Name: 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 (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: Aprenda a detectar estruturas de fluxo secundário em artérias curvas usando Velocimetria por Imagem de Partículas e Detecção de Estruturas Coerentes. Este método avançado investiga falhas de stents Tipo IV e sua influência na hemodinâmica cardiovascular.

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Os autores reconhecem o apoio de concessão NSF CBET-0909678 e financiamento do Centro GW para Biomimética e Bioinspirada Engenharia (COBRE). Agradecemos aos estudantes, o Sr. Christopher Popma, Ms. Leanne Penna, Ms. Shannon Callahan, o Sr. Shadman Hussain, o Sr. Mohammed R. Najjari, e Ms. Jessica Hinke para ajudar no laboratório e Mr. Mathieu Barraja para auxiliar na desenhos 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>

Não há conflitos de interesse declarados.

O protocolo apresentado neste artigo descreve a aquisição de alta fidelidade de dados experimentais utilizando imagem de partículas técnica de velocimetria (PIV) e métodos de detecção estrutura coerente, viz., Transformadas wavelet contínua, <img alt="equação 1" src="https://neuron2.jove.com/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> , Adequado para identificação de vórtice e fluxos dominado por cisalhamento. Análise dos dados experimentais, de entradas fisiológicas, na presença de uma &quot;Tipo IV&quot; fractura idealiza...

