Artykuł metodologiczny

Eksperymentalne badanie wtórnych struktur przepływu za modelowym uszkodzeniem stentu typu IV w odcinku testowym tętnicy zakrzywionej pod kątem 180°

DOI:

10.3791/51288

⸱

19 lipca 2016

 , 
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, The George Washington University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Implanty stentów w zwężonych krzywiznach tętnic są podatne na awarie "typu IV" polegające na całkowitym złamaniu poprzecznym stentów i liniowym przemieszczeniu złamanych części. Przedstawiamy protokół wykrywania struktur przepływu wtórnego (wirowego) w modelu tętnicy zakrzywionej, po klinicznie istotnych awariach stentów "typu IV".

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sieć tętnicza w ludzkim układzie krwionośnym składa się z wszechobecnych naczyń krwionośnych o skomplikowanej geometrii (rozgałęzienia, krzywizny i krętości). Wtórne struktury przepływu to wirowe wzorce przepływu, które występują w zakrzywionych tętnicach w wyniku połączonego działania sił odśrodkowych, niekorzystnych gradientów ciśnienia i charakterystyki dopływu. Na takie morfologie przepływu duży wpływ ma pulsatywność i wielokrotne harmoniczne fizjologicznych warunków dopływu i różnią się znacznie pod względem charakterystyki wielkości, siły i kształtu w porównaniu z przepływami niefizjologicznymi (stałymi i oscylacyjnymi) 1 - 7.

Wtórne struktury przepływu mogą ostatecznie wpływać na naprężenie ścinające ścianę i czas ekspozycji cząstek krwiopochodnych na postęp miażdżycy, restenozy, uwrażliwienia płytek krwi i zakrzepicy 4 - 6, 8 - 13. W związku z tym zdolność do wykrywania i charakteryzowania tych struktur w warunkach kontrolowanych laboratoryjnie jest prekursorem do dalszych badań klinicznych.

Częstym chirurgicznym leczeniem miażdżycy jest implantacja stentu, aby otworzyć zwężone tętnice dla niezakłóconego przepływu krwi. Jednak towarzyszące im zaburzenia przepływu spowodowane instalacjami stentów skutkują wieloskalowymi morfologiami przepływu wtórnego 4 - 6. Stopniowo wyższe złożoność, takie jak asymetria i utrata koherencji, może być wywołana przez wynikające z tego awarie stentów w stosunku do tych pod niezakłóconymi przepływami 5. Te awarie stentów zostały sklasyfikowane jako "typy od I do IV" w oparciu o rozważania dotyczące niepowodzenia i ciężkości klinicznej 14.

To badanie przedstawia protokół eksperymentalnego badania złożonych struktur przepływu wtórnego spowodowanych całkowitym złamaniem poprzecznym stentu i liniowym przemieszczeniem złamanych części ("Typ IV") w modelu zakrzywionej tętnicy. Metoda eksperymentalna polega na zastosowaniu technik szybkości obrazowania cząstek (2C-2D PIV) z archetypowym kształtem fali napływu tętnicy szyjnej, płynem roboczym dopasowanym do współczynnika załamania światła dopasowanym do krwi do pomiarów uśrednionych fazowo 15 - 18. Ilościową identyfikację wtórnych struktur przepływu osiągnięto przy użyciu koncepcji fizyki przepływu, teorii punktu krytycznego i nowatorskiego algorytmu transformacji falkowej zastosowanego do eksperymentalnych danych PIV 5, 6, 19 - 26.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Drugorzędne struktury przepływu to wirowe wzorce przepływu, które występują w wewnętrznych geometriach przepływu z krzywiznami, takimi jak zakrzywione rury i kanały. Te struktury wirowe powstają w wyniku połączonego działania sił odśrodkowych, niekorzystnych gradientów ciśnienia i charakterystyki dopływu. Ogólnie rzecz biorąc, wtórne struktury przepływowe pojawiają się w płaskich przekrojach zakrzywionych rur jako symetryczne wiry typu Deana przy stałym dopływie oraz symetryczne wiry typu Dean i Lyne'a w warunkach przepływu oscylacyjnego 1 - 3. Na morfologie przepływu wtórnego duży wpływ ma pulsatywność i wielokrotne harmoniczne pulacyjnych, fizjologicznych warunków napływu. Struktury te uzyskują wyraźnie różne cechy wielkości, siły i kształtu w porównaniu z przepływami niefizjologicznymi (stałymi i oscylacyjnymi) 1 - 6. Na rozwój zmian miażdżycowych w tętnicach ma wpływ występowanie oscylacji ścinania o wysokiej częstotliwości w regionach o niskim średnim ścinaniu 27, 28. Wtórne struktury przepływu mogą wpływać na postęp chorób, takich jak miażdżyca, i ewentualnie pośredniczyć w odpowiedzi śródbłonka spowodowanej pulsacyjnym przepływem krwi poprzez zmianę naprężeń ścinających ścianę i czasu ekspozycji cząstek przenoszonych przez krew.

Powszechnym sposobem leczenia miażdżycy, powikłania powodującego zwężenie tętnic przez zmiany obturacyjne, jest wszczepienie stentów. Złamania stentu to uszkodzenia strukturalne wszczepionych stentów, które prowadzą do dalszych powikłań medycznych, takich jak restenoza w stencie (ISR), zakrzepica stentu i powstawanie tętniaków 9 - 13. Złamania stentu zostały podzielone na różne rodzaje uszkodzeń "Typy od I do IV", przy czym "Typ IV" charakteryzuje się najwyższym nasileniem klinicznym i jest definiowany jako całkowite złamanie poprzeczne rozpórek stentu wraz z liniowymi przemieszczeniami fragmentów stentu 14. Protokół przedstawiony w tym badaniu opisuje eksperymentalną metodę wizualizacji wtórnych struktur przepływu po wyidealizowanym złamaniu stentu "typu IV" w zakrzywionym modelu tętnicy.

Proponowany protokół ma następujące cztery zasadnicze cechy:

Projektowanie i produkcja modeli stentów na skalę laboratoryjną: Geometryczny opis stentów może być powiązany z zestawem samorozprężalnych spiral (sprężyn lub helis) splecionych za pomocą drutów nitinolowych (stop niklu i tytanu) 29. Długość stentu i średnica jego rozpórki zależą od skali długości zmian tętniczych napotkanych podczas implantacji klinicznej 5. Parametryczna zmienność średnicy rozpórki i wzrost uzwojenia (lub skoku) prowadzi do powstawania stentów o różnych konfiguracjach geometrycznych. Podsumowanie parametrów konstrukcyjnych stentu wybranych do druku 3D przedstawiono w tabeli 1.

