Name: Eksperymentalne badanie wtórnych struktur przepływu za modelowym uszkodzeniem stentu typu IV w odcinku testowym tętnicy zakrzywionej pod kątem 180° (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: Poznaj metodę PIV i detekcji struktur koherentnych w zakrzywionej tętnicy z uszkodzonym stentem typu IV. Technika umożliwia badanie wtórnych struktur przepływu krwi i ich wpływu na hemodynamikę naczyniową.

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

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.

<ol><li>Dean, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Note+on+the+motion+of+a+fluid+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22Phil+Mag%22%5BJournal%5D)">Note on the motion of a fluid in a curved pipe.</a> Phil Mag. 7, 208-223 (1927).</li>
<li>Dean, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+streamline+motion+of+a+fluid+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22Phil+Mag%22%5BJournal%5D)">The streamline motion of a fluid in a curved pipe.</a> Phil Mag. 7, 673-695 (1928).</li>
<li>Lyne, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsteady+viscous+flow+in+a+curved+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid.+Mech%22%5BJournal%5D)">Unsteady viscous flow in a curved pipe.</a> J. Fluid. Mech. 45, part 1 13-31 (1970).</li>
<li>Glenn, A. L., Bulusu, K. V., Shu, F., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+flow+structures+under+stent-induced+perturbations+for+cardiovascular+flow+in+a+curved+artery+model%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Heat+Fluid+Fl%22%5BJournal%5D)">Secondary flow structures under stent-induced perturbations for cardiovascular flow in a curved artery model.</a> Int. J. Heat Fluid Fl. 35, 76-83 (2012).</li>
<li>Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+flow+morphologies+due+to+model+stent-induced+perturbations+in+a+180%C2%B0+curved+tube+during+systolic+deceleration%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Secondary flow morphologies due to model stent-induced perturbations in a 180° curved tube during systolic deceleration.</a> Exp. Fluids. 54, 1493(2013).</li>
<li>Bulusu, K. V., Hussain, S., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+secondary+flow+morphologies+by+wavelet+analysis+in+a+curved+artery+model+with+physiological+inflow%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Determination of secondary flow morphologies by wavelet analysis in a curved artery model with physiological inflow.</a> Exp. Fluids. 55, 1832(2014).</li>
<li>Womersley, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Method+for+the+calculation+of+velocity%2C+rate+of+flow+and+viscous+drag+in+arteries+when+the+pressure+gradient+is+known%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known.</a> J. Physiol. 127, 553-563 (1955).</li>
<li>Sheriff, J., Bluestein, D., Girdhar, G., Jesty, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-shear+stress+sensitizes+platelets+to+subsequent+low-shear+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">High-shear stress sensitizes platelets to subsequent low-shear conditions.</a> Ann. Biomed. Eng. 38 (4), 1442-1450 (2010).</li>
<li>Popma, J. J., Tiroch, K., Almonacid, A., Cohen, S., Kandzari, D. E., Leon, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+qualitative+and+quantitative+angiographic+analysis+of+stent+fracture+late+following+sirolimus-eluting+stent+implantation%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">A qualitative and quantitative angiographic analysis of stent fracture late following sirolimus-eluting stent implantation.</a> Am. J. Cardiol. 103 (7), 923-929 (2009).</li>
<li>Kim, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fractured+sirolimus-eluting+stent+with+a+coronary+aneurysm%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Thorac.+Surg%22%5BJournal%5D)">A fractured sirolimus-eluting stent with a coronary aneurysm.</a> Ann. Thorac. Surg. 88, 664-665 (2009).</li>
<li>Adlakha, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stent+fracture+in+the+coronary+and+peripheral+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Interv.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Stent fracture in the coronary and peripheral arteries.</a> J. Interv. Cardiol. 23 (4), 411-419 (2010).</li>
<li>Alexopoulos, D., Xanthopoulou, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+stent+fracture%3A+How+frequent+it+is%3F+Does+it+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Hellenic+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Coronary stent fracture: How frequent it is? Does it matter.</a> Hellenic J. Cardiol. 52, 1-5 (2011).</li>
<li>Nair, R. N., Quadros, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+stent+fracture%3A+A+review+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiac.+Cath.+Lab+Director%22%5BJournal%5D)">Coronary stent fracture: A review of the literature.</a> Cardiac. Cath. Lab Director. 1, 32-38 (2011).</li>
<li>Jaff, M., Dake, M., Popma, J., Ansel, G., Yoder, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardized+evaluation+and+reporting+of+stent+fractures+in+clinical+trials+of+noncoronary+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Catheter+Cardiovasc.+Interv%22%5BJournal%5D)">Standardized evaluation and reporting of stent fractures in clinical trials of noncoronary devices.</a> Catheter Cardiovasc. Interv. 70, 460-462 (2007).</li>
<li>Holdsworth, D., Norley, C. J., Frayne, R., Steinman, D. A., Rutt, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+common+carotid+artery+blood-flow+waveforms+in+normal+human+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Meas%22%5BJournal%5D)">Characterization of common carotid artery blood-flow waveforms in normal human subjects.</a> Physiol. Meas. 20 (3), 219-240 (1999).</li>
<li>Deutsch, S., Tarbell, J. M., Manning, K. B., Rosenberg, G., Fontaine, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+fluid+mechanics+of+pulsatile+artificial+blood+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Experimental fluid mechanics of pulsatile artificial blood pumps.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 65-86 (2006).</li>
