Protokół względnej oceny hydrodynamicznej trójpłatkowych zaworów polimerowych
17 października 2013
Ponownie pojawiło się zainteresowanie rozwojem zaworów polimerowych. W tym przypadku celem jest wykazanie wykonalności modyfikacji komercyjnego powielacza impulsów w celu dostosowania go do geometrii trójulotkowej oraz zdefiniowanie protokołu prezentacji danych hydrodynamicznych zaworów polimerowych w porównaniu z danymi natywnymi i protezowymi zastawek zebranymi w niemal identycznych warunkach.
Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest wykazanie, w jaki sposób dostępny na rynku powielacz impulsów in vitro może pomieścić pojawiające się tri leaflety, polimerowe protezy zastawki serca oraz ocenę wskaźników hydrodynamicznych zespołu. Osiąga się to poprzez zmontowanie rurki i uchwytu zaworu, aby dostosować się do konfiguracji zaworu trójulotkowego w powielaczu impulsów W drugim etapie zawory polimerowe są zszywane na miejscu i testowane w celu zmierzenia ich wskaźników hydrodynamicznych. Rodzime zastawki świńskie i mechaniczne zastawki serca są również testowane w celu walidacji modyfikacji sprzętowych systemu w konstrukcji mechanicznej zastawki syntetycznej.
Wyniki pokazują, że zmodyfikowany system powielacza impulsów może być wykorzystany do oceny zaworów polimerowych z natywną hydrodynamiką zaworów świńskich i mechanicznych, dostarczając w ten sposób informacji na temat funkcjonalnych aspektów konstrukcji zaworów polimerowych. Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe w tej metodzie będą zdezorientowane, ponieważ techniki są żmudne i istnieje wiele pojęć związanych z metrykami hydrodynamicznymi, które są niezbędne do dokładnej oceny protezy zastawki i które zwykle nie są nauczane w tradycyjnym programie nauczania inżynierii. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku rozwoju funkcjonalnego pojawiających się technologii protez zastawek serca, ponieważ ocena hydrodynamiczna dostarcza informacji na temat tego, jak jeszcze bardziej poprawić cechy konstrukcyjne protezy zastawki har, wraz z Manuelem.
Asystując mu. W tej demonstracji weźmie udział Carl Lande, brat i student studiów licencjackich w moim laboratorium. Protokół ten rozpoczyna się od wyprodukowania zespołu.
Obejmuje to uchwyt zaworu służący do zszywania ulotek zaworu, rurkę służącą do przechowywania uchwytu zaworu i otaczające akcesoria, które mocują zespół do systemu powielacza impulsów. Wymagany jest również dostępny na rynku system powielacza impulsów Zanim system zostanie użyty jako pierwszy, należy zalać całą pętlę. Wyczyść system pętli za pomocą mydła i wody.
Podczas tego procesu wymień wszystkie uszkodzone rurki. Następnie skalibruj przyrządy podłączone do pętli, którymi są pompa, sonda przepływu i przetworniki ciśnienia. Kalibracja rozpoczyna się od 1% roztworu soli fizjologicznej, a następnie roztworu gliceryny analogu krwi.
Zazwyczaj kalibruje się je do wykonywania pomiarów w lokalizacjach przedsionkowych, aortalnych i komorowych. Po kalibracji przystąp do przygotowania zaworów. Zdobądź cztery świeże serca wieprzowe z nienaruszoną aortą z rzeźni zatwierdzonej przez A-U-S-D-A.
Rozpakuj i opłucz serce wodą dejonizowaną i umieść je w pojemniku wypełnionym 1% antybiotykiem przeciwgrzybiczym w PBS na lodzie. Przewieź go do laboratorium badań hydrodynamicznych. Umieść jedno z serc na patelni preparacyjnej i ostrożnie usuń jego osierdzie.
Patrząc na stronę brzuszną, sprawdź cztery komory i zlokalizuj łuk aorty na nienaruszonej aorcie. Następnie podziel serce na połówki. Przeciąć poziomo trzy czwarte cala poniżej pierścienia na styku aorty z lewą komorą i odizolować nienaruszoną aortę przyczepioną do segmentu tkanki lewej komory.