Przygotowanie analogu krwi do płynu roboczego dopasowanego do kinematycznej lepkości krwi i współczynnika załamania światła badanego odcinka: Dostęp optyczny do odcinka testowego zakrzywionej tętnicy jest wymagany w celu wykonania nieinwazyjnych pomiarów prędkości. W związku z tym do uzyskania dokładnych pomiarów przepływu krwi stosuje się newtonowski płyn roboczy naśladujący krew o współczynniku załamania światła modelu naczyniowego i najlepiej o lepkości dynamicznej, odpowiadającej ludzkiej krwi 16 - 18, 30. Płyn roboczy użyty w tym badaniu został opisany przez Deutsch i wsp. (2006), który składał się z 79% nasyconego wodnego roztworu jodku sodu (NaI), 20% czystego glicerolu i 1% wody (objętościowo)16.

Eksperymentalny układ do wykrywania spójnych struktur przepływu wtórnego za pomocą dwuskładnikowej, dwuwymiarowej prędkości obrazu cząstek (2C-2D PIV): Eksperymenty zostały zaprojektowane w celu uzyskania uśrednionych fazowo danych o prędkości przepływu wtórnego w różnych płaskich miejscach przekroju poprzecznego za kombinacją prostych i zakrzywionych odcinków stentu ucieleśniających wyidealizowane złamanie stentu "typu IV" 5, 6, 9, 14. Kroki protokołu odnoszące się do pozyskiwania wtórnych pól prędkości przepływu za pomocą techniki pomiaru prędkości obrazu cząstek (PIV) obejmują system PIV, który składa się ze źródła laserowego (arkusza świetlnego), układu optycznego do ogniskowania i oświetlania obszarów przepływu, specjalnego urządzenia sprzężonego z ładunkiem o korelacji krzyżowej (czujnik CCD lub kamera) oraz cząstek znacznikowych, które mają być oświetlone przez arkusz świetlny w krótkim odstępie czasu (Δt; patrz tabela 4) 31, Lokal mieszkalny 32.

Kroki w protokole zakładają następujące kroki: Po pierwsze, skalibrowany, eksperymentalny zestaw dwuskładnikowego, dwuwymiarowego (2C-2D) systemu PIV, który ocenia obrazy za pomocą dwuklatkowych, jednoekspozycyjnych nagrań. Po drugie, system PIV 2C-2D oblicza średnie przemieszczenia cząstek znacznikowych, przeprowadzając korelację krzyżową między dwiema klatkami obrazu uzyskanymi podczas każdego nagrania. Krótkie podsumowanie specyfikacji PIV i oprogramowania do akwizycji obrazów znajduje się w tabeli materiałów i wyposażenia. Po trzecie, wszystkie środki ostrożności niezbędne do obsługi lasera są przestrzegane przez przeszkolony personel laboratoryjny zgodnie z wytycznymi dostarczonymi przez instytucję goszczącą. Autorzy sugerują Refs. 31 i 32 w celu całościowego zrozumienia implementacji, funkcjonalności i zastosowania techniki PIV w dynamice aerodynamiki, hydro- i mikropłynów, wykrywania pików korelacji i szacowania przemieszczeń, materiału i gęstości cząstek znacznikowych oraz szumu i dokładności pomiaru. Należy również pamiętać, że laser i kamera mogą być sterowane przez komputer akwizycji danych PIV (rysunek 3A) i oprogramowanie do przetwarzania danych.

Akwizycja danych i przetwarzanie końcowe dla wykrywania spójnej struktury: Uśrednione fazowo pomiary prędkości przepływu wtórnego za pomocą PIV 2C-2D zostały wygenerowane przy użyciu poniższego opisu protokołu. Przetwarzanie końcowe danych obejmowało koherentną wtórną detekcję struktury przepływu przy użyciu następujących trzech metod: ciągłe transformacje falkowe, figure-introduction-1 5, 6, 19 - 24, 26.

Autorzy zauważają, że tensor gradientu prędkości to w zasadzie macierz 3 x 3,
figure-introduction-2.

Protokół przedstawia metodę uzyskiwania dwuwymiarowych pomiarów eksperymentalnych (z techniki PIV 2C-2D). W związku z tym pełny eksperymentalny dostęp do tensora gradientu prędkości nie będzie możliwy przy użyciu tej metody. Tensor gradientu prędkości dla każdego piksela figure-introduction-3 obrazu PIV figure-introduction-4 powinien być macierzą 2 x 2, figure-introduction-5. Wirowość składowej z figure-introduction-6 dla każdego piksela figure-introduction-7 jest obliczana przy użyciu antysymetrycznej części tensora gradientu prędkości figure-introduction-8. Wynikiem będzie tablica 2D wirowości figure-introduction-9, którą można zwizualizować na wykresie konturowym. Autorzy zdecydowanie sugerują Ref. 25 do elokwentnej dyskusji, eksperymentalnego dostępu do tensora gradientu prędkości w celu poszerzenia wiedzy na temat rozpraszania wirowości, szybkości odkształcania i wykrywania spójnych struktur. Ponadto autorzy nie podejmują próby zbadania wzajemnych zależności między wyżej wymienionymi metodami wykrywania struktur koherentnych i proponują Ref. 23, 24 do wyczerpującego omówienia tego tematu.

Głównym celem kroków w protokole jest ilościowa identyfikacja struktur przepływu wtórnego (wirowego) (znanych również jako struktury spójne). Trzy metody wykrywania struktury koherentnej, a mianowicie: figure-introduction-10 i wirowość przekształcona falkowo figure-introduction-11 są stosowane do danych pola prędkości w celu wykrywania wieloskalowych, wielosiłowych wystąpień wtórnych struktur przepływowych poniżej wyidealizowanego pęknięcia stentu "typu IV".

The figure-introduction-12, definiuje wir jako obszar przestrzenny, w którym norma euklidesowa tensora wirowości dominuje nad normą szybkości odkształcenia 19, 23, 24. Macierz gradientu prędkości jest rozkładana na części symetryczne (szybkość odkształcania) i antysymetryczne (rotacja). Obliczane są wartości własne macierzy szybkości odkształcania; figure-introduction-13. Następnie obliczana jest norma szybkości odkształcania; figure-introduction-14. Wirowość jest obliczana z części antysymetrycznej. Następnie obliczana jest endotropia lub kwadrat wirowości składowej z figure-introduction-15). figure-introduction-16 jest ostatecznie obliczane; figure-introduction-17. Wykres konturowy całego zestawu figure-introduction-18 z izoregionami figure-introduction-19, wskaże wtórne struktury przepływu 19.