<li>Yousif, M. Y., Holdsworth, D. W., Poepping, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+blood-mimicking+fluid+for+particle+image+velocimetry+with+silicone+vascular+models%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">A blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models.</a> Exp. Fluids. 50, 769-774 (2011).</li>
<li>Budwig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refractive+index+matching+methods+for+liquid+flow+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Refractive index matching methods for liquid flow investigations.</a> Exp. Fluids. 17, 350-355 (1994).</li>
<li>Hunt, J. C. R., Wray, A. A., Moin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eddies%2C+stream%2C+and+convergence+zones+in+turbulent+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Center+for+Turbulence+Research%22%5BJournal%5D)">Eddies, stream, and convergence zones in turbulent flows.</a> Center for Turbulence Research. , Report CTR-S88 (1988).</li>
<li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+and+interpretation+of+instantaneous+turbulent+velocity+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp. Fluids. 29, 275-290 (2000).</li>
<li>Chong, M., Perry, A. E., Cantwell, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+general+classification+of+three-dimensional+flow+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids+A%22%5BJournal%5D)">A general classification of three-dimensional flow fields.</a> Phys. Fluids A. 2 (5), 765-777 (1990).</li>
<li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+for+generating+coherent+packets+of+hairpin+vortices+in+channel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li>
<li>Haller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+objective+definition+of+a+vortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">An objective definition of a vortex.</a> J. Fluid Mech. 525, 1-26 (2005).</li>
<li>Chakraborty, P., Balachander, S., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+relationships+between+local+vortex+identification+schemes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">On the relationships between local vortex identification schemes.</a> J. Fluid Mech. 535, 189-214 (2005).</li>
<li>Wallace, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+of+experimental+and+direct+numerical+simulation+access+to+the+velocity+gradient+tensor%3A+What+have+we+learned+about+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Twenty years of experimental and direct numerical simulation access to the velocity gradient tensor: What have we learned about turbulence.</a> Phys. Fluids. 21, 021301(2009).</li>
<li>Farge, M., Guezennec, Y., Ho, C. M., Meneveau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+wavelet+analysis+of+coherent+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Center+for+Turbulence+Research%2C+Proceedings+of+the+Summer+Program%22%5BJournal%5D)">Continuous wavelet analysis of coherent structures.</a> Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program. , 331-348 (1990).</li>
<li>Himburg, H. A., Friedman, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correspondence+of+Low+Mean+Shear+and+High+Harmonic+Content+in+the+Porcine+Iliac+Arteries%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+J.+Biomedical+Eng%22%5BJournal%5D)">Correspondence of Low Mean Shear and High Harmonic Content in the Porcine Iliac Arteries.</a> ASME J. Biomedical Eng. 128, 852-856 (2006).</li>
<li>Dai, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+endothelial+phenotypes+evoked+by+arterial+waveforms+derived+from+atherosclerosis-susceptible+and+-resistant+regions+of+human+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Distinct endothelial phenotypes evoked by arterial waveforms derived from atherosclerosis-susceptible and -resistant regions of human vasculature.</a> PNAS. 101 (41), 14871-14876 (2004).</li>
<li>Hanus, J., Zahora, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+and+comparison+of+mechanical+properties+of+nitinol+stents%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Scripta%22%5BJournal%5D)">Measurement and comparison of mechanical properties of nitinol stents.</a> Physica Scripta. 118, 264-267 (2005).</li>
<li>Segur, J. B., Oberstar, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscosity+of+glycerol+and+its+aqueous+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem%22%5BJournal%5D)">Viscosity of glycerol and its aqueous solutions.</a> Ind. Eng. Chem. 43, 2117-2120 (1951).</li>
<li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAdrian%2C+RJ+%22Particle+image+velocimetry%22">Particle image velocimetry</a>. , Cambridge University Press. NY. (2011).</li>
<li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+image+velocimetry+-+A+practical+guide%2C+2nd+ed%22">Particle image velocimetry - A practical guide, 2nd ed</a>. , Springer. Berlin. (2007).</li>
<li>Moisy, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMoisy%2C+F+%22PIVmat+3.01+software%22">PIVmat 3.01 software</a>. , Laboratoire FAST., University Paris Sud, University Pierre et Marie Curie. CNRS. 91405 Orsay Cedex, France. (2013).</li>
<li>Ruppert-Felsot, J. E., Praud, O., Sharon, E., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+coherent+structures+in+a+rotating+turbulent+flow+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Extraction of coherent structures in a rotating turbulent flow experiment.</a> Physical Review E. 72, 016311(2005).</li>
<li>Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shannon+entropy-based+wavelet+transform+methods+for+autonomous+coherent+structure+identification+in+fluid+flow+field+data%5BTitle%5D)+AND+%22Entropy%22%5BJournal%5D)">Shannon entropy-based wavelet transform methods for autonomous coherent structure identification in fluid flow field data.</a> Entropy. 17 (10), 6617-6642 (2015).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Protokół przedstawiony w niniejszej pracy opisuje pozyskiwanie wysokiej jakości danych doświadczalnych z wykorzystaniem techniki obrazowej pomiaru prędkości cząstek (PIV) oraz metod detekcji struktur spójnych, tj. ciągłych przekształceń falkowych, <img alt="Równanie kryteriów Q i λci; istotne dla analizy fizycznej, metod optymalizacji." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">, odpowiednich do identyfikacji przepływów zdominowanych przez wiry i ścinani...

