigen ze vaak de schedel, dura en leptomeninges. In dit werk hebben we een minimaal invasieve techniek ontwikkeld die nano-injectorgeleide intracisternale magna (ICM) injectie combineert met beeldvorming met laserspikkelcontrast, waardoor de integriteit van de schedel en leptomeninges behouden blijft.

Gepaarde Cisterna Magna-nano-injectie en laserspikkelcontrastbeeldvormingstest om cerebrale bloedstroomregulatie in vivo te bestuderen

Dit protocol introduceert een snelle methode voor kwantitatieve driedimensionale vasculaire beeldvorming op de hele berg met behulp van light-sheet fluorescentiemicroscopie. De werkzaamheid van de methode wordt aangetoond met behulp van het faryngeale boogslagadersysteem van het kuikenembryomodel, waarbij hemodynamische krachten worden gekwantificeerd via computationele vloeistofdynamica.

Snelle beeldvorming met hoge resolutie van de hele berg van het vaatstelsel van kleine dieren voor kwantitatieve studies

Dit protocol bevat een grondige beschrijving van een stapsgewijze aanpak voor een chronisch craniaal venster- en microvasculaire emboliemodel van een muismodel, geoptimaliseerd voor in vivo tweefotonmicroscopie met fluorescerende polystyreenmicrosferen.

Microvasculaire embolisme Muizenmodel voor in vivo tweefotonmicroscopie met fluorescerende polystyreenmicrosferen

Ontdek vereenvoudigde methoden voor het fabriceren van transparante neurovasculaire fantomen en het karakteriseren van stromingsdynamiek met behulp van PDMS en PIV-technieken. Deze toegankelijke aanpak verlaagt drempels voor niet-experts in bio-engineering.

Meso-schaal Particle Image Velocimetry Studies van neurovasculaire stroomt In Vitro

Meer video's verkennen