The figure-introduction-20, znana również jako 'siła wirowania', to metoda identyfikacji wirów przeprowadzana przez analizę punktu krytycznego lokalnego tensora gradientu prędkości i odpowiadających mu wartości własnych 20 - 24. Obliczane są wartości własne tensora gradientu prędkości dla każdego piksela figure-introduction-21. Wartości własne powinny mieć postać figure-introduction-22. Wykres konturowy figure-introduction-23 z regionami izologicznymi figure-introduction-24 wskaże wtórne struktury przepływu 20 - 22.

Metoda transformacji falkowej wykorzystuje funkcję analizy (lub falkę), która ma gładkość w przestrzeniach fizycznych i spektralnych, jest dopuszczalna (lub ma zerową średnią) i ma skończoną figure-introduction-255, 6, 26. Poprzez konwolucję rozszerzonej lub skurczonej falki z polem wirowości 2D, generowana jest wirowość przekształcona falkowo figure-introduction-26 generowane jest pole składające się ze spójnych struktur o szerokim zakresie skal i natężeń 5, 6, 26. Entropia Shannona pola wirowości przekształconego falkowo 2D jest obliczana w celu oszacowania optymalnej skali falkowej, w której wszystkie spójne struktury są odpowiednio rozdzielone. To oszacowanie entropii obejmuje zestaw prawdopodobieństw figure-introduction-27 dla każdego piksela figure-introduction-28 takie, że figure-introduction-29, znormalizowany moduł kwadratowy wirowości związanej z pikselem w lokalizacji m, n 5, 6. Etapy procedury przedstawiono graficznie na rysunku 6. Ograniczenia nałożone na wybór falki są szczegółowo przedstawione w Ref. 26. Ten krok protokołu opisuje procedurę wykrywania struktury koherentnej przy użyciu falki Rickera 2D. Uzasadnienie użycia tej falki do wirowego dopasowania wzorca przedstawiono w Ref. 5, 6 i odpowiednich odniesieniach tam cytowanych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Projektowanie i produkcja modeli stentów

Uwaga: Następujące kroki zostały wykonane w celu stworzenia laboratoryjnych modeli prostych i zakrzywionych stentów. Instalacja dwóch modeli stentów będzie ucieleśnieniem złamania "typu IV" (fragmentacja i liniowe przemieszczenie złamanych części stentu).

Uwaga: Autorzy korzystali z oprogramowania Pro/Engineer w czasie badań do tworzenia modeli CAD geometrii stentu. Poniższa procedura jest uogólniona i może nie obejmować terminów ogólnych dla używanego oprogramowania CAD. Można również korzystać z innych dostępnych pakietów CAD. Poniższe kroki mają zastosowanie do oprogramowania CAD, z którego autorzy korzystali w czasie badania i zostały zaadaptowane ze strony internetowej producenta. Więcej informacji na temat używanej przez autorów maszyny do szybkiego prototypowania znajduje się w Wykazie materiałów. Równania parametryczne i początkowe wartości do projektowania stentów przedstawiono w tabeli 1, a rysunki 1D i 1E są przykładami prostych i zakrzywionych modeli stentów po szybkim prototypowaniu.

  1. Utwórz prostą geometrię stentu, definiując równania parametryczne i inicjując parametry lewej i prawej helisy w kartezjańskim (X-Y-Z) układzie współrzędnych (Tabela 1).
    1. Wygeneruj zestaw 10 równo rozmieszczonych helis skrętu w lewo w płaskim szyku kołowym wokół prostej linii odniesienia lub osi z, używając równania 1, 2, 3 i 5 pokazanego w tabeli 1, z zainicjowanymi wartościami liczby zwojów
      (figure-protocol-1), skok, grubość drutu stentu (figure-protocol-2) i średnica nominalna stentu (figure-protocol-3) (Rysunek 1A i Tabela 1).
    2. Powtórz krok 1.1.1, używając równania 1, 2, 4 i 5, aby wygenerować okrągły wzór 10 równo rozmieszczonych lewych helis (Rysunek 1A).
    3. Wygeneruj prostą geometrię stentu, łącząc lub montując lewą i prawą helisę obracającą się wokół wspólnej osi (rysunek 1A).
  2. Utwórz zakrzywioną geometrię stentu, definiując równania parametryczne i inicjując parametry lewej i prawej helisy w cylindrycznym (R-β-X) układzie współrzędnych lub wokół zakrzywionej linii odniesienia (tabela 1). Powtórz kroki 1.1.1 - 1.1.2 z poprzednio zainicjowanymi parametrami, używając równania 1, 2, 6 i 7.
    1. Wygeneruj zakrzywioną geometrię stentu, łącząc lub łącząc lewą i prawą obracającą się helisę zakrzywioną wokół wspólnej osi (R) i zmieniającą kąt figure-protocol-4 w punkcie początkowym (Rysunek 1B).
  3. Twórz pliki litografii stereoskopowej (STL) o wysokiej rozdzielczości z modeli CAD stentów prostych i zakrzywionych.
    1. Wybierz opcję "Eksportuj model >" z menu "Plik". Wybierz opcję "STL". Ustaw "wysokość cięciwy" na 0. Ustaw "Kontrolę kąta" na 1. Zastosuj "OK", aby utworzyć plik STL. Uwaga: Wartość "Kontrola kąta" reguluje stopień teselacji wzdłuż powierzchni o małych promieniach, a ustawienie może wynosić od 0 do 1.
  4. Wytwarzaj modele stentów na maszynie do szybkiego prototypowania pokazanej na rysunku 1C, używając materiałów wymienionych w tabeli materiałów i wyposażenia.
    1. Uruchom oprogramowanie do drukowania 3D (patrz Lista materiałów). Kliknij "Wstaw", aby zlokalizować plik STL na komputerze drukarki 3D i wybierz żądany plik. Przeciągnij myszą po ekranie, aby umieścić renderowanie 3D pliku STL na platformie wirtualnej ("Zasobniku") na ekranie.
    2. Wybierz odpowiednie jednostki jako 'mm' (opcje: 'mm' lub 'cale') z zakładek menu plików. Wybierz jakość gotowego produktu jako "Matowy" (opcje: "Matowy" lub "Błyszczący"). Wybierz zakładkę "Ustawienia zasobnika > walidacja" z menu plików.
    3. Poszukaj komunikatu "Walidacja powiodła się", aby przejść do następnego kroku. Jeśli walidacja zakończy się niepowodzeniem, powtórz kroki opisane w punktach 1.3 - 1.4.2, aż do uzyskania pomyślnej walidacji.
    4. Wybierz zakładkę "Ustawienia zasobnika > budowania" z menu plików, aby wysłać plik do drukarki 3D w celu wyprodukowania.
      Uwaga: Wartość "wysokości cięciwy" określa stopień mozaikowania powierzchni modelu. Ma to wpływ na dokładność, a rozmiar pliku modelu zostanie automatycznie zastąpiony wartością minimalną. Małe wartości wysokości cięciwy prowadzą do mniejszego odchylenia od rzeczywistej geometrii części przy kompromisie w zakresie rozmiaru pliku. Sprawdzenie poprawności jest wymagane, aby upewnić się, że część przylega i nie ma żadnych anomalii konstrukcyjnych na etapie produkcji.

