Investigação Experimental de Estruturas de fluxo secundário a jusante de uma falha Modelo Tipo IV Stent em uma seção de teste de 180 ° Curved Artéria

Este vídeo mostra como usar a Velocimetria de Imagem de Partículas e a Detecção de Estrutura Coerente para detectar fluxo secundário ou estruturas worticais em um modelo de artéria curva, para entender melhor a relevância clínica das falhas do stent Tipo IV. Este método pode ajudar a responder questões-chave em hemodinâmica cardiovascular. Por exemplo, como os stents, que podem se deteriorar com o tempo e, finalmente, fraturar, podem influenciar os padrões de fluxo sanguíneo e afetar a progressão da doença na remodelação vascular.

A principal vantagem dessa técnica é que ela facilita a investigação de medidas in vivo e in vitro em fluxos arteriais fisiológicos complexos envolvendo stent e fraturas de stent. O procedimento de demonstração será Mohammad Najjari, um estudante de pós-graduação, e Jessica Hinke, uma estudante de graduação. Prepare uma solução análoga ao sangue composta por solução saturada de iodeto de sódio a 79%, 20% de glicerol e 1% de água deionizada.

Comece com uma solução saturada de iodeto de sódio e, em seguida, adicione o glicerol em pequenos incrementos usando uma seringa até que todo o volume de glicerol tenha sido adicionado. Entre as adições, espere que a solução fique visivelmente homogeneizada e anote o volume de cada adição de glicerol. Em seguida, adicione o volume necessário de água, continue mexendo até que a solução análoga do sangue esteja visivelmente homogeneizada.

Por fim, adicione quantidades muito pequenas de tiossulfato de sódio, usando uma espátula até que a solução esteja opticamente límpida. Para começar, crie arquivos STL de alta resolução a partir dos modelos Cad de stent reto e curvo. No software, selecione Exportar e Modelo no menu de arquivo.

Escolha a opção STL, defina a Altura da Corda como zero e defina o Controle de Ângulo como um. O valor de controle de ângulo regula a quantidade de mosaico ao longo da superfície com raios pequenos, e a configuração pode ser ajustada entre zero e um. Em seguida, clique em OK para criar o arquivo STL.

Em seguida, fabrique os modelos de stent em uma máquina de prototipagem rápida. Para fazer isso, inicie o software de impressão 3D e clique em Inserir para localizar o arquivo STL no computador da impressora 3D. Em seguida, selecione o arquivo desejado e dirija o mouse para colocar o arquivo STL em uma plataforma virtual na tela.

Em seguida, usando as peças impressas em 3D, instale o stent na seção de teste de artéria curva para recriar um cenário de fratura Tipo IV idealizado. Implicando uma fratura transversal completa dos stents e deslocamento linear das partes fragmentadas. Agora, monte a configuração em uma mesa óptica.

Conecte os tubos de acrílico retos à entrada e saída de uma seção de teste de artéria curva de 180 graus. Para começar, ajuste grosseiramente a posição do laser iluminando um pequeno pedaço de papel. Faça a folha de laser com aproximadamente 2 mm de espessura ajustando o foco.

Em seguida, direcione a folha de laser ao longo da porção de 90 graus da região de medição com a folha perpendicular à mesa. Em seguida, coloque uma câmera perto do local de zero grau ou 180 graus para view a região da seção transversal iluminada pela folha de laser. Ajuste incrementalmente o alinhamento do laser e da câmera para que a câmera visualize a seção transversal circular da artéria curva com distorção mínima de partículas, que é avaliada usando a função Grab no software.

Quando a câmera e o laser estiverem posicionados, adquira imagens dos campos de fluxo secundários. Primeiro, ligue a bomba programável. No programa de controle do instrumento da bomba, defina a amplitude para um volt.

Defina o deslocamento CC para zero volts. Defina o número de etapas cronometradas como 1000 e defina o período de tempo como quatro segundos. Configurações adicionais são discutidas no Protocolo de Texto.

Em seguida, carregue o arquivo de texto que contém os valores para a forma de onda do tempo de tensão e execute o programa para fornecer o fluido análogo do sangue ao experimento. No programa PIV Data Acquisition, depois de clicar na guia New Recordings, selecione o dispositivo na seção Settings (Configurações) e confirme se o laser está definido como On (Ligado) com as configurações de energia apropriadas. Navegue até o controle do laser para confirmar os valores.