Struktury przepływu wtórnego to wirowe wzorce przepływu, które występują w wewnętrznych geometriach przepływu z zakrzywieniami, takich jak zakrzywione rury i kanały. Struktury wirowe te powstają w wyniku połączonego działania sił odśrodkowych, niekorzystnych gradientów ciśnienia oraz charakterystyki dopływu. Ogólnie struktury przepływu wtórnego pojawiają się w płaskich przekrojach poprzecznych zakrzywionych rur jako symetryczne wiry typu Deana przy stałym dopływie oraz symetryczne wiry typu Deana i Lyne'a w warunkach dopływu oscylacyjnego 1 - 3. Morfologia przepływu wtórnego jest w dużym stopniu zależna od pulsacyjności oraz wielu harmonicznych pulsacyjnych, fizjologicznych warunków dopływu. Struktury te wykazują wyraźnie odmienną charakterystykę pod względem wielkości, siły i kształtu w porównaniu do przepływów niefizjologicznych (stałych i oscylacyjnych) 1 - 6. Rozwój zmian miażdżycowych w tętnicach jest zależny od występowania wysokoczęstotliwościowych oscylacji ścinania w obszarach o niskim średnim ścinaniu 27, 28. Struktury przepływu wtórnego mogą wpływać na postęp takich chorób jak miażdżyca i potencjalnie pośredniczyć w odpowiedzi śródbłonka na pulsacyjny przepływ krwi poprzez zmianę naprężeń ścinających przy ścianie oraz czasu ekspozycji cząstek przenoszonych przez krew.
Powszechną metodą leczenia miażdżycy, powikłania prowadzącego do zwężenia tętnic przez zmiany obturacyjne, jest implantacja stentów. Złamania stentów to uszkodzenia strukturalne wszczepionych stentów, które prowadzą do dalszych powikłań medycznych, takich jak restenoza wewnątrzstentowa (ISR), zakrzepica stentu oraz tworzenie się tętniaków 9 - 13. Złamania stentów zostały podzielone na różne „typy uszkodzeń od I do IV”, wśród których „typ IV” charakteryzuje się najwyższym stopniem ciężkości klinicznej i definiowany jest jako całkowite poprzeczne złamanie zastręk stentowych wraz z liniowym przemieszczeniem fragmentów stentu 14. Protokół przedstawiony w niniejszym badaniu opisuje eksperymentalną metodę wizualizacji struktur przepływu wtórnego poniżej idealizowanego złamania stentu „typu IV” w modelu zakrzywionej tętnicy.
Sugerowany protokół posiada następujące cztery kluczowe cechy:
Projektowanie i wykonanie modeli stentów w skali laboratoryjnej: Opis geometryczny stentów może być powiązany z zestawem samorozprężalnych spiral (sprężyn lub helis) splecionych z drutów z Nitinolu (stopu niklu i tytanu) 29. Długość stentu oraz średnica jego rozpórek zależą od skali długości zmian tętniczych napotykanych podczas implantacji klinicznej 5. Parametryczna zmiana średnicy rozpórki i skoku nawijania (lub kroku) prowadzi do uzyskania stentów o różnych konfiguracjach geometrycznych. Podsumowanie parametrów konstrukcyjnych stentów wybranych do druku 3D przedstawiono w Tabeli 1.
Przygotowanie roboczego płynu analogu krwi dopasowanego lepkością kinematyczną do krwi oraz współczynnikiem załamania światła do sekcji testowej: W celu wykonania nieinwazyjnych pomiarów prędkości wymagany jest dostęp optyczny do zakrzywionej sekcji testowej tętnicy. W związku z tym, aby uzyskać dokładne pomiary przepływu krwi, stosuje się newtonowski płyn roboczy imitujący krew o współczynniku załamania światła zgodnym z modelem naczyniowym i idealnie dopasowanej lepkości dynamicznej do krwi ludzkiej 16 - 18, 30. Płyn roboczy wykorzystany w niniejszym badaniu został opisany przez Deutsch et al. (2006) i składał się z 79% nasyconego wodnego roztworu jodku sodu (NaI), 20% czystego gliceryny i 1% wody (objętościowo)16.
Układ eksperymentalny do wykrywania koherentnych struktur przepływu wtórnego z wykorzystaniem dwuskładnikowej, dwuwymiarowej wideo-pachymetrii cząsteczek (2C-2D PIV): Eksperymenty zaprojektowano w celu pozyskania danych o prędkości przepływu wtórnego uśrednionej po fazach w różnych płaskich przekrojach poprzecznych poniżej kombinacji prostych i zakrzywionych sekcji stentu, odwzorowujących idealizowane złamanie stentu „Typu IV” 5, 6, 9, 14. Kroki protokołu dotyczące pozyskiwania pól prędkości przepływu wtórnego przy użyciu techniki wideo-pachymetrii cząsteczek (PIV) obejmują system PIV składający się z laserowego źródła światła (płaszczyzny świetlnej), optyki do ogniskowania i oświetlania obszarów przepływu, specjalnego urządzenia ładunkowego do korelacji wzajemnej (sensor CCD lub kamera) oraz cząsteczek znacznika, które są oświetlane przez płaszczyznę świetlną w krótkim przedziale czasowym (Δt; patrz Tabela 4) 31, 32.
Kroki opisane w protokole zakładają następujące warunki: Po pierwsze, skalibrowany układ doświadczalny dwuskładnikowego, dwuwymiarowego (2C-2D) systemu PIV, który analizuje obrazy za pomocą rejestracji dwuklatkowej przy pojedynczej ekspozycji. Po drugie, system 2C-2D PIV oblicza średnie przemieszczenia cząstek znacznikowych, wykonując korelację wzajemną między dwiema klatkami obrazu uzyskanymi podczas każdego pomiaru. Zwięzłe podsumowanie specyfikacji PIV oraz oprogramowania do akwizycji obrazu znajduje się w tabeli materiałów i sprzętu. Po trzecie, cały wykwalifikowany personel laboratoryjny stosuje się do wszelkich środków ostrożności niezbędnych do obsługi lasera, zgodnie z wytycznymi dostarczonymi przez instytucję prowadzącą. Autorzy sugerują zapoznanie się z publikacjami 31 i 32 w celu całościowego zrozumienia implementacji, funkcjonalności i zastosowania techniki PIV w aerodynamice, hydrodynamice i mikroprzepływach, detekcji piku korelacji i szacowania przemieszczeń, materiału i gęstości cząstek znacznikowych oraz szumu pomiarowego i dokładności. Należy również zauważyć, że laserem i kamerą można sterować za pomocą komputera do akwizycji danych PIV (Rysunek 3A) oraz oprogramowania do przetwarzania danych.
Pozyskiwanie danych i postprocessing w celu wykrywania struktur koherentnych: Pomiary prędkości przepływu wtórnego uśrednione w fazie, przeprowadzone przy użyciu 2C-2D PIV, zostały wykonane zgodnie z poniższym opisem protokołu. Postprocessing danych obejmował wykrywanie koherentnych struktur przepływu wtórnego przy użyciu trzech następujących metod: ciągłych transformat falkowych, <img alt="Równanie kryteriów Q i λ&lt;sub&gt;ci&lt;/sub&gt;; istotne dla analizy fizycznej, metod optymalizacji." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1"> 5, 6, 19 - 24, 26.
Autorzy zauważają, że tensor gradientu prędkości jest w istocie macierzą 3 x 3, 
<img alt="Macierz pochodnych cząstkowych, dynamika płynów, Jakobian, metoda rachunku wektorowego, schemat edukacyjny." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2">.
Protokół przedstawia metodę pozyskiwania dwuwymiarowych pomiarów doświadczalnych (z techniki 2C-2D PIV). W związku z tym, przy zastosowaniu tej metody nie będzie możliwe uzyskanie pełnego dostępu doświadczalnego do tensora gradientu prędkości. Tensor gradientu prędkości dla każdego piksela <img alt="Diagram statycznej równowagi ΣFx=0; analiza układu dynamicznego; fizyczne badanie bilansu sił." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3"> obrazu PIV <img alt="Diagram statycznej równowagi; ΣFx=0; edukacyjna analiza fizyczna; badanie stabilności mechanicznej." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 4"> powinien być macierzą 2 x 2, <img alt="Statyczna równowaga, dwuwymiarowa macierz gradientu, równanie matematyczne, diagram pochodnych cząstkowych." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5">. Składowa z wirowości <img alt="Diagram równania wirowości ω_mn^z, analiza dynamiki płynów, pokazująca pochodne cząstkowe prędkości." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 6"> dla każdego piksela <img alt="Statyczna równowaga; ΣFx=0; diagram inżynieryjny." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 7"> jest obliczana przy użyciu antysymetrycznej części tensora gradientu prędkości <img alt="Zmienna dynamiczna (Ω̅mn) w równaniach fizycznych dla analizy badań edukacyjnych." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq8.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 8">. Wynikiem będzie dwuwymiarowa macierz wirowości <img alt="Wzór statycznej równowagi (ω), symbol matematyczny dla analizy ruchu obrotowego." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq9.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 9">, którą można przedstawić na wykresie konturowym. Autorzy zdecydowanie zalecają zapoznanie się z publikacją 25 w celu uzyskania szczegółowej dyskusji na temat dostępu doświadczalnego do tensora gradientu prędkości w celu pogłębienia wiedzy o dysypacji wirowości, szybkościach odkształcenia i detekcji struktur koherentnych. Ponadto autorzy nie podejmują prób badania wzajemnych zależności między wyżej wspomnianymi metodami detekcji struktur koherentnych i odsyłają do publikacji 23 i 24 w celu uzyskania kompleksowej dyskusji na ten temat.