2. Przygotuj płyn analogowy krwi o lepkości kinematycznej i współczynniku załamania światła

Uwaga: Poniższa procedura pozwoli uzyskać około 600 ml roztworu analogu krwi. Zestawienie odczynników chemicznych i rozpuszczalników o odpowiednich właściwościach użytych do przygotowania roztworu znajduje się w Wykazie Materiałów. Istotne właściwości materiału, sugerowany sprzęt laboratoryjny oraz wytyczne do obliczeń objętościowych przedstawiono odpowiednio w tabelach 2, 3 i 4.

  1. Przygotuj nasycony roztwór jodku sodu (NaI).
    1. Wlać 500 ml dejonizowanegoH2Odo zlewki o pojemności 2 000 ml. Umieść zlewkę na mieszadle magnetycznym.
    2. Odmierzyć ≈860 g NaI na wadze o wyzerowanej masie i dodawać porcje 100 g do zlewki, mieszając i czekając, aż obecny dodatek całkowicie się rozpuszczy, zanim dodasz następny. Zapisuj temperaturę przy każdym dodawaniu, ponieważ proces nasycania dejonizowanegoH2ONaI jest lekko egzotermiczny. W razie potrzeby przechowywać roztwór w lodówce, aby utrzymać go w temperaturze pokojowej (≈ 25 °C).
    3. Dodawać małe przyrosty NaI (≈5-10 g) do 20 g, aż roztwór zostanie nasycony. Zanotować masę i temperaturę każdego dodania. Po zakończeniu wyjmij zlewkę z nasyconym roztworem NaI z mieszadła magnetycznego.
  2. Zmierz gęstość nasyconego roztworu NaI (figure-protocol-5).
    1. Dodać 10 ml nasyconego roztworu NaI z kroku 2.1 do zlewki o pojemności 50 ml w skali wyzerowanej za pomocą strzykawki (lub pipety miarowej), upewniając się, że nie ma pęcherzyków powietrza. Zapisz masę i dodaną objętość.
    2. Obliczyć gęstość każdego dodatku, stosując równanie 8 (patrz tabela 3). Powtórz ten krok około 4-5 razy. Uśrednić zarejestrowane gęstości. Zwrócić roztwór do partii nasyconego roztworu NaI przygotowanego w kroku 2.1.
  3. Oszacuj całkowitą objętość roztworu naśladującego krew.
    1. Zmierzyć masę nasyconego roztworu NaI przygotowanego w kroku 2.1 i obliczyć jego objętość (figure-protocol-6) za pomocą równania 9. Oszacuj całkowitą objętość roztworu naśladującego krew (figure-protocol-7) oraz częściowe objętości glicerolu (figure-protocol-8) i wody dejonizowanej (figure-protocol-9), które należy dodać zgodnie z równaniem 10, 11 i 12 (patrz Tabela 3).
  4. Przygotuj roztwór analogowy krwi.
    1. Przygotować analogowy roztwór krwi składający się z 79% nasyconego roztworu NaI, 20% glicerolu i 1% wody dejonizowanej (objętościowo) poprzez homogenizowane mieszanie na mieszadle magnetycznym.
    2. Umieścić zlewkę z nasyconym roztworem NaI na mieszadle magnetycznym i dodawać glicerol małymi porcjami (figure-protocol-10), używając strzykawki (lub pipety miarowej lub objętościowej), aż do dodania całej objętości glicerolu (figure-protocol-11) obliczonej w kroku 2.3. Dla każdej iteracji figure-protocol-12 iteracji, zapisuj dodaną objętość i poczekaj, aż roztwór będzie widocznie homogenizowany przed dodaniem kolejnego przyrostu glicerolu.
    3. Po całkowitej homogenizacji nasyconego roztworu NaI i glicerolu, dodać figure-protocol-13 za pomocą strzykawki (lub pipety miarowej lub miarowej). Kontynuować mieszanie na mieszadle magnetycznym, aż roztwór analogu krwi będzie widocznie homogenizowany.
  5. Scharakteryzować płyn analogowy krwi w standardowej temperaturze i ciśnieniu otoczenia (25 °C, 1 atm).
    1. Zmierzyć lepkość kinematyczną (ν) za pomocą standardowego lepkościomierza Ubbelohde lub równoważnego przyrządu pomiarowego. Lepkość kinematyczna można regulować, dodając małe, odmierzone ilości glicerolu za pomocą pipety miarowej lub wolumetrycznej.
    2. Zmierzyć współczynnik załamania światła (n) za pomocą refraktometru. Współczynnik załamania światła można regulować, dodając niewielkie ilości bezwodnego tiosiarczanu sodu za pomocą szpatułki.
      Uwaga: Autorzy podają lepkość kinematyczną ν = 3,55 cSt (3,55 x 10-6 m2 sec-1 ± 2,8%) oraz współczynnik załamania światła płynu analogowego krwi, n = 1,45 (± 3,4%) 5, 6.

3. Zorganizuj eksperyment do pomiaru pól prędkości przepływu wtórnego po awarii stentu "typu IV"

Uwaga: Sekcja testowa tętnicy zakrzywionej pod kątem 180° składa się z dwóch sklejonych ze sobą bloków akrylowych, kanału zakrzywionego pod kątem 180° na każdym bloku oraz miejsca na rury dolotowe i wylotowe, jak pokazano na rysunkach 1F, 3A i 3B. Materiały wybrane do sekcji testowej mają zapewnioną dostępność optyczną. Autorzy podają współczynnik załamania światła materiału użytego w sekcji testowej jako ≈1,4914 5, 6 (patrz tabela 2).