estruturas de fluxo secundários são os padrões de fluxo de turbilhão que ocorrem em geometrias de fluxo interno com curvaturas, tais como tubos e canais curvos. Estas estruturas de turbilhão surgem devido à ação combinada de forças centrífugas, gradiente de pressão adverso e características de afluxo. Em geral, estruturas de fluxo secundário aparecem em seções transversais planas de tubos curvos como vórtices do tipo Dean simétricas sob fluxo constante e, simétricas vórtices Dean- e Lyne-tipo em condições de afluência oscilatórios 1 - 3. Morfologias de fluxo secundário são bastante afetados pela pulsatilidade e múltiplas harmônicas de pulsátil, condições de afluência fisiológicos. Estas estruturas adquirir marcadamente diferentes características de tamanho-força-forma em comparação com não-fisiológica (estável e oscilatório) flui. 1 - 6 desenvolvimento da lesão aterosclerótica nas artérias é afectada pela existência de oscilações de cisalhamento de alta frequência nas regiões com baixa média de corte 27, 28 </sup&gt;. estruturas de fluxo secundário pode influenciar a progressão de doenças tais como a aterosclerose e, possivelmente, medeiam a resposta endotelial devido ao fluxo de sangue pulsátil, alterando tensões de cisalhamento de parede e tempos de exposição de partículas à base de sangue. Um tratamento comum para a aterosclerose, uma complicação resultante no estreitamento das artérias por lesões obstrutivas, é a implantação de próteses endovasculares. Fraturas do stent são falhas estruturais de stents implantados que levam a outras complicações médicas, como a reestenose intra-stent (ISR), trombose de stent e formação de aneurisma. 9 - 13 fraturas do stent foram categorizados em várias falhas &quot;Tipos I-to-IV&quot;, em que &quot;Tipo IV&quot; caracteriza a maior severidade clínica e é definida como a fractura transversal completa de escoras do stent juntamente com movimentos lineares de os fragmentos do stent 14. o protocolo apresentado no presente estudo descreve um Experimental método de visualização das estruturas de fluxo secundário a jusante de um &quot;Tipo IV&quot; fratura do stent idealizada em um modelo de artéria curvo. O protocolo sugerido tem as seguintes quatro características essenciais: Projeto e fabricação de modelos de endoprótese em escala de laboratório: Descrição geométrica de stents pode ser associado a um conjunto de espirais de auto-expansível (molas ou hélices) entrelaçados usando nitinol (liga de níquel e titânio) fios 29. O comprimento do stent e o seu diâmetro escora dependem da escala de comprimento de lesões arteriais encontradas durante o implante 5 clínico. variação paramétrica de diâmetro bielas e o nascer do enrolamento (ou pitch) leva a stents de várias configurações geométricas. Um resumo dos parâmetros de concepção do stent escolhidas para impressão em 3D são apresentados na Tabela 1. Preparação de um fluido analógico sangue trabalho combinadocom viscosidade cinemática de sangue e índice de refracção da secção de ensaio: o acesso óptico para a secção de teste da artéria curvo é necessária, a fim de fazer medições de velocidade não-invasivos. Por conseguinte, um newtoniano sangue-mimetização de fluido de trabalho com o índice de refracção do modelo vascular e, idealmente, uma viscosidade dinâmica, combinando sangue humano é utilizada para obter medições de fluxo de sangue precisas. 16 - 18, 30 O fluido de trabalho usado neste estudo foi relatado por Deutsch et al. (2006), que composta de iodeto de 79% de sódio aquoso saturado (Nal), glicerol a 20% puro, e de 1% de água (em volume) de 16. Arranjo experimental para a detecção de estruturas de fluxo secundário coerentes usando um de dois componentes, bidimensional velocimetria por imagem de partículas (2C-2D PIV): As experiências foram concebidos para a aquisição de dados de velocidade de fluxo secundário média de fase em várias posições transversais planas jusante de uma combinação de straight e seções do stent curvas que incorporam uma idealizada &quot;Tipo IV&quot; stent fratura 5, 6, 9, 14. o protocolo de passos relativos à aquisição de campos de velocidade de fluxo secundário com o uso de imagem de partículas velocimetria técnica (PIV) envolve um sistema PIV que compreende um laser (folha de luz) fonte, ótica para se concentrar e iluminam as regiões de fluxo, um dispositivo especial encarregado de correlação cruzada acoplado (CCD-sensor ou uma câmera) e partículas tracer a ser iluminada pela folha de luz dentro de um curto intervalo de tempo (Dt ; ver Tabela 4) 31, 32. As etapas do protocolo assumem o seguinte: Primeiro, uma calibrada, experimental set-up de um sistema de PIV de dois componentes, bidimensional (2C-2D) que avalia as imagens com um duplo-quadro, gravações single-exposição. Em segundo lugar, o sistema de 2C-2D PIV calcula os deslocamentos médios de partículas de traçador através da realização de correlação cruzada entre dois quadros de imagem adquiridos no decurso de cada gravação. Um brResumo do IEF de PIV especificações e aquisição de imagem software é apresentada na tabela de materiais e equipamentos. Em terceiro lugar, todas as precauções de segurança necessárias para operar o laser são seguidos por pessoas treinadas do laboratório de acordo com as orientações fornecidas pela instituição de acolhimento. Os autores sugerem Refs. 31 e 32 para uma compreensão holística da execução, funcionalidade e aplicação da técnica de PIV na dinâmica aero-, hidráulico e de MICROFLUID, correlação de detecção de pico e de estimativa de deslocamento, materiais e densidade de partículas de traçadores e, de ruído de medição e precisão. Além disso, note que o laser e a câmara pode ser controlada pelo computador de aquisição de dados de PIV (Figura 3A) e software de processamento de dados. A aquisição de dados e de pós-processamento para a detecção coerente estrutura: as medições de velocidade de fluxo secundário média de fase, usando um PIV 2C-2D foram gerados utilizando o protocolo de descrição que se segue. Pós-processo<html> ing dos dados envolvidos detecção estrutura de fluxo secundário coerente com os seguintes três métodos: transformações de onda pequena, <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> 5, 6, 19-24, 26. Os autores observam que o tensor de gradiente de velocidade é essencialmente, uma matriz 3 x 3, <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq2.jpg" /> . O protocolo apresenta um método de aquisição de medições experimentais bidimensionais (de técnica 2C-2D PIV). Portanto, o acesso experimental completo para o tensor gradiente de velocidade não será possível usar este método. O tensor gradiente de velocidade para cada pixel <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq3.jpg" /> da imagem PIV <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq4.jpg" /> deve ser uma matriz de 2 x 2, <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq5.jpg" /> . A vorticidade Z-componentequation 6 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg &quot;/&gt; para cada pixel <img alt="equação 7" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq7.jpg" /> é calculado usando a parte anti-simétrica do tensor gradiente de velocidade <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq8.jpg" /> . O resultado será uma matriz 2D de vorticidade <img alt="equação 9" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq9.jpg" /> que podem ser visualizados em um gráfico de contorno. Os autores sugerem fortemente Ref. 25 para um acesso experimental discussão eloqüente do tensor gradiente de velocidade para melhorar o conhecimento da dissipação de vorticidade, taxas de deformação e detecção estrutura coerente. Além disso, os autores não tentam explorar as inter-relações entre os métodos de detecção estrutura coerente acima mencionados e sugerir Ref. 23, 24 para uma discussão abrangente sobre o assunto. O foco das etapas do protocolo é a identificação quantitativa do fluxo secundário (vórtice) structures (também conhecidas como estruturas coerentes). Três métodos de detecção coerente viz, estrutura. <img alt="equação 10" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq10.jpg" /> e wavelet transformado vorticidade <img alt="equação 11" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq11.jpg" /> são aplicados aos dados de campo de velocidade para a detecção de multi-escala, as ocorrências de multi-resistência das estruturas de fluxo secundário a jusante do idealizada &quot;Tipo IV&quot; fratura do stent. o <img alt="equação 12" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq12.jpg" /> , Define um vórtice como uma região espacial onde a norma euclidiana do tensor de vorticidade que domina da taxa de tensão 19, 23, 24 de matriz de gradiente de velocidade .A é decomposto em simétrica (velocidade de deformação) e (rotação) partes anti-simétricas. Valores próprios da matriz taxa de deformação são computados; <img alt="equação 13" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq13.jpg" /> . Norm da taxa de deformação é então calculada; <img alt = &quot;Equação 14&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 51288 / 51288eq14.jpg&quot; /&gt;. Vorticidade é calculado a partir da parte anti-simétrica. Enstrophy ou quadrado de vorticidade z-componente, <img alt="equação 15" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq15.jpg" /> ) É então calculado. o <img alt="equação 16" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq16.jpg" /> Finalmente é calculado; <img alt="equação 17" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq17.jpg" /> . Um gráfico de contorno de todo o conjunto de <img alt="equação 18" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq18.jpg" /> com iso-regiões <img alt="equação 19" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq19.jpg" /> , Indicará estruturas de fluxo secundário 19. o <img alt="equação 20" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq20.jpg" /> , Também conhecido como &quot;força de roda &#39;é um método de identificação de vórtice realizada por análise de ponto crítico do tensor gradiente de velocidade local e os seus correspondentes valores próprios 20-24 <strong&gt;. Valores próprios do tensor gradiente de velocidade em cada pixel <img alt="equação 21" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" /> são calculados. Os valores próprios deve ser da forma, <img alt="equação 22" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq22.jpg" /> . Um gráfico de contorno de <img alt="equação 23" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq23.jpg" /> com iso-regiões <img alt="equação 24" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq24.jpg" /> indicarão estruturas de fluxo secundário 20-22. Transformada Wavelet método utiliza uma função de análise (ou wavelet), que tem a suavidade em espaços físicos e espectrais, é admissível (ou tem média zero) e tem uma finita <img alt="equação 25" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq25.jpg" /> 5, 6, 26. Por convolving uma dilatada ou contraída wavelet com um campo de vorticidade 2D, wavelet transformado vorticidade <img alt="equação 26" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq26.jpg" /> campo é gerado comprising de estruturas coerentes com uma vasta gama de escalas e pontos fortes 5, 6, 26. Shannon entropia do campo de vorticidade transformou-wavelet 2D é calculado para estimar a escala wavelet ideal em que todas as estruturas coerentes sejam adequadamente resolvidos. Esta estimativa entropia envolve um conjunto de probabilidades <img alt="equação 27" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq27.jpg" /> para cada pixel <img alt="equação 21" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" /> de tal modo que <img alt="equação 28" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq28.jpg" /> , O módulo normalizado quadrado da vorticidade associado com o pixel na posição m, n 5, 6. Os passos processuais são apresentados graficamente na Figura 6. As restrições sobre a escolha da wavelet são apresentados em pormenor no Exemplo de Ref. 26. Este passo protocolo descreve o procedimento para a detecção de estrutura coerente usando um wavelet 2D Ricker. A justificativa para o uso deste wavelet para correspondência de padrão de vórtice é apresentado na Ref. 5, 6 e as referências pertinentes aí citada.

