Monitorowanie mechaniki ścianek podczas wprowadzania stentu do naczynia
8 maja 2012
Rozkłady odkształceń tętnicy wywołane przez stent są charakteryzowane przy użyciu optycznego systemu pomiaru odkształceń powierzchniowych. Ta technika wizualizacji jest wykorzystywana w celu uzyskania wiedzy na temat wpływu implantacji stentu na naczynie gospodarza.
W tym eksperymencie wykorzystano bezkontaktowy sprzęt do pomiaru odkształceń w celu monitorowania i rejestrowania nierównomiernych odkształceń indukowanych przez stent w sztucznej tętnicy. W pierwszej kolejności należy przygotować sztuczne naczynie do warunków rozprężania stentu. Po skalibrowaniu systemu oprogramowania Aramis należy rozprężyć stent i zarejestrować odkształcenie sztucznego naczynia.
Wyniki analiz odkształceń wywołanych przez stent wzdłuż jednej ścieżki osiowej sztucznego naczynia wykazują, że rozkład odkształceń indukowanych przez stent w sztucznym naczyniu jest nierównomierny. Główną zaletą systemu kamer Aramis w porównaniu z innymi metodami pomiaru odkształceń, takimi jak tensometry, jest fakt, że system kamer ARAMIS umożliwia bezkontaktowy pomiar odkształceń.
Niniejszy protokół zademonstruje sposób kalibracji systemu aramis wraz z analizą próbki. Metoda ta pozwala na uzyskanie informacji o rozkładzie naprężeń wynikającym z rozszerzania się podpory. Można ją również zastosować do innych układów, takich jak struna na głowicy podczas fali uderzeniowej lub struna na stalowym pręcie poddanym rozciąganiu.
W pierwszej kolejności należy przymocować oba końce lateksowego naczynia do kolców przyłączeniowych węża, które zostały zamocowane na stabilnym stole warsztatowym. W przypadku testu stentu obszar zainteresowania należy wycentrować pomiędzy kolcami przyłączeniowymi węża, uwzględniając około jednego cala po każdej stronie stentu. Aby zaobserwować odkształcenia poza obszarem stentu, należy zmierzyć obszar zainteresowania na lateksowym naczyniu w celu określenia pola widzenia.
Następnie zmierz odległość od zewnętrznej krawędzi jednego kolca łącznika węża do punktu środkowego pomiędzy łącznikami. Przenieś tę odległość na cewnik, mierząc od środka stentu w górę cewnika. Następnie zaznacz to miejsce na cewniku za pomocą markera.
Teraz zdejmij lateksowy zbiornik z kolanek węża. Przygotuj lateksowy zbiornik, rozpylając w obszarze zainteresowania stochastyczny wzór z białej i czarnej farby w sprayu lub zaznaczając ten obszar przypadkowymi kropkami. Za pomocą pisaka permanentnego wybierz panel kalibracyjny, który jest nieco większy niż obszar zainteresowania.
Następnie umieść panel kalibracyjny pomiędzy złączkami węża z barbami w obszarze zainteresowania. Upewnij się, że obszar zainteresowania jest dobrze oświetlony. Teraz dostosuj odległość między dwiema kamerami, odległość od próbki oraz wysokość kamer, a następnie w programie Aramis otwórz nowy projekt, wybierając plik, a potem nowy projekt.
Następnie kliknij kartę czujnika (sensor) i wybierz kalibrację. Wybierz pełną kalibrację w oprogramowaniu RMS, aby przejść przez proces kalibracji kamer; przy całkowicie otwartej przysłonie obiektywu ustaw ostrość kamery na panel kalibracyjny, luzując śrubę ustalającą w kamerze i obracając obiektyw. Po ustawieniu ostrości ponownie dokręć śrubę ustalającą i przymknij przysłonę.
Wykonaj pierwszy obraz w procesie kalibracji. Przesuwaj panel kalibracyjny zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na komputerze, aż obraz na ekranie zostanie odpowiednio wyostrzony. Następnie wykonaj drugi obraz.
Powtórz ten proces dla pozostałych obrazów kalibracyjnych. Po wykonaniu wszystkich obrazów kalibracyjnych oprogramowanie do analizy obrazowania RM S obliczy ustawienia kalibracji. Jeśli odchylenie kalibracji jest mniejsze niż 0,04, usuń panel kalibracyjny i umieść pomalowane naczynie lateksowe z powrotem na wężyku z karbami.
Złącza, biorąc pod uwagę, że zwiększona liczba klatek na sekundę pozwoli uzyskać bardziej jednorodne wyniki odkształcenia. Określ liczbę klatek na sekundę dla testu. Dostosuj również czas naświetlania do wartości mniejszej niż jedna klatka na sekundę.
Aby zminimalizować czerwone obszary na obrazie, wykonaj pięć zdjęć, następnie dodaj punkty początkowe w serii obrazów i oblicz test, trzymając klawisz Ctrl. Kliknij w centrum próbki, aby zaobserwować szum tła. Jeśli szum przed testem przekracza 75 µs, wykonaj drenaż.