  1. Zainstaluj stenty wyprodukowane w kroku 1 w sekcji testowej zakrzywionej tętnicy wykonanej z akrylu, aby ucieleśnić wyidealizowany scenariusz złamania typu IV, pociągający za sobą całkowite poprzeczne pęknięcie stentów i liniowe przemieszczenie rozdrobnionych części (patrz rysunki 1F, 3A i 3B).
    1. Umieść prosty stent przed sekcją testową zakrzywionej tętnicy (patrz rysunki 1F i 3B). Aby upewnić się, że odstęp między stentami prostymi i zakrzywionymi jest "3 razy" większy niż średnica rurki (rurka D = 12,7 mm), umieść stent zakrzywiony pod kątem 45° wewnątrz krzywizny, jednym końcem na wlocie do zakrzywionej rurki (rysunek 2B).
  2. Zmontuj zestaw eksperymentalny, podłączając proste rury akrylowe do wlotu i wylotu odcinka testowego tętnicy zakrzywionej pod kątem 180°, jak pokazano na schematycznym przeglądzie układu eksperymentalnego (rysunek 2) na stole optycznym (rysunek 3A).

4. Pozyskiwanie pól prędkości przepływu wtórnego

Uwaga: Poniższy opis w protokole odnosi się do pozyskiwania wtórnych pól prędkości przepływu za pomocą techniki szybkości obrazu cząstek (PIV). Rysunek 3B (rysunek schematyczny) pokazuje, że istnieją cztery lokalizacje (45°, 90°, 135° i 180°) z kątowymi nacięciami ułatwiającymi projekcję arkusza laserowego i uzyskanie płaskiej prędkości przepływu wtórnego w przekroju poprzecznym. Kroki protokołu odnoszą się do pomiarów wykonanych dla lokalizacji 90°. Jeśli arkusz laserowy jest umieszczony w położeniu 45°, kamera jest umieszczana w położeniu 135°, aby uzyskać dostęp optyczny do pomiarów przepływu wtórnego w położeniu 45°.

Uwaga: Poniższa procedura jest uogólniona i może nie zawierać terminów ogólnych dla oprogramowania do akwizycji i przetwarzania obrazów oraz używanego oprogramowania do kontroli instrumentów (zobacz Lista materiałów). W protokole można również korzystać z innych dostępnych pakietów do pozyskiwania obrazów i danych.

  1. Włącz laser za pomocą przełączników ON/OFF znajdujących się na źródle zasilania lasera. Oświetl małą kartkę papieru, aby zwizualizować arkusz laserowy. Dostosuj wizualnie grubość arkusza laserowego (do około 2 mm), obracając optykę skupiającą arkusz laserowy znajdującą się na źródle lasera.
  2. Umieść arkusz laserowy wzdłuż obszaru pomiaru 90° tak, aby arkusz był prostopadły do stołu optycznego. Umieść kamerę w pobliżu położenia 0° lub 180°, aby uzyskać optyczny dostęp do widoku przekroju poprzecznego oświetlonego arkuszem laserowym.
  3. Ustaw laser i kamerę za pomocą oprogramowania do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu, aby dostosować pole widzenia kamery, aby w wystarczającym stopniu uchwycić obraz kołowego przekroju poprzecznego zakrzywionej tętnicy (patrz rysunek 3A) i zmniejszyć zniekształcenia cząstek. Wyrównanie należy przeprowadzić metodą "prób i błędów", sprawdzając wygenerowany przez oprogramowanie obraz pola widzenia. Wyłącz laser za pomocą przełączników sterujących znajdujących się na źródle zasilania lasera i upewnij się, że aparat jest włączony ze zdjętą osłoną obiektywu.
  4. Uruchom oprogramowanie do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazów na komputerze do akwizycji danych PIV i zaloguj się jako "użytkownik-ekspert". Utwórz nowy projekt z menu plików, określ "Nazwa projektu" i wybierz opcję "PIV" w sekcji "Typ projektu". Wybierz opcję "Nowa" z menu plików, aby zainicjować nową sesję nagrywania PIV. Wybierz "Urządzenie" w sekcji "Ustawienia" dotyczącej oprogramowania do pozyskiwania i przetwarzania obrazu.
  5. Przejdź do okna dialogowego "Nagrywanie" na ekranie, aktywuj pole wyboru "Kamera 1" i wybierz opcję "Pojedyncza klatka (T1A)". Wybierz laserowy "przycisk radiowy", który ma być ustawiony na ON w ustawieniach oprogramowania do akwizycji i przetwarzania obrazu. Aktywuj tryb zasilania zewnętrznego w źródle zasilania lasera, naciskając przełączniki "EXT" i "High power" znajdujące się na źródle zasilania lasera.
  6. Wybierz "Grab" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania obrazu, aby rozpocząć pobieranie obrazów PIV do obserwacji na ekranie komputera. Przesuwaj kamerę z niewielkimi ręcznymi regulacjami na stole optycznym i dostosuj ostrość, aby zoptymalizować położenie kamery, aby zmaksymalizować pole widzenia, zmniejszyć rozmycie i zniekształcenia obrazu.
  7. Wybierz przycisk radiowy "Stop" w ustawieniach oprogramowania do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu, aby zatrzymać pobieranie danych PIV i nie dokonywać żadnych dalszych regulacji kamery. Na tym etapie procedura wyrównania jest zakończona.
    Uwaga: Impulsy laserowe na tym etapie są kontrolowane przez oprogramowanie do akwizycji i przetwarzania obrazu i mogą być dalej kontrolowane przez zmianę częstotliwości impulsów lub "Ekspozycji" w ustawieniach oprogramowania. Laser zatrzyma się automatycznie, ponieważ jest sterowany przez oprogramowanie do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu. Nie zamykaj oprogramowania do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazów, ponieważ bieżący projekt zostanie wykorzystany do uzyskania danych PIV w kolejnych krokach.