<table><tbody><tr><td>Tubos e chapas de acrílico</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td></td><td>Tubos de entrada e saída e material da seção de teste de artéria curva</td></tr><tr><td>Object24 Desktop Impressora 3D</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Desktop máquina de prototipagem rápida. http://www.stratasys.com</td></tr><tr><td>VeroWhitePlus Material opaco</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Material de construção para impressora 3D Object24 Desktop</td></tr><tr><td>Fullcure 705</td><td>Fotopolímero</td> tipo gel não tóxico Stratasys <td></td><td>Material de suporte para impressora 3D Object24</td></tr><tr><td>Desktop Ubbelohde viscosímetro</td><td>Cole Parmer</td><td>YO-98934-12</td><td>Para medição da viscosidade cinemática do fluido análogo ao sangue</td></tr><tr><td>VELP scientifica - Agitador ESP&nbsp;</td><td>Agitador magnético</td> <td>VELP Scientifica</td><td>F206A0179</td></tr><tr><td>Ohaus Scout Pro SP 601&nbsp;</td><td>Balança de Pesagem</td>Refratômetro Atago PAL-RI da <td>The Lab Depot</td><td>SP4001</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Para medição do índice de refração de fluidos análogos sanguíneos</td></tr><tr><td>Beakers, pipetas, seringas e espátula</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>CLS710110,&nbsp; CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216</td><td>Para manusear materiais necessários para a preparação da solução análoga ao sangue</td></tr><tr><td>Iodeto de Sódio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>383112-2.5KG&nbsp;</td><td>cristalino</td></tr><tr><td>Glicerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5516-1L</td><td>Água</td></tr><tr><td>Deionizada</td> <td>Líquida -</td><td></td> <td>Líquido</td></tr><tr><td>Tiossulfato de Sódio anidro</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>72049-250G</td><td>Pó</td></tr><tr><td>PIV Meio de gravação</td><td>LaVision</td><td>Imager Intenso 10Hz</td><td>PIV Aquisição de imagem Câmera CCD</td></tr><tr><td>PIV Fonte de iluminação</td><td>New Wave Research</td><td>Solo III-15</td><td>Fonte de laser PIV, laser Nd:YAG, 532 nm, pulso duplo 70 mJ/pulso</td></tr><tr><td>PIV Software de imagem</td><td>LaVision</td><td>DaVis 7.2</td><td>PIV aquisição de dados e controle de instrumentos</td></tr><tr><td>PIV Material de semeadura</td><td>Termo-científico&nbsp; &nbsp;</td>Microesferas de polímero fluorescente vermelho <td>Flouro-Max</td><td>(&asymp; 7 &micro; m); As microesferas fluorescentes de poliestireno tingido a seco (DVB) emitem cores brilhantes e distintas quando iluminadas pela luz de mais curtos&nbsp; comprimentos de onda do que o comprimento de onda de emissão.&nbsp;</td></tr></tbody></table>