Celem kroków opisanych w protokole jest ilościowa identyfikacja struktur przepływu wtórnego (wirowych), znanych również jako struktury koherentne. Do danych pola prędkości zastosowano trzy metody detekcji struktur koherentnych, mianowicie: <img alt="Kryteria Q, λᵢ; symbol równania; notacja badawcza." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq10.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 10"> oraz przekształconą falką wirowość <img alt="Symbol matematyczny Omega z kapeluszem, używany w równaniach fizycznych, koncepcja symbolu." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq11.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 11">, w celu wykrycia wieloskalowych i o różnej intensywności wystąpień struktur przepływu wtórnego poniżej zidealizowanego pęknięcia stentu „typu IV”.
Wzór <img alt="Równania równowagi statycznej ΣFx=0, ΣFy=0; analiza matematyczna; schemat edukacyjny." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq12.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 12">, definiuje wir jako obszar przestrzenny, w którym norma euklidesowa tensora wirowości dominuje nad normą szybkości odkształcenia 19, 23, 24. Macierz gradientu prędkości zostaje rozłożona na część symetryczną (szybkość odkształcenia) i antysymetryczną (obrót). Obliczane są wartości własne macierzy szybkości odkształcenia; <img alt="Równanie wartości własnych \(eig(S_{mn})=(s_1,s_2)\), formuła matematyczna, analiza macierzowa." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq13.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 13">. Następnie obliczana jest norma szybkości odkształcenia; <img alt="Formuła wartości własnych, równowaga statyczna, równanie przedstawiające metodę obliczania normy wektora." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq14.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 14">. Wirowość jest obliczana z części antysymetrycznej. Następnie obliczana jest enstropia lub kwadrat składowej z wirowości, <img alt="Wyrażenie matematyczne przedstawiające kwadrat normy Ω z indeksem mn w formacie równania." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq15.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 15">. Na koniec obliczane jest <img alt="Równanie kryterium Q, dynamika płynów, analiza stabilności, wyznaczanie punktu krytycznego, zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq16.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 16">; <img alt="Formuła dla Qmn w równaniu analizy spektralnej." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq17.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 17">. Wykres konturowy całego zbioru <img alt="Równania współczynnika termodynamicznego Qmn; analiza równowagi statycznej; schemat edukacyjny." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq18.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 18"> z izo-regionami <img alt="Analiza stabilności chemicznej, równanie Qmn&gt;0, formuła termodynamiczna, zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq19.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 19"> wskaże struktury przepływu wtórnego 19. 
<img alt="Wzór na równowagę statyczną ΣFx=0, schemat analizy wektorów sił." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq20.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation 20">, znany również jako „siła wirowania” (swirling strength), jest metodą identyfikacji wirów wykonywaną poprzez analizę punktów krytycznych lokalnego tensora gradientu prędkości oraz jego odpowiadających wartości własnych 20 - 24. Oblicza się wartości własne tensora gradientu prędkości dla każdego piksela <img alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, wzór, analiza matematyczna, istotna dla badań z fizyki." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation 21">. Wartości własne powinny mieć postać <img alt="Równanie wartości własnych λ=r±iλ_ci, schemat wzoru, pojęcia algebry liniowej." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq22.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation 22">. Wykres konturowy <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFx=0; schemat sił i równowagi; edukacyjne pojęcie fizyki." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq23.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation 23"> z izoregionami <img alt="Równanie z zapisem lambda, λ_ci &gt; 0, reprezentujące koncepcję warunku dodatniego." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq24.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation 24"> wskaże struktury przepływu wtórnego 20 - 22.
Metoda transformaty falkowej wykorzystuje funkcję analizującą (lub falkę), która charakteryzuje się gładkością w przestrzeniach fizycznej i spektralnej, jest dopuszczalna (lub ma wartość średnią równą zero) oraz posiada skończoną <img alt="Równanie normy L²; wzór; matematyka; wielkość wektora; odległość euklidesowa; schemat edukacyjny." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq25.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 25">5, 6, 26. Poprzez splot rozszerzonej lub skurczonej falki z dwuwymiarowym polem wirowości, generowane jest pole wirowości po transformacie falkowej <img alt="Symbol Omikron w nawiasach, reprezentujący rezystancję elektryczną." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq26.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 26">, składające się ze struktur koherentnych o szerokim zakresie skal i natężeń 5, 6, 26. Oblicza się entropię Shannona dwuwymiarowego pola wirowości po transformacie falkowej, aby oszacować optymalną skalę falki, przy której wszystkie struktury koherentne są odpowiednio rozdzielone. To oszacowanie entropii obejmuje zbiór prawdopodobieństw <img alt="Równowaga statyczna; ΣFx=0, ΣFy=0, moment=0; schemat wolnego ciała; analiza sił i momentów." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq27.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 27"> dla każdego piksela <img alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, wzór, analiza matematyczna, istotna dla studiów z fizyki." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 21"> tak, aby <img alt="Równanie rozkładu prawdopodobieństwa w mechanice kwantowej; wzór pmn=|ωmn|2/||ω||2." src="/files/ftp_upload/51288/51288eq28.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 28"> stanowiło znormalizowany moduł kwadratu wirowości powiązanej z pikselem w lokalizacji m, n 5, 6. Kroki proceduralne przedstawiono graficznie na Ryc. 6. Ograniczenia dotyczące wyboru falki zostały szczegółowo opisane w Ref. 26. Ten etap protokołu opisuje procedurę wykrywania struktur koherentnych z użyciem dwuwymiarowej falki Rickera. Uzasadnienie zastosowania tej falki do dopasowywania wzorców wirowych przedstawiono w Ref. 5, 6 oraz w odpowiednich referencjach tam cytowanych.