  8. Uzyskaj obrazy wtórnych pól przepływu za pomocą systemu PIV 2C-2D, wykonując poniższe czynności, aby upewnić się, że dane PIV w zależności od fazy są generowane przy użyciu czasowych impulsów wyzwalających z komputera sterującego przyrządem pompy, które są zsynchronizowane z laserem dwuimpulsowym i kamerą.
    Uwaga: Pompa programowalna jest podłączona do komputera sterującego przyrządu pompy i jest sterowana przez oprogramowanie sterujące przyrządem. Kolejne kroki obejmują konfigurację programowych modułów sterujących na komputerze PIV przy użyciu akwizycji obrazu i przetwarzania końcowego oraz komputera sterującego pompą za pomocą oprogramowania sterującego przyrządem.
    1. Włącz pompę programowalną za pomocą przełącznika ON/OFF znajdującego się na pompie. Uruchom program sterujący przyrządem na komputerze sterującym pompą.
    2. Załaduj plik tekstowy, który zawiera wartości przebiegu napięciowo-czasowego z wyzwalaczem odniesienia (t/T = 0), który reprezentuje fizjologiczny przebieg (tętnica szyjna) natężenia przepływu do oprogramowania sterującego instrumentem, zachowując fizjologiczną liczbę Womersleya figure-protocol-14 i, maksymalnie Reynolds figure-protocol-15 i Dean figure-protocol-16 (Rysunek 4A).
    3. Ustaw "Amplitudę" na 1 (wolty), "Przesunięcie DC" na 0 (wolty), "Liczba kroków czasowych" na 1,000 i "Okres czasu" na 4 (sekundy) na ekranie interfejsu oprogramowania sterującego przyrządem.
    4. Upewnij się, że tryb zasilania zewnętrznego w źródle zasilania lasera w kroku 4.5 jest nadal aktywny. W razie potrzeby naciśnij przełączniki "EXT" i "High power" znajdujące się na źródle zasilania lasera.
    5. Wybierz "Urządzenie" po kliknięciu "Nowe nagranie" w sekcji "Ustawienia" dotyczącej oprogramowania do akwizycji i przetwarzania obrazu. Przejdź do okna dialogowego "Nagrywanie" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania obrazu (komputer PIV), aktywuj pole wyboru "Kamera 1" i wybierz opcję "Podwójna klatka (T1A+T1B)", aby skonfigurować laser do wyzwalania w trybie podwójnego impulsu.
    6. Wybierz opcję "Czas" w oknie dialogowym "Nagrywanie" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania obrazu, wybierz "Źródło wyzwalania" i ustaw je na "Zewnętrzny wyzwalacz cykliczny", aby zsynchronizować się z sygnałami wyzwalającymi z modułu sterującego przyrządu pompy. Wybierz opcję "Aquisit" w sekcji "Ustawienia" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu, aby rozpocząć konfigurację akwizycji PIV.
    7. Przejdź do okna dialogowego "Sekwencja nagrywania" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania obrazu. Dodaj podkategorię "Skanowanie tabeli" w sekcji "Sekwencja nagrywania", korzystając z odpowiedniej zakładki znajdującej się w interfejsie oprogramowania. Wypełnij tabelę utworzoną za pomocą opcji "Edytuj skanowanie tabeli", "Dołącz skanowanie" i wprowadź wartości czasu zaczynające się od 0 milisekund do 4 000 milisekund w odstępach 40 milisekund. Wprowadź wartości Δt odpowiadające każdemu wpisowi czasu w tabeli. Naciśnij "Enter" na klawiaturze po każdej wprowadzonej wartości.
    8. Przejdź do okna dialogowego "Sekwencja nagrywania" w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania obrazu. Dodaj podkategorię "Pozyskiwanie obrazów" w sekcji "Skanowanie tabeli" utworzoną w kroku 4.8.7. Ustaw "Liczba obrazów" na 200, zaznacz pole wyboru "Pokaż obrazy podczas nagrywania" i wybierz "Rozpocznij natychmiast".
    9. Wybierz "Urządzenie" w sekcji "Ustawienia" i potwierdź, że laser jest ustawiony na "WŁĄCZONY" z odpowiednimi ustawieniami mocy. Przejdź do "Sterowanie laserem", aby potwierdzić. System PIV jest teraz gotowy do pozyskiwania danych.
    10. Wybierz przycisk radiowy "RUN" na interfejsie oprogramowania sterującego przyrządu na komputerze sterującym pompą, aby dostarczyć płyn do eksperymentu za pomocą wejść podanych w kroku 4.8.2-4.8.3 wraz z impulsem wyzwalającym co 4 sekundy.
    11. Wybrać opcję "Rozpocznij nagrywanie" w celu uzyskania pomiarów fazowych za pomocą sygnału wyzwalającego ze sterownika przyrządu pompy, aż do uzyskania z góry określonej liczby płaskich pól prędkości (200, odpowiednich do osiągnięcia zbieżności statystycznej 5, 6, 31, 32) za każdym razem, gdy zostanie wykonana instancja ustawiona w skanowaniu tabeli (patrz krok 4.8.7) w położeniu 90°.
    12. Naciśnij "Stop" na źródle zasilania lasera po zakończeniu nagrywania. Wyłącz pompę i kamerę, a następnie załóż osłonę obiektywu aparatu. Wybierz przycisk radiowy "Stop" w interfejsie oprogramowania sterującego przyrządem na komputerze sterującym pompą.
    13. Sprawdź wzrokowo konfigurację eksperymentalną, aby ocenić poziom wycieku, w razie potrzeby zbierz wyciekający płyn, aby upewnić się, że wszystkie urządzenia zostały wyłączone lub można je pozostawić w trybie czuwania, w zależności od tego, co jest odpowiednie. Zamknij sesję nagrywania w oprogramowaniu do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu.