Zbadaj zastawkę aortalną znajdującą się w korzeniu aorty pod kątem uszkodzeń lub zwapnień. Jest to obszar między aortą wstępującą a dolnym pierścieniem. Jeśli wygląda dobrze, podziel aortę około cala powyżej pierścienia, w przeciwnym razie wyrzuć tkankę.
Następnie oddziel lewy segment tkanki komorowej poniżej pierścienia, aby odizolować zastawkę aortalną z izolowaną zastawką. Kontynuuj szycie, aby przymocować zastawkę do uchwytu. Najpierw umieść go w uchwycie zaworu.
Dopasuj podstawę zaworu do podstawy uchwytu słupka. Następnie tymczasowo zabezpiecz zawór spinaczem do papieru. Uważaj, aby nie uszkodzić spoidła ani guzków.
Teraz umieść szwy na dole uchwytu zaworu. Przełóż igłę przez pierwszy otwór i zejdź na dół. Następnie w pętli przyszyj zawór do uchwytu zaworu wzdłuż słupków.
Kontynuuj szycie wzdłuż obwodu uchwytu. Zakończ szycie dodatkowym szwem wokół końcówek słupków, aby zwiększyć bezpieczeństwo. Po zszyciu przymocuj zawór do wszystkich słupków.
Usuń spinacz do papieru w tej demonstracji. Stosowany jest system powielacza impulsów vi vitro. Kroki będą różne w przypadku innych systemów.
Rozpocznij ocenę od ustawienia tętna systemu na 70 uderzeń na minutę. Następnie wybierz przebieg przepływu do napędzania pompy, którym w tym przypadku jest przebieg S 35. Teraz włącz wzmacniacz i pompę tłokową i pozwól im się rozgrzać przez 15 minut.
Podczas testowania zastawki dwupłatkowej umieść ją w systemie w pozycji aortalnej dla zastawki szytej. Najpierw umieść go w szklanej rurce w celu wykonania niestandardowego montażu, łącząc rurkę z górną i dolną częścią i zabezpiecz je bocznymi. Właśnie włożyliśmy zawór polimerowy.
Jest to ta sama procedura, której używamy do wkładania natywnego zaworu. Następnie umieść zespół między komorą aorty a oryginalnym uchwytem zastawki aortalnej z zaworem na miejscu, rozsmaruj smar próżniowy na wszystkich połączeniach, które mogą przeciekać. Następnie dodaj dwa litry 35% gliceryny w soli fizjologicznej do komory przedsionkowej.
Teraz, gdy system jest już napełniony, najważniejszym krokiem jest upewnienie się, że wszystkie komponenty są dobrze skalibrowane. Dwie osoby współpracują ze sobą, aby skonfigurować system. Teraz upewnij się, że przetwornik przepływu jest ustawiony na pozycję aorty i włącz go, postępując zgodnie z instrukcjami w zakładce kalibracja w oprogramowaniu, skalibruj pompę, a następnie przetwornik przepływu, a następnie przetworniki ciśnienia.
Po zakończeniu kalibracji uruchom pompę na niskich obrotach, aż płyn wypełni komorę aortalną. Sprawdź, czy nie ma wycieków i uszczelnij je dodatkowym smarem próżniowym. Przekręć oba zawory odcinające do pozycji otwartej.
Są to przetworniki aorty i komór. Zwiększ obroty pompy, aż objętość wyrzutowa osiągnie 80 mililitrów na uderzenie. Pozwól systemowi pracować przez 10 minut, aż przepływ się ustabilizuje.
Można to zweryfikować, obserwując kształty fal przepływu i ciśnienia na ekranie. Gdy różnice między cyklami są nieobserwowane lub bardzo niewielkie, system się ustabilizował. Teraz w oprogramowaniu testowym VI wybierz tryb pozyskiwania i kliknij zbierz 10 cykli z trybu analizy, kliknij tabelę i zapisz plik.
Zapisz także obraz przebiegów za pomocą snapa fotograficznego. Porównano wariant piąty, polimerowy cztery rodzime zawory wieprzowe i dwa dwulistkowe. Natężenie przepływu mierzono za pomocą przepływomierza elektromagnetycznego połączonego z nieinwazyjną sondą przepływu umieszczoną w miejscu styku komory i aorty.