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

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

A rede arterial na vasculatura humana é composta por vasos sanguíneos ubiquamente presentes com geometrias complexas (ramos, curvaturas e tortuosidade). estruturas de fluxo secundário são padrões de fluxo de turbilhão que ocorrem nas artérias curvas, devido à acção combinada das forças centrífugas, gradiente de pressão adverso e características de afluxo. Tais morfologias de fluxo são bastante afetados pela pulsatilidade e múltiplas harmônicas de condições de afluência fisiológicas e variam muito em tamanho características-strength-forma em comparação com não-fisiológica (estável e oscilatório) flui 1-7. Estruturas de fluxo secundário pode em última análise, influenciar o tempo de tensão de corte na parede e a exposição das partículas à base de sangue para a progressão da aterosclerose, a restenose, a sensibilização das plaquetas e trombose 4-6, 8-13 Por conseguinte, a capacidade de detectar e caracterizar estas estruturas em laboratório. condições controladas pelo é precursou para promover as investigações clínicas. Um tratamento cirúrgico comum a aterosclerose é o implante de stent, para abrir artérias estenose para o fluxo de sangue desobstruídas. Mas as perturbações de fluxo concomitantes, devido a instalações de stent resultar em multi-escala morfologias de fluxo secundário. 4 - 6 complexidades Progressivamente de ordem superior, como assimetria e perda de coerência pode ser induzida por subsequentes falhas stent vis-à-vis os menores fluxos não perturbados 5. Estas falhas stent foram classificados como &quot;Tipos I-to-IV&quot;, com base em considerações de falha e gravidade clínica 14. Este estudo apresenta um protocolo para a investigação experimental das estruturas de fluxo secundário complexas devido ao completar fratura do stent transversal e deslocamento linear de peças fraturadas ( &quot;Tipo IV&quot;) em um modelo de artéria curvada. O método experimental utilizado envolve a aplicação de velocimetria por imagem de partículas (2C-2D PIV) técnicas com uma forma de onda entrada artéria carótida arquetípica, um índice de refração combinados sangue-analógico fluido de trabalho para médias registradas ao longo de fase 15 -. 18 de identificação quantitativa de estruturas de fluxo secundário foi conseguido utilizando conceitos da física fluxo, teoria ponto crítico e um romance transformada wavelet algoritmo aplicados aos dados PIV experimental 5, 6, 19-26.