<table><tbody><tr><td>Rury i arkusze akrylowe</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td></td><td>Rury wlotowe i wylotowe oraz materiał sekcji testowej zakrzywionej tętnicy</td></tr><tr><td>Drukarka 3D Object24 Desktop</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Desktop maszyna do szybkiego prototypowania. http://www.stratasys.com</td></tr><tr><td>VeroWhitePlus Materiał nieprzezroczysty</td><td>Stratasys Materiał budowlany</td><td></td><td>dla Object24 Desktopowa drukarka 3D</td></tr><tr><td>Fullcure 705</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Nietoksyczny żelowy fotopolimer Materiał nośny do drukarki 3D Object24 Desktop</td></tr><tr><td>Lepkościomierz Ubbelohde</td><td>Cole Parmer</td><td>YO-98934-12</td><td>W kierunku pomiaru lepkości kinematycznej płynu analogowego krwi</td></tr><tr><td>VELP scientifica - Mieszadło ESP&nbsp;</td><td>VELP Scientifica</td><td>F206A0179</td><td>Mieszadło magnetyczne</td></tr><tr><td>Ohaus Scout Pro SP 601&nbsp;</td><td>Lab Depot</td><td>SP4001</td><td>Waga</td></tr><tr><td>Refraktometr</td><td>Atago</td><td>PAL-RI</td><td>W kierunku pomiaru indeksu refrakcji płynu analogowego krwi</td></tr><tr><td>Zlewki, pipety, strzykawki i szpatułka</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>CLS710110,&nbsp; CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216</td><td>W kierunku obchodzenia się z materiałami wymaganymi do przygotowania roztworu analogowego do krwi</td></tr><tr><td>Jodek sodu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>383112-2.5KG&nbsp;</td><td>krystaliczny</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5516-1L</td><td>Płynna</td></tr><tr><td>woda dejonizowana</td> <td>-</td><td></td> <td>ciekły</td></tr><tr><td>tiosiarczan sodu bezwodny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>72049-250G</td><td>Proszek</td></tr><tr><td>PIV Medium nagrywające</td><td>LaVision</td><td>Imager Intense 10Hz</td><td>PIV Akwizycja obrazu Kamera CCD</td></tr><tr><td>PIV Źródło oświetlenia</td><td>New Wave Research</td><td>Solo III-15</td><td>PIV Źródło lasera, laser Nd:YAG, 532 nm, podwójny impuls 70 mJ/impuls</td></tr><tr><td>PIV Oprogramowanie do obrazowania</td><td>LaVision</td><td>DaVis 7.2</td><td>PIV akwizycja danych i kontrola przyrządów</td></tr><tr><td>PIV Materiał siewny Termonaukowy</td><td>&nbsp; &nbsp;</td>Fluorescencyjne mikrosfery polimerowe <td>Flouro-Max</td><td>Red (&asymp; 7 &micro; m); Mikrosfery fluorescencyjne z polistyrenu barwionego na sucho (DVB) emitują jasne i wyraźne kolory, gdy są oświetlone światłem krótszym&nbsp; długości fal niż długość fali emisji.</td></tr></tbody></table>