Ciśnienie komorowe mierzono w komorze komory za pomocą nałożonego na nią przetwornika ciśnienia z mikrokońcówką. Wynikiem są podane wartości dla zaworów natywnych i B o średnicy 29 milimetrów. Z literatury.
Ciśnienie w aorcie mierzono tuż za położeniem zastawki aortalnej za pomocą przetwornika ciśnienia z mikrokońcówką. Ponownie podane są również wcześniej podane wartości dla zaworów o średnicy 29 milimetrów. Podsumowując, wiele parametrów zostało obliczonych na podstawie wykonanych pomiarów przepływu i ciśnienia.
Wielkość badanych zaworów wynosiła średnio około 22 milimetry średnicy według ulotki. Zawory były trudne do zdobycia. W związku z tym ich wielkość próby jest niewielka.
Po opanowaniu tej techniki, w tym przygotowania próbki i oceny hydrodynamicznej, można ją przeprowadzić w ciągu około dwóch i pół godziny. Byliśmy w stanie zademonstrować za pomocą niestandardowego zespołu, że zbudowaliśmy sposób, w jaki możemy dostosować się do konstrukcji zaworów polimerowych z trzema łopatkami lub zaworami polimerowymi z trzema łopatkami, a następnie włączyć te typy zaworów lub zawory polimerowe do istniejącej komercyjnej pętli pulsacyjnej w celu funkcjonalnej oceny hydrodynamicznej. Jednocześnie udało nam się wykazać, że możemy obiektywnie porównać te zawory z zaworem natywnym, który również ma geometrię trójstronną.
W naszym przypadku używamy natywnych zastawek aortalnych świń, ponieważ zastawki te są bardzo podobne do zastawek ludzkich. Wreszcie, postępując zgodnie z tymi procedurami, możemy również przyjrzeć się innym obszarom badań, takim jak rozwój zastawek montowanych w rusztowaniach, które można wykorzystać do inżynierii tkankowej, do celów zastawek serca.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie wykazuje możliwość modyfikacji komercyjnego duplikatora tętna w celu dostosowania go do trójpłatkowych polimerowych zastawek serca. Definiuje ono również protokół oceny parametrów hydrodynamicznych tych zastawek w porównaniu z zastawkami natywnymi i mechanicznymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria biomedyczna
- Urządzenia sercowo-naczyniowe
- Hydrodynamika
Wstęp
- Nowoczesne technologie polimerowych zastawek serca wymagają dokładnej oceny.
- Parametry hydrodynamiczne są kluczowe dla oceny wydajności zastawki.
- Istniejące metody mogą nie w pełni uwzględniać występujących komplikacji.
- Zrozumienie tych parametrów może prowadzić do udoskonalenia projektów protez.
Cel badania
- Modyfikacja duplikatora tętna w celu testowania zastawek trójpłatkowych.
- Opracowanie protokołu oceny hydrodynamicznej.
- Porównanie zastawek polimerowych z odpowiednikami natywnymi i mechanicznymi.
Zastosowane metody
- Montaż uchwytu zaworu i rurki dla konfiguracji trójpłatkowej.
- Szycie zaworów polimerowych i przygotowanie do testów hydrodynamicznych.
- Kalibracja systemu duplikatora tętna za pomocą roztworów soli fizjologicznej i gliceryny.
- Testowanie natywnych zaworów świńskich oraz mechanicznych w celu walidacji.
Główne wyniki
- Zmodyfikowany duplikator tętna skutecznie ocenia hemodynamikę polimerowych zastawek.
- Zdobyta wiedza może być wykorzystana przy projektowaniu przyszłych zastawek polimerowych.
- Trudności w metodologii podkreślają potrzebę specjalistycznego przeszkolenia.
- Badanie stanowi podstawę dla dalszych badań nad protezami zastawek.
Wnioski
- Ocena hydrodynamiczna jest kluczowa dla rozwoju zaworów polimerowych.
- Zmodyfikowane systemy mogą uzupełnić luki w obecnych technikach oceny.