5. Wykrywanie spójnych drugorzędnych struktur przepływu

Uwaga: Użyj oprogramowania do akwizycji i przetwarzania obrazów oraz zestawu funkcji wiersza poleceń (zestaw narzędzi oparty na MATLAB, PIVMat 3.01) do importowania, przetwarzania końcowego i analizy 2-składnikowych pól wektorowych z systemu PIV 5, 6, 33.

  1. Utwórz maskę, która obejmuje wewnętrzną geometrię przepływu, tj. okrągły, płaski obszar przekroju poprzecznego.
    1. Wybierz projekt utworzony w kroku 4.4, który teraz ma dane PIV pobierane w każdym wystąpieniu czasu określonym w kroku 4.8.7. Następnie wybierz dowolne dane w oknie dialogowym zawierającym cały zestaw danych PIV.
    2. Postępuj zgodnie z instrukcjami w "Plik z kodem uzupełniającym - tworzenie maski".
  2. Utwórz procedurę przetwarzania końcowego, wybierając ikonę "Partia" z menu pliku w oknie projektu, podczas gdy niektóre zestawy danych PIV są wybrane domyślnie. Pojawi się okno dialogowe z "Listą operacji", które należy wypełnić w tej samej kolejności, jak wspomniano w następnym kroku.
    1. Postępuj zgodnie z instrukcjami zawartymi w "Pliku kodu uzupełniającego - tworzenie procedury przetwarzania końcowego".
  3. Obliczanie pól przepływu wtórnego uśrednionych fazowo i RMS oraz wirowości.
    1. Wybierz operację 'Statystyka wektorowa: wynik pola wektorowego' z grupy 'statystyki' i kliknij 'Parametr' w oknie dialogowym. Aktywuj pola wyboru "Średnia V" i "RMS V" w sekcji "Pola wektorowe". Wybierz operację 'rot-z Eyx - Exy' z grupy 'wyodrębnij pole skalarne: obrót i ścinanie', aby określić dwuwymiarową wirowość w przekroju płaskim.
  4. Rozpocznij przetwarzanie końcowe całych danych PIV i wygeneruj uśrednione fazowo wielkości prędkości, prędkości RMS, wirowości i siły wirowania za pomocą operacji utworzonych w krokach 5.3 i 5.4.
    1. Kliknij prawym przyciskiem myszy dowolne dane PIV w oknie projektu, wybierz opcję "HyperLoop > Wszystkie zestawy" i wybierz opcję "Dodaj wszystko" w sekcji "Dostępne zestawy", aby upewnić się, że wybrany jest cały zestaw danych PIV.
    2. Wybierz "Parametr" z menu rozwijanego w sekcji "Filtr:". Wybierz opcję "Przetwarzanie wsadowe" w sekcji "Operacja:". Kliknij przycisk "Execute (Wykonaj', aby rozpocząć przetwarzanie końcowe danych PIV przez hyperloop".
  5. Oblicz siłę wirowania figure-protocol-17) do wykrywania wtórnych struktur przepływu za pomocą oprogramowania do akwizycji i przetwarzania końcowego obrazu. Wybierz operację "siła wirowania" z grupy "wyodrębnij pole skalarne: obrót i ścinanie".
    1. Powtórz kroki 5.4.1-5.4.2, aby wykonać przetwarzanie końcowe "Hyperloop".
  6. Wykrywaj spójne struktury za pomocą figure-protocol-18 i ciągłą transformację falkową w polu wirowości figure-protocol-19 tworząc funkcje MATLAB zdefiniowane przez użytkownika i używając funkcji MATLAB opartych na PIVmat 3.01 (Zobacz "Plik kodu uzupełniającego - kody MATLAB" dla przykładu kodu).
    1. Wygeneruj tablicę 2D danych z poniższego równania reprezentującego falkę Rickera 2D, inicjując współczynnik skali figure-protocol-20 w równaniu 13 do dowolnej wartości (patrz "Plik kodu uzupełniającego - kody MATLAB").
      figure-protocol-21
    2. Wykonaj dwuwymiarową konwolucję lub czterokrotne mnożenie wirowości figure-protocol-22 dane z kroku 5.4, z funkcją falkową Rickera 2D (równanie 13), aby wygenerować pole wirowości przekształcone falkowo figure-protocol-23 przy zainicjowanym współczynniku skali figure-protocol-24. (Patrz "Plik kodu uzupełniającego - kody MATLAB").
    3. Oblicz entropię Shannona figure-protocol-25 pola wirowości przekształconego falkowego figure-protocol-26reprezentowany przez równanie 14 (patrz "Plik kodu uzupełniającego - kody MATLAB").
      figure-protocol-27
    4. Zmień współczynnik skali na figure-protocol-28 i wygeneruj nową tablicę 2D danych reprezentujących falkę Rickera 2D (równanie 13) (patrz Rysunek 6).
    5. Powtórz kroki 5.6.1 - 5.6.4 dla szerokiego zakresu współczynników skali (figure-protocol-29, patrz pętla sprzężenia zwrotnego na rysunku 6.
    6. Utwórz wykres entropii Shannona figure-protocol-30 a współczynnik skali falkowej figure-protocol-31 w kroku 5.6.5 (patrz Rysunek 6). Zlokalizuj optymalną skalę falkowąfigure-protocol-32 , zwykle odpowiadającą lokalnemu minimum w entropii Shannona figure-protocol-33. Powtórz krok 5.6.4 przy optymalnej skali falkowej (patrz wykres entropii Shannona w funkcji skali falkowej na rysunku 6).
    7. Utwórz wykres konturowy wirowości przekształconej falkowej figure-protocol-34 przy współczynniku skali falki odpowiadającym optymalnej wartości entropii Shannona figure-protocol-35.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wyniki przedstawione na rysunku 7A-D zostały wygenerowane po przetworzeniu wtórnych danych dotyczących prędkości przepływu (patrz rysunki 5, 6) uzyskanych z systemu PIV 2C-2D pokazanego na rysunku 3A. Warunkiem dopływu do odcinka testowego zakrzywionej tętnicy z wyidealizowanym złamaniem stentu "typu IV" był przebieg tętnicy szyjnej pokazany na rycinie 4B. Nasze wcześniejsze badania wykazały wrażliwość wtórnych struktur p...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół przedstawiony w tym artykule opisuje pozyskiwanie danych eksperymentalnych o wysokiej wierności przy użyciu techniki pomiaru prędkości obrazu cząstek (PIV) i metod wykrywania struktur koherentnych, tj. ciągłych transformacji falkowych, Q parameter and λ<sub>ci</sub> criteria equation; static equilibrium analysis.nadających się do identyfikacji przepływów wirowych i zdominowanych przez ścinan...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują za wsparcie z grantu NSF CBET-0909678 oraz finansowania z GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering (COBRE). Dziękujemy studentom, Panu Christopherowi Popmie, Pani Leanne Penna, Pani Shannon Callahan, Panu Shadmanowi Hussainowi, Panu Mohammedowi R. Najjari i Pani Jessice Hinke za pomoc w laboratorium oraz Panu Mathieu Barraja za pomoc w rysowaniu CAD.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Rury i arkusze akryloweMcMaster-Carr Supply CompanyRury wlotowe i wylotowe oraz materiał sekcji testowej zakrzywionej tętnicy
Drukarka 3D Object24 DesktopStratasysDesktop maszyna do szybkiego prototypowania. http://www.stratasys.com
VeroWhitePlus Materiał nieprzezroczystyStratasys Materiał budowlanydla Object24 Desktopowa drukarka 3D
Fullcure 705StratasysNietoksyczny żelowy fotopolimer Materiał nośny do drukarki 3D Object24 Desktop
Lepkościomierz UbbelohdeCole ParmerYO-98934-12W kierunku pomiaru lepkości kinematycznej płynu analogowego krwi
VELP scientifica - Mieszadło ESP VELP ScientificaF206A0179Mieszadło magnetyczne
Ohaus Scout Pro SP 601 Lab DepotSP4001Waga
RefraktometrAtagoPAL-RIW kierunku pomiaru indeksu refrakcji płynu analogowego krwi
Zlewki, pipety, strzykawki i szpatułkaSigma-Aldrich CLS710110,  CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216W kierunku obchodzenia się z materiałami wymaganymi do przygotowania roztworu analogowego do krwi
Jodek soduSigma-Aldrich383112-2.5KG krystaliczny
GlycerolSigma-AldrichG5516-1LPłynna
woda dejonizowana-ciekły
tiosiarczan sodu bezwodnySigma-Aldrich72049-250GProszek
PIV Medium nagrywająceLaVisionImager Intense 10HzPIV Akwizycja obrazu Kamera CCD
PIV Źródło oświetleniaNew Wave ResearchSolo III-15PIV Źródło lasera, laser Nd:YAG, 532 nm, podwójny impuls 70 mJ/impuls
PIV Oprogramowanie do obrazowaniaLaVisionDaVis 7.2PIV akwizycja danych i kontrola przyrządów
PIV Materiał siewny Termonaukowy   Flouro-MaxRed (≈ 7 µ m); Mikrosfery fluorescencyjne z polistyrenu barwionego na sucho (DVB) emitują jasne i wyraźne kolory, gdy są oświetlone światłem krótszym  długości fal niż długość fali emisji.
Fluorescencyjne mikrosfery polimerowe