Navegue até Timing e defina-o como External Cyclic Trigger. Clique em Adquirir, selecione Varredura de Tabela, Editar Varredura de Tabela, Anexar Varredura e preencha as configurações de varredura inserindo a hora de início representativa da desaceleração sistólica. Incremento de tempo e hora de término da aquisição de dados PIV.

O tempo de referência, DT1 ou o tempo entre os pulsos de laser devem ser ajustados. Em seguida, clique em Fechar. Em Aquisição, clique em aquisição de imagens e insira o número de imagens como 200.

Agora, o sistema PIV está pronto para adquirir dados. Selecione Iniciar gravação para adquirir medições por fase, usando o sinal de disparo do controle do instrumento da bomba. O número definido de campos de plano ou velocidade em cada instância de tempo e no local da seção de teste de 90 graus pré-arranjado será então adquirido.

Quando a gravação estiver concluída, desligue o laser. Desligue a bomba, desligue a câmera e recoloque a tampa da lente. Usando o arquivo de código suplementar, calcule os campos Phase Averaged e RMS Secondary Flow Velocities, Vorticity e Swirling Strength.

No software, inicialize a configuração referente à escala definida e envie para Definição de máscara. Revise o arquivo de Código Suplementar para obter detalhes. No software, clique com o botão direito do mouse em qualquer dado PIV e inicie o processamento em lote.

Selecione a operação Estatísticas vetoriais, Resultados do campo vetorial no grupo Estatísticas e clique em Parâmetro na caixa de diálogo. Alterne as opções médias V e RMSV na seção Campo vetorial. Em seguida, selecione a operação Vorticidade no grupo Extrair Rotação e Cisalhamento de Campos Escalares.

Isso encontra a vorticidade bidimensional na seção transversal planar. Agora, inicie o processamento clicando com o botão direito do mouse em qualquer dado PIV na janela Projeto e selecionando Hyperloop All Sets. Para calcular os campos de Resistência de redemoinho para a detecção de estruturas de fluxo secundárias, clique com o botão direito do mouse em qualquer dado PIV, selecione Campo de vetor de velocidade na árvore e inicie o processamento em lote.

Em seguida, selecione a operação Força de redemoinho do grupo Extrair Campos Escalares Rotação e Cisalhamento e clique em Fechar. Agora, clique com o botão direito do mouse no mesmo campo vetorial de velocidade, selecione Hyperloop All Sets e ajuste os parâmetros para processamento em lote como antes. Por fim, execute o cálculo dos campos Força do redemoinho.

Os dados de velocidade de fluxo secundário na localização da seção transversal de 90 graus foram adquiridos do sistema PIV 2C 2D. A condição de influxo fornecida à seção de teste da artéria curva com uma fratura de stent Tipo IV Idealizada foi a forma de onda da artéria carótida. Os dados de campo da Velocidade de Fluxo Secundário foram gerados usando a técnica PIV, via sincronização do Trigger produzido pelo computador de controle do instrumento da bomba.

O pós-processamento dos dados foi aplicado aos dados pixelados, para determinar o critério Q e o critério Swirling Strength ou Landis ci durante a desaceleração sistólica. Os campos de fluxo baseados em Swirling Strength e Q-criterion foram comparados. Os padrões worticais marcados com caracteres DLW, representativos de padrões wortics DLW deformados do tipo Dean-Lynn e Wall, e regiões dominadas por deformação, foram examinados em quatro locais transversais distintos durante a desaceleração sistólica.

O método baseado em Transformada Wavelet contínua foi aplicado ao campo de vorticidade de fluxo secundário, que permitiu a detecção de vórtices com maior detalhe em forma, tamanho e resistência. Finalmente, os campos de fluxo baseados em Q-critério, Swirling Strength e Wavelet Transformed foram comparados. O método baseado em Wavelet Transformed revelou a presença de padrões worticais complexos com grande detalhe em tamanho, escala e forças.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em aproximadamente oito horas, incluindo aquisição e pós-processamento de dados PIV, após a impressão dos stents modelo na impressora 3D. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de certificar-se de que o índice de refração do fluido análogo do sangue seja adequadamente compatível usando quantidades mínimas de tiossulfato de sódio. No futuro, para melhorar a precisão dos resultados da parateoria e minimizar a distorção óptica, usaremos um mapa de calibração PIV como este.

Após esse procedimento, os fluxos em vasos sanguíneos específicos do paciente podem ser avaliados para responder a perguntas adicionais relacionadas a condições patológicas, permitindo acesso sem precedentes à hemodinâmica de próteses, implantes de stents e stents fraturados.