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

Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180&#176; Curved Artery Test Section

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.

Wyniki przedstawione na Rysunku 7A-D zostały wygenerowane po postprocesingu danych dotyczących wtórnej prędkości przepływu (patrz Rysunki 5, 6) pozyskanych z systemu 2C-2D PIV pokazanego na Rysunku 3A. Warunkiem dopływu dostarczonym do sekcji testowej zakrzywionej tętnicy z idealizowanym pęknięciem stentu „typu IV” był profil fali tętnicy szyjnej przedstawiony na Rysunku 4B. Nasze wcześniejsze badania wykazały wrażliwość ...

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".

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

The arterial network in the human vasculature comprises of ubiquitously present blood vessels with complex geometries (branches, curvatures and ...

W niniejszym filmie pokazano, jak wykorzystać obrazowanie prędkości cząstek (Particle Image Velocimetry) oraz detekcję struktur spójnych (Coherent Structure Detection) do wykrywania przepływów wtórnych lub struktur wirowych w modelu zakrzywionej tętnicy, aby lepiej zrozumieć kliniczne znaczenie usterek stentów typu IV. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu hemodynamiki układu sercowo-naczyniowego, takie jak wpływ stentów, które z czasem mogą ulegać degradacji i ostatecznie pękać, na wzorce przepływu krwi oraz postęp choroby w procesie przebudowy naczyń.Główną zaletą tej techniki jest to, że ułatwia ona przeprowadzanie pomiarów in-vivo oraz in-vitro w złożonych fizjologicznych przepływach tętniczych z uwzględnieniem stentów oraz pęknięć stentów. Procedurę zademonstrują Mohammad Najjari, student studiów magisterskich, oraz Jessica Hinke, studentka studiów licencjackich. Przygotować roztwór analogu krwi składający się z 79% nasyconego roztworu jodku sodu, 20% glicerolu i 1% wody dejonizowanej.Zacznij od nasyconego roztworu jodku sodu, następnie dodawaj glicerol małymi porcjami za pomocą strzykawki, aż do dodania całej objętości glicerolu. Pomiędzy kolejnymi porcjami odczekaj, aż roztwór stanie się widocznie homogeniczny, i zapisuj objętość każdej dodanej porcji glicerolu. Następnie dodaj wymaganą objętość wody i kontynuuj mieszanie, aż roztwór analogu krwi stanie się widocznie homogeniczny.Na koniec, dodając odrobiny tiosiarczanu sodu za pomocą szpatułki, doprowadź do uzyskania optycznie klarownego roztworu. W pierwszej kolejności utwórz pliki STL o wysokiej rozdzielczości z modeli CAD stentów prostych i zakrzywionych. W oprogramowaniu wybierz Eksportuj i Model z menu plik.Wybierz opcję STL, ustaw wysokość cięciwy (Chord Height) na zero, a sterowanie kątem (Angle Control) na jeden. Wartość sterowania kątem reguluje stopień teselacji wzdłuż powierzchni o małych promieniach; ustawienie to można dostosować w zakresie od zera do jednego. Następnie kliknij OK, aby utworzyć plik STL.Następnie wykonaj modele stentów na urządzeniu do szybkiego prototypowania. W tym celu uruchom oprogramowanie do druku 3D i kliknij Wstaw, aby zlokalizować plik STL na komputerze drukarki 3D. Następnie wybierz odpowiedni plik i za pomocą myszy umieść plik STL na wirtualnej platformie na ekranie.Następnie, wykorzystując wydrukowane w technologii 3D elementy, zainstaluj stent w zakrzywionym odcinku testowym tętnicy, aby odtworzyć zidealizowany scenariusz złamania typu IV. Wiąże się to z całkowitym złamaniem poprzecznym stentów oraz liniowym przemieszczeniem pofragmentowanych części. Teraz zamontuj cały układ na stole optycznym.Podłącz proste rurki akrylowe do wlotu i wylotu zakrzywionej pod kątem 180 stopni sekcji testowej tętnicy. Na początek dokonaj wstępnej regulacji pozycji lasera, oświetlając niewielki kawałek papieru. Dostosuj ostrość tak, aby grubość arkusza laserowego wynosiła około 2mm.Następnie skieruj arkusz laserowy wzdłuż 90-stopniowej części obszaru pomiarowego, tak aby arkusz był prostopadły do stołu. Następnie umieść kamerę w pobliżu lokalizacji 0 stopni lub 180 stopni, aby obserwować obszar przekroju oświetlony arkuszem laserowym. Stopniowo koryguj ustawienie lasera i kamery, aż kamera uchwyci okrągły przekrój poprzeczny zakrzywionej tętnicy z minimalnym zniekształceniem cząstek, co ocenia się za pomocą funkcji Grab w oprogramowaniu.Po ustawieniu kamery i lasera należy zarejestrować obrazy wtórnych pól przepływu. Najpierw włącz pompę programowalną. W programie sterującym pompą ustaw amplitudę na wartość jeden wolt.Ustaw przesunięcie stałoprądowe (DC Offset) na zero voltów. Ustaw liczbę kroków czasowych na 1000, a okres czasu na cztery sekundy. Dodatkowe ustawienia zostały omówione w protokole tekstowym.Następnie wczytaj plik tekstowy zawierający wartości przebiegu napięcia w czasie i uruchom program w celu podania płynu imitującego krew do układu eksperymentalnego. W programie PIV Data Acquisition, po kliknięciu karty New Recordings, wybierz urządzenie w sekcji Settings i upewnij się, że laser jest włączony (On) z odpowiednimi ustawieniami mocy. Przejdź