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dean, W. R. Note on the motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 208-223 (1927).
  2. Dean, W. R. The streamline motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 673-695 (1928).
  3. Lyne, W. H. Unsteady viscous flow in a curved pipe. J. Fluid. Mech. 45, part 1 13-31 (1970).
  4. Glenn, A. L., Bulusu, K. V., Shu, F., Plesniak, M. W. Secondary flow structures under stent-induced perturbations for cardiovascular flow in a curved artery model. Int. J. Heat Fluid Fl. 35, 76-83 (2012).
  5. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Secondary flow morphologies due to model stent-induced perturbations in a 180° curved tube during systolic deceleration. Exp. Fluids. 54, 1493(2013).
  6. Bulusu, K. V., Hussain, S., Plesniak, M. W. Determination of secondary flow morphologies by wavelet analysis in a curved artery model with physiological inflow. Exp. Fluids. 55, 1832(2014).
  7. Womersley, J. R. Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known. J. Physiol. 127, 553-563 (1955).
  8. Sheriff, J., Bluestein, D., Girdhar, G., Jesty, J. High-shear stress sensitizes platelets to subsequent low-shear conditions. Ann. Biomed. Eng. 38 (4), 1442-1450 (2010).
  9. Popma, J. J., Tiroch, K., Almonacid, A., Cohen, S., Kandzari, D. E., Leon, M. B. A qualitative and quantitative angiographic analysis of stent fracture late following sirolimus-eluting stent implantation. Am. J. Cardiol. 103 (7), 923-929 (2009).
  10. Kim, S. H., et al. A fractured sirolimus-eluting stent with a coronary aneurysm. Ann. Thorac. Surg. 88, 664-665 (2009).
  11. Adlakha, S., et al. Stent fracture in the coronary and peripheral arteries. J. Interv. Cardiol. 23 (4), 411-419 (2010).
  12. Alexopoulos, D., Xanthopoulou, I. Coronary stent fracture: How frequent it is? Does it matter. Hellenic J. Cardiol. 52, 1-5 (2011).
  13. Nair, R. N., Quadros, K. Coronary stent fracture: A review of the literature. Cardiac. Cath. Lab Director. 1, 32-38 (2011).
  14. Jaff, M., Dake, M., Popma, J., Ansel, G., Yoder, T. Standardized evaluation and reporting of stent fractures in clinical trials of noncoronary devices. Catheter Cardiovasc. Interv. 70, 460-462 (2007).
  15. Holdsworth, D., Norley, C. J., Frayne, R., Steinman, D. A., Rutt, B. K. Characterization of common carotid artery blood-flow waveforms in normal human subjects. Physiol. Meas. 20 (3), 219-240 (1999).
  16. Deutsch, S., Tarbell, J. M., Manning, K. B., Rosenberg, G., Fontaine, A. A. Experimental fluid mechanics of pulsatile artificial blood pumps. Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 65-86 (2006).
  17. Yousif, M. Y., Holdsworth, D. W., Poepping, T. L. A blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models. Exp. Fluids. 50, 769-774 (2011).
  18. Budwig, R. Refractive index matching methods for liquid flow investigations. Exp. Fluids. 17, 350-355 (1994).
  19. Hunt, J. C. R., Wray, A. A., Moin, P. Eddies, stream, and convergence zones in turbulent flows. Center for Turbulence Research. , Report CTR-S88 (1988).
  20. Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp. Fluids. 29, 275-290 (2000).
  21. Chong, M., Perry, A. E., Cantwell, B. J. A general classification of three-dimensional flow fields. Phys. Fluids A. 2 (5), 765-777 (1990).
  22. Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
  23. Haller, G. An objective definition of a vortex. J. Fluid Mech. 525, 1-26 (2005).
  24. Chakraborty, P., Balachander, S., Adrian, R. J. On the relationships between local vortex identification schemes. J. Fluid Mech. 535, 189-214 (2005).
  25. Wallace, J. M. Twenty years of experimental and direct numerical simulation access to the velocity gradient tensor: What have we learned about turbulence. Phys. Fluids. 21, 021301(2009).
  26. Farge, M., Guezennec, Y., Ho, C. M., Meneveau, C. Continuous wavelet analysis of coherent structures. Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program. , 331-348 (1990).
  27. Himburg, H. A., Friedman, M. H. Correspondence of Low Mean Shear and High Harmonic Content in the Porcine Iliac Arteries. ASME J. Biomedical Eng. 128, 852-856 (2006).
  28. Dai, G., et al. Distinct endothelial phenotypes evoked by arterial waveforms derived from atherosclerosis-susceptible and -resistant regions of human vasculature. PNAS. 101 (41), 14871-14876 (2004).
  29. Hanus, J., Zahora, J. Measurement and comparison of mechanical properties of nitinol stents. Physica Scripta. 118, 264-267 (2005).
  30. Segur, J. B., Oberstar, H. E. Viscosity of glycerol and its aqueous solutions. Ind. Eng. Chem. 43, 2117-2120 (1951).
  31. Adrian, R. J., Westerweel, J. Particle image velocimetry. , Cambridge University Press. NY. (2011).
  32. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. Particle image velocimetry - A practical guide, 2nd ed. , Springer. Berlin. (2007).
  33. Moisy, F. PIVmat 3.01 software. , Laboratoire FAST., University Paris Sud, University Pierre et Marie Curie. CNRS. 91405 Orsay Cedex, France. (2013).
  34. Ruppert-Felsot, J. E., Praud, O., Sharon, E., Swinney, H. L. Extraction of coherent structures in a rotating turbulent flow experiment. Physical Review E. 72, 016311(2005).
  35. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Shannon entropy-based wavelet transform methods for autonomous coherent structure identification in fluid flow field data. Entropy. 17 (10), 6617-6642 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Curved Artery ModelParticle Image VelocimetryBlood Analog SolutionRefractive Index MatchingWavelet Transform AlgorithmQ Criterion AnalysisSwirling Strength DetectionCarotid Artery Waveform

Powiązane artykuły