Os resultados apresentados na Figura 7A-D foram gerados após dados de velocidade de processamento pós de fluxo secundário (ver Figuras 5, 6) adquirida a partir do sistema 2C-2D PIV mostrado na Figura 3A. A condição de fluxo fornecido para a secção de teste da artéria curvo com uma fractura idealizada &quot;Tipo IV&quot; stent era a forma de onda da artéria carótida mostrado na Figura 4B. Os nossos estudos anteriores demo...

Os implantes de stent em curvaturas arteriais estenosadas são propensos a falhas "Tipo IV" envolvendo a fratura transversal completa dos stents e o deslocamento linear das partes fraturadas. Apresentamos um protocolo para detecção de estruturas de fluxo secundário (vórtice) em um modelo de artéria curva, a jusante de falhas de stent "Tipo IV" clinicamente relevantes.

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

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

Este vídeo mostra como usar a Velocimetria por Imagem de Partículas e a Detecção de Estruturas Coerentes para identificar fluxo secundário ou estruturas vorticais em um modelo de artéria curva, a fim de compreender melhor a relevância clínica das falhas de stent do tipo IV. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na hemodinâmica cardiovascular, como, por exemplo, como stents, que podem se deteriorar ao longo do tempo e eventualmente fraturar, podem influenciar os padrões de fluxo sanguíneo e afetar a progressão da doença no remodelamento vascular.A principal vantagem desta técnica é que ela facilita a investigação de medições in vivo e in vitro em fluxos arteriais fisiológicos complexos envolvendo stent e fraturas de stent. O procedimento será demonstrado por Mohammad Najjari, um estudante de pós-graduação, e Jessica Hinke, uma estudante de graduação. Prepare uma solução análoga ao sangue composta por 79% de solução saturada de iodeto de sódio, 20% de glicerol e 1% de água desionizada.Inicie com uma solução saturada de iodeto de sódio, em seguida, adicione o glicerol em pequenos incrementos usando uma seringa até que todo o volume de glicerol tenha sido adicionado. Entre as adições, aguarde até que a solução fique visivelmente homogeneizada e anote o volume de cada adição de glicerol. Em seguida, adicione o volume necessário de água e continue a agitação até que a solução análoga ao sangue fique visivelmente homogeneizada.Por fim, adicione quantidades muito pequenas de tiossulfato de sódio, utilizando uma espátula até que a solução fique opticamente clara. Para começar, crie arquivos STL de alta resolução a partir dos modelos CAD do stent reto e curvo. No software, selecione Exportar e Modelo no menu de arquivos.Escolha a opção STL, defina a Altura da Corda como zero e defina o Controle de Ângulo como um. O valor do controle de ângulo regula a quantidade de tesselação ao longo da superfície com raios pequenos, e essa 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 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 mova o mouse para posicionar o arquivo STL em uma plataforma virtual na tela.Em seguida, utilizando as peças impressas em 3D, instale o stent na seção curva do teste de artéria para recriar um cenário idealizado de fratura do Tipo IV. Envolve uma fratura transversal completa dos stents e o deslocamento linear das partes fragmentadas. Agora, monte o conjunto em uma mesa óptica.Conecte os tubos acrílicos retos à entrada e à saída de um trecho de teste de artéria curvado em 180 graus. Para começar, ajuste grosseiramente a posição do laser iluminando um pequeno pedaço de papel. Faça o plano do laser ter 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. Depois, posicione uma câmera próxima à posição de zero grau ou 180 graus para visualizar a região em seção transversal iluminada pela folha de laser. Ajuste progressivamente o alinhamento do laser e da câmera para que a câmera visualize a seção transversal circular da artéria curva com distorção mínima das partículas, o que é avaliado utilizando a função Grab no software.Uma vez que a câmera e o laser estejam posicionados, adquira imagens dos campos de fluxo secundário. Primeiro, ligue a bomba programável. No programa de controle do instrumento da bomba, defina a Amplitude em um volt.Defina a tensão de offset DC em zero volts. Defina o número de etapas temporizadas em 1000 e o período de tempo em quatro segundos. Configurações adicionais são discutidas no Protocolo em Texto.Em seguida, carregue o arquivo de texto que contém os valores da forma de onda de tensão no tempo e execute o programa para fornecer o fluido análogo ao sangue ao experimento. No programa de Aquisição de Dados de PIV, após clicar na aba Novas Gravações, selecione o dispositivo na seção Configurações e confirme se o laser está definido como Ligado com as configurações de potência apropriadas. Navegue até o controle do laser para confirmar os valores.Navegue até Temporização e defina-a como Gatilho Cíclico Externo. Clique em Aquisição, selecione Varredura em