Powtórz proces kalibracji. Przygotuj się do wprowadzenia stentu, wybierając liczbę obrazów, które mają zostać wykonane podczas testu. Na potrzeby rozszerzania stentu wystarczy 200 obrazów.
Następnie należy stopniowo wprowadzić cewnik do lateksowego naczynia. Należy korzystać z markera na cewniku, aby prowadzić stent, aż dotrze on do centralnej lokalizacji. Rozpocząć wykonywanie obrazowania AAMI dla stentu rozprężnego balonem.
Stopniowo zwiększaj ciśnienie w baloniku, aby rozszerzyć stent, aż balonik zostanie całkowicie rozprężony. Następnie stopniowo zmniejszaj ciśnienie w baloniku do zera, aby go rozprężyć i wycofać wraz z cewnikiem w przypadku stentu samorozszerzalnego. Stopniowo usuwaj osłonkę, aż stent zostanie w pełni rozszerzony.
Następnie stopniowo wycofaj cewnik, aby obliczyć historię odkształcenia w konkretnym punkcie naczynia. Najpierw utwórz punkt pomiarowy, przytrzymując klawisz Ctrl i klikając w interesujący obszar. Następnie wybierz typ odkształcenia, aby przedstawić wykres odkształcenia w wybranym punkcie w czasie trwania badania dla odkształcenia przestrzennego wzdłuż określonej ścieżki naczynia.
Utwórz wieloetapową linię punktową, klikając w zakładkę sekcji, a następnie wybierając opcję utwórz sekcję. Wyznacz na obrazie linię równoległą do osi X przy wartości y równej zero. Spowoduje to utworzenie szeregu punktów etapowych w linii i wyświetlenie serii linii na jednym wykresie.
Każda linia reprezentuje odkształcenie w danym momencie w czasie wzdłuż długości przekroju. Aby przeanalizować szybkość rozszerzania i promień naczynia, utwórz cylinder najlepiej dopasowany (best fit cylinder) w górnym pasku narzędzi: wybierz „primitives”, a następnie „best fit cylinder”. Używając narzędzia wyboru przez powierzchnię (select through surface), zaznacz niewielki fragment obrazu, aby oprogramowanie A is wygenerowało trójwymiarowy cylinder najlepiej dopasowany; przełączaj się między tymi obrazami dopasowanych cylindrów, aby zaobserwować zmienność średnicy lateksowego naczynia.
Aby ocenić odległość między dwoma punktami, w zakładce analizy (analysis) kliknij opcję odległości od punktu do punktu (point to point distance). Następnie wybierz dwa punkty, aby zaznaczyć na obrazie odcinek wymagający analizy. Przejdź przez kolejne obrazy, aby zaobserwować zmianę odległości między tymi dwoma punktami w czasie.
Niniejszy eksperyment demonstruje mapowanie odkształceń podczas procesu powrotu sprężystego stentu rozszerzalnego balonikiem, a także główną historię odkształceń. W jednym konkretnym punkcie, podczas gdy rozpórki stentu rozszerzają ścianę naczynia na zewnątrz, kamery wysokiej rozdzielczości rejestrowały i śledziły przemieszczenie czarnych punktów referencyjnych na przewodzie. Na podstawie zarejestrowanego ruchu punktów referencyjnych oprogramowanie obliczyło odkształcenia przewodu lub każdego innego wybranego obiektu.
Wyraźnie widać, że wszczepiony stent doprowadził do nierównomiernego rozkładu odkształcenia na powierzchni naczynia. Ponadto główna krzywa historii odkształcenia w konkretnym punkcie 10 wykazała rozróżnialne etapy implantacji stentu. Rozszerzenie balonika następuje mniej więcej od 10. do 12. sekundy, a receszja stentu po wypuszczeniu powietrza z balonika zachodzi między 12. a 14. sekundą.
Ostatnio opanowana. Technikę tę można przeprowadzić w ciągu dwóch godzin. Pamiętaj o prawidłowym przeprowadzeniu procesu kalibracji.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym badaniu wykorzystano optyczny system pomiaru odkształceń powierzchniowych w celu charakterystyki rozkładów odkształceń tętnicy wywołanych przez stent. Ta bezkontaktowa technika pozwala na analizę wpływu implantacji stentu na naczynie gospodarza.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria biomedyczna
- Badania sercowo-naczyniowe
- Techniki pomiaru odkształcenia
Wstęp
- Stenty są wykorzystywane do podtrzymywania tętnic podczas i po implantacji.
- Zrozumienie rozkładu odkształceń jest kluczowe dla udoskonalenia konstrukcji stentów.
- Bezkontaktowe techniki pomiarowe oferują przewagę nad metodami tradycyjnymi.
- Systemy optyczne pozwalają na rejestrowanie szczegółowych profili odkształceń w czasie rzeczywistym.