- Przyszłe prace powinny skupić się na udoskonaleniu tych metod w celu ich szerszego zastosowania.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Niniejszy protokół umożliwia wczesną ocenę hemodynamiczną trójpłatkowych polimerowych zastawek serca z wykorzystaniem zmodyfikowanego komercyjnego pulsatora, dostarczając obiektywnych danych funkcjonalnych niezbędnych do optymalizacji projektów. Dzięki możliwości bezpośredniego porównania z zastawkami natywnymi i mechanicznymi w identycznych warunkach, metoda ta zmniejsza zmienność pomiarową i wspiera minimalizację ryzyka mechanistycznego w rozwoju urządzeń sercowo-naczyniowych. Podejście to stanowi skalowalną i powtarzalną platformę do oceny nowych protez zastawek w fazach odkrycia i badań przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących konstrukcji zastawek poprzez ilościowe wskaźniki hydrodynamiczne w warunkach przepływu odpowiadających warunkom fizjologicznym.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowany system oceny funkcjonalnej, który ogranicza zmienność między poszczególnymi seriami testów a techniką operatora.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje powtarzalne, ilościowe wyniki, takie jak spadek ciśnienia, natężenie przepływu i objętość cofania się krwi, służące do porównawczego przesiewu zastawek.
- Wartość operacyjna: Wspiera przygotowanie do analizy poprzez przystosowanie systemu komercyjnego do elastycznych geometrii trójpłatowych, co umożliwia ponowne wykorzystanie platformy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia ciągłość translacyjną, umożliwiając bezpośrednią ocenę zastawek polimerowych w porównaniu z natywnymi zastawkami świńskimi oraz wzorcami mechanicznymi.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka, dostarczając obiektywnych danych dotyczących parametrów hydrodynamicznych na wczesnym etapie cyklu projektowego.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces odkryć naukowych, wspierając ewaluację projektów opartą na hipotezach, umożliwiając ilościowy screening prototypów zastawek oraz dostarczając danych do walidacji przedklinicznej poprzez zbenchmarkowane profilowanie hydrodynamiczne.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez pomiar funkcjonalnej wydajności projektów zastawek w kontrolowanym środowisku przepływu pulsacyjnego.
- Screening: Zapewnia standaryzację testów i ilościowe wyniki hydrodynamiczne, które umożliwiają obiektywne porównanie poszczególnych iteracji zastawek.
- Analityka: Dostarcza mierzalne odczyty, w tym spadek ciśnienia przepływu w przód, średniokwadratowy przepływ w zastawce aorty, dynamikę zamykania, przecieki oraz straty energii do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy etap odkryć z pracami przedklinicznymi, umożliwiając walidację w odniesieniu do zastawek natywnych i mechanicznych standardowych (gold-standard) w identycznych warunkach testowych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania testów hydrodynamicznych, które mogą być stosowane w wielu kampaniach projektowania zastawek bez konieczności opracowywania niestandardowych systemów.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w projektowaniu zastawek poprzez dostarczanie obiektywnych, porównywalnych danych hydrodynamicznych dla różnych typów zastawek.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację dzięki zmodyfikowanemu systemowi komercyjnemu z określonymi krokami kalibracji i przygotowania.
- Wartość strategiczna: Ulepsza decyzje typu go/no-go poprzez redukcję biologicznego ryzyka na późnych etapach dzięki wczesnemu ograniczaniu ryzyka funkcjonalnego prototypów zastawek polimerowych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację projektów zastawek z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o mierzalne parametry hydrodynamiczne w stosunku do ustalonych punktów odniesienia.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie hemodynamiki układu sercowo-naczyniowego, technik szycia zastawek oraz obsługi systemu powielacza tętna.
- Zależne od dostępu do komercyjnego systemu powielacza tętna, który umożliwia modyfikację w celu dostosowania do zastawki trójpłatkowej.
- Wymaga standaryzacji procedur przygotowania zastawek, szycia oraz kalibracji systemu pomiędzy zespołami.
- Wiąże się z koniecznością uwzględnienia adaptacji podczas stosowania protokołu dla różnych materiałów polimerowych, rozmiarów zastawek lub warunków przepływu.
- Ograniczone przez stopień złożoności technicznej konfiguracji oraz potrzebę specjalistycznego szkolenia w zakresie interpretacji parametrów hydrodynamicznych.