do sterowania laserem, aby potwierdzić wartości.Przejdź do sekcji Timing i ustaw ją na External Cyclic Trigger. Kliknij Acquisit, wybierz Table Scan, następnie Edit Table Scan, Append Scan i skonfiguruj ustawienia skanowania, wpisując czas początkowy odpowiadający deceleracji skurczowej. Określ przyrost czasu oraz czas końcowy akwizycji danych PIV.Należy dostosować czas referencyjny, DT1, lub czas pomiędzy impulsami lasera. Następnie kliknij Zamknij. W sekcji Acquisit kliknij image acquisition i wprowadź liczbę obrazów wynoszącą 200.System PIV jest teraz gotowy do akwizycji danych. Wybierz Start Recording, aby przeprowadzić pomiary fazowe, wykorzystując sygnał wyzwalający z układu sterowania pompą. Następnie zostanie zarejestrowana ustalona liczba płaszczyzn lub pól prędkości dla każdego punktu czasowego i w zaplanowanym miejscu przekroju badawczego pod kątem 90 stopni.Po zakończeniu rejestracji wyłącz laser. Wyłącz pompę, wyłącz kamerę i załóż osłonę obiektywu. Używając dodatkowego pliku z kodem, oblicz pola średnich fazowych i RMS prędkości przepływu wtórnego, wirowości oraz natężenia wirowania.W oprogramowaniu należy zainicjować ustawienia dotyczące zdefiniowanej skali i przesłać je do Mask Definition. Szczegóły znajdują się w pliku Supplemental Code. W oprogramowaniu należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na dowolne dane PIV i uruchomić Batch Processing.Wybierz operację Vector Statistics, Vector Field Results z grupy Statistics, a następnie kliknij Parameter w oknie dialogowym. Zaznacz opcje average V oraz RMSV w sekcji Vector Field. Następnie wybierz operację Vorticity z grupy Extract Scalar Fields Rotation and Shear.Operacja ta pozwala wyznaczyć dwuwymiarową wirowość w przekroju płaskim. Aby rozpocząć przetwarzanie, należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na dowolne dane PIV w oknie Project i wybrać Hyperloop All Sets. W celu obliczenia pól natężenia wirowania (Swirling Strength) do detekcji struktur przepływu wtórnego, należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na dowolne dane PIV, wybrać Velocity Vector Field w drzewie i uruchomić przetwarzanie wsadowe.Następnie z grupy Extract Scalar Fields Rotation and Shear wybierz operację Swirling Strength i kliknij Close. Teraz kliknij prawym przyciskiem myszy na tym samym polu Velocity Vector Field, wybierz Hyperloop All Sets i dostosuj parametry dla Batch Processing w taki sam sposób jak wcześniej. Na koniec wykonaj obliczenia pól Swirling Strength.Dane dotyczące prędkości przepływu wtórnego w przekroju poprzecznym pod kątem 90 stopni zostały pozyskane za pomocą systemu 2C 2D PIV. Warunkiem wlotowym dostarczonym do zakrzywionego odcinka tętnicy z idealizowanym pęknięciem stentu typu IV był przebieg fali tętnicy szyjnej. Dane pola prędkości przepływu wtórnego wygenerowano techniką PIV poprzez synchronizację wyzwalacza generowanego przez komputer sterujący pompą.W celu określenia kryterium Q oraz natężenia wirowości (Swirling Strength) lub kryterium ci Landisa podczas deceleracji skurczowej zastosowano postprocessing danych spikselowanych. Porównano pola przepływu oparte na natężeniu wirowości oraz kryterium Q. W czterech różnych przekrojach poprzecznych podczas deceleracji skurczowej zbadano wzorce wirowe oznaczone symbolami DLW, reprezentujące zdeformowane wzorce wirowe typu Deana-Lynna i Walla (DLW), a także obszary zdominowane przez odkształcenie.Metodę opartą na ciągłej transformacie falkowej zastosowano do pola wirowości przepływu wtórnego, co umożliwiło wykrycie wirów z większą szczegółowością pod względem kształtu, rozmiaru i natężenia. Na koniec porównano pola przepływu określone za pomocą kryterium Q, natężenia wirowości (Swirling Strength) oraz transformaty falkowej. Metoda oparta na transformacie falkowej ujawniła obecność złożonych struktur wirowych z dużą szczegółowością w zakresie rozmiaru, skali i natężeń.Po opanowaniu techniki, procedura ta zajmuje około ośmiu godzin, wliczając akwizycję danych PIV oraz postprocessing, po wydrukowaniu stentów modelowych na drukarce 3D. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o zapewnieniu odpowiedniego dopasowania współczynnika załamania światła płynu analogicznego do krwi, używając niewielkich ilości tiosiarczanu sodu. W przyszłości, aby poprawić dokładność wyników parateorii i zminimalizować zniekształcenia optyczne, będziemy stosować mapę kalibracji PIV taką jak ta.Po zastosowaniu tej procedury można ocenić przepływy w naczyniach krwionośnych konkretnego pacjenta, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące stanów patologicznych, co umożliwia bezprecedensowy wgląd w hemodynamikę protez, implantów stentowych oraz pękniętych stentów.

experimental-investigation-secondary-flow-structures-downstream-model

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Badanie eksperymentalne struktur przepływu wtórnego w dół strumieni od modelu awarii stentu typu IV w zakrzywionym odcinku tętnicy o kącie 180°

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.