Cel badania
- Aby zwizualizować rozkład odkształceń spowodowany implantacją stentu.
- Aby ocenić wpływ niejednorodnych odkształceń na model tętnicy.
- Aby porównać skuteczność optycznego pomiaru odkształceń z innymi technikami.
Zastosowane metody
- Przygotowanie modelu naczynia symulującego warunki tętnicze.
- Kalibracja optycznego systemu pomiaru odkształceń Aramis.
- Rozszerzenie stentu wewnątrz modelu naczynia.
- Rejestracja i analiza rozkładu odkształceń wzdłuż ścieżki osiowej.
Główne wyniki
- Stwierdzono, że rozkład odkształceń indukowanych przez stent jest nierównomierny.
- System Aramis umożliwił przeprowadzenie szczegółowych bezkontaktowych pomiarów odkształceń.
- Wyniki podkreślają znaczenie rozkładu odkształceń w projektowaniu stentów.
- Metody bezkontaktowe mogą usprawnić przyszłe badania naczyniowe.
Wnioski
- Optyczny pomiar odkształceń jest skuteczną metodą badania wpływu stentów.
- Niejednorodne wzorce odkształceń mogą wpływać na działanie stentu.
- Wymagane są dalsze badania w celu optymalizacji konstrukcji stentów w oparciu o dane dotyczące odkształceń.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Zrozumienie nierównomiernego rozkładu odkształceń podczas implantacji stentu jest kluczowe dla minimalizacji ryzyka w procesie opracowywania urządzeń naczyniowych. Metoda ta umożliwia ilościową ocenę oddziaływań mechanicznych między wspornikami stentu a ścianami naczyń, co zwiększa pewność prognostyczną przy kolejnych iteracjach projektu. Poprzez rejestrację profili odkształceń w czasie rzeczywistym, pozwala ona na sformułowanie hipotez mechanistycznych, które usprawniają dopracowywanie modeli przedklinicznych i ograniczają poleganie na empirycznych metodach prób i błędów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez kwantyfikację naprężeń mechanicznych wywołanych przez stent na powierzchniach naczyń.
- Wartość operacyjna: Zapewnia bezkontaktowe mapowanie pełnego pola odkształceń, co pozwala uniknąć artefaktów charakterystycznych dla tradycyjnych czujników.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Pozwala na generowanie ilościowych rozkładów odkształceń, które służą jako obiektywne dane do porównywania projektów stentów.
- Wartość operacyjna: Wspomaga standaryzację analizy poprzez zastosowanie powtarzalnych protokołów kalibracji i obrazowania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Łączy etap odkryć z walidacją przedkliniczną poprzez dostarczanie danych o odkształceniu istotnych dla odpowiedzi zmian w badaniach in vivo.
- Wartość operacyjna: Umożliwia współpracę międzyfunkcyjną dzięki wspólnym, mierzalnym punktom końcowym o charakterze mechanicznym.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum odkryć – od wczesnego testowania hipotez po doprecyzowanie modeli przedklinicznych – dostarczając wglądu w mechanizmy, który kieruje identyfikacją związków wiodących i optymalizacją projektowania.
- Biologia odkrywcza: Wspiera weryfikację hipotez poprzez powiązanie geometrii stentu z lokalnymi koncentracjami odkształceń na ścianach naczyń.
- Przesiewanie: Dostarcza gotowych do analizy, ilościowych wyników odkształceń, które umożliwiają obiektywne porównanie projektów stentów.
- Analityka: Zapewnia przestrzenne i czasowe pomiary odkształceń, które ułatwiają porównania między różnymi warunkami oraz walidację modeli.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość w badaniach przedklinicznych poprzez dostarczanie profili odkształceń, które określają środowiska mechaniczne istotne dla danej choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako platforma wielokrotnego użytku do oceny wielu projektów stentów w różnych zastosowaniach naczyniowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechaniczną w interakcjach między stentem a naczyniem dzięki bezpośredniemu, bezkontaktowemu pomiarowi odkształcenia.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalność i skalowalność poprzez standaryzację procesów kalibracji i obrazowania.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez identyfikację obszarów wysokiego odkształcenia, które mogą zwiększać ryzyko restenozy.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację projektów stentów w oparciu o profile wydajności mechanicznej z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie systemów optycznego pomiaru odkształceń i analizy korelacji obrazów.
- Zależna od zastosowania szybkich kamer stereo oraz skalibrowanego oświetlenia w celu dokładnego śledzenia powierzchni.
- Wymaga międzydyscyplinarnej standaryzacji progów odkształceń i protokołów analizy.
- Wiąże się z koniecznością uwzględnienia adaptacji przy przejściu z modeli naczyń sztucznych na modele tkanek biologicznych lub chorobowych.
- Ograniczona dostępnością powierzchni oraz wymaganiami dotyczącymi kontrastu w celu niezawodnego śledzenia wzoru plamek.