Monitorowanie mechaniki ścianek podczas wprowadzania stentu do naczynia

Opisano model implantacji stentu w tętnicy szyjnej myszy. W porównaniu z innymi podobnymi metodami, procedura ta jest bardzo szybka, prosta i dostępna, oferując możliwość zbadania w wygodny sposób reakcji ściany naczyniowej na różne stenty uwalniające leki oraz molekularnych mechanizmów restenozy.

Mysi model implantacji stentu w tętnicy szyjnej do badania restenozy

Modyfikacje histologiczne i biochemiczne po wykluczeniu endoprzeszczepu tętniaka są nadal niejasne. Opisujemy nowy model implantacji endprzeszczepu na tętniaku myszy. Dzięki analizie skrzepliny z utrzymującym się interfejsem krążącego krwiobiegu i bez niego oraz ocenie nowych biomateriałów wewnątrznaczyniowych, model ten pomoże lepiej zrozumieć patobiologię wykluczenia tętniaka wewnątrznaczyniowego.

Nowy mysi model wewnątrznaczyniowej naprawy tętniaka aorty

Naszym celem było zaprojektowanie, wyprodukowanie i przetestowanie ferromagnetycznych stentów do wychwytywania komórek śródbłonka. Dziesięć stentów przetestowano pod kątem złamań, a 10 kolejnych stentów przetestowano pod kątem magnetyzmu zatrzymanego. Na koniec przetestowano 10 stentów in vitro, a 8 kolejnych stentów wszczepiono 4 świniom, aby wykazać wychwytywanie i zatrzymywanie komórek.

Ferromagnetyczny stent z gołego metalu do wychwytywania i zatrzymywania komórek śródbłonka

Za pomocą drukarki 3D, filament polimerowy z pamięcią kształtu jest wytłaczany w celu utworzenia rozgałęzionej struktury rurowej. Struktura jest wzorzysta i ukształtowana w taki sposób, że po złożeniu może skurczyć się do zwartej formy, a następnie powrócić do uformowanego kształtu po podgrzaniu.

Drukowane w 4D rozwidlone stenty ze strukturami inspirowanymi Kirigami

Istnieje potrzeba określenia, które zmiany miażdżycowe będą postępować w unaczynieniu wieńcowym, aby kierować interwencją przed wystąpieniem zawału mięśnia sercowego. W tym artykule przedstawiono biomechaniczne modelowanie tętnic za pomocą optycznej tomografii koherentnej przy użyciu technik interakcji płyn-struktura w komercyjnym solverze elementów skończonych, aby pomóc przewidzieć tę progresję.

Optyczna tomografia koherentna Biomechaniczna analiza interakcji płyn-struktura progresji miażdżycy tętnic wieńcowych

Niedomykalność zastawki aortalnej to choroba serca zastawki aortalnej. Manuskrypt ten pokazuje, w jaki sposób czterowymiarowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego może ocenić niedomykalność zastawki aortalnej przy użyciu zastawek serca in vitro naśladujących niedomykalność zastawki aortalnej.

Metody in vitro Ocena niedomykalności zastawki aortalnej za pomocą czterowymiarowego przepływowego rezonansu magnetycznego

Obrazy ultrasonograficzne in vivo cine pokazują ruch przekroju poprzecznego naczyń wieńcowych odpowiadający różnym warunkom obciążenia ciśnieniem. Opierając się na modelu elementów skończonych, zastosowano schemat iteracyjny w celu określenia specyficznych dla pacjenta właściwości mechanicznych tętnic wieńcowych in vivo, dopasowując ruch naczyń wieńcowych na podstawie modelu obliczeniowego i obrazów medycznych.

Wewnątrznaczyniowe podejście do modelowania elementów skończonych oparte na obrazach ultrasonograficznych do ilościowego określania in vivo właściwości mechanicznych ludzkiej tętnicy wieńcowej

Samoorganizujące się monowarstwy (SAMs) utworzone z długołańcuchowych alkanotioli na złocie stanowią precyzyjnie zdefiniowane podłoża do tworzenia wzorów białkowych oraz ograniczania przestrzeni wzrostu komórek. Mikro kontaktowy druk heksadekanotiolu przy użyciu stempla z polidimetylosiloksanu (PDMS), a następnie wypełnienie wolnych przestrzeni monomerem alkanotiolu zakończonym grupą glikolową, pozwala na uzyskanie wzoru, w którym białka i komórki adsorbują wyłącznie do obszaru z nadrukowanym...

Tworzenie dwuwymiarowych wzorowanych podłoży do ograniczania przestrzeni białek i komórek

Opisujemy metodę poddawania przylegających komórek naprężeniom ścinającym w przepływie laminarnym w sterylnym obwodzie przepływu ciągłego. Poprzez przezroczystą komorę można badać adhezję i morfologię komórek, a z obwodu można pobierać próbki do analizy metabolitów oraz zbierać komórki po ekspozycji na siły ścinające do dalszych eksperymentów lub hodowli.

Komora przepływowa z równoległymi płytkami i obwód przepływu ciągłego do oceny komórek progenitorowych śródbłonka pod wpływem naprężenia ścinającego w przepływie laminarnym

Poznaj metodę PIV i detekcji struktur koherentnych w zakrzywionej tętnicy z uszkodzonym stentem typu IV. Technika umożliwia badanie wtórnych struktur przepływu krwi i ich wpływu na hemodynamikę naczyniową.

Eksperymentalne badanie wtórnych struktur przepływu za modelowym uszkodzeniem stentu typu IV w odcinku testowym tętnicy zakrzywionej pod kątem 180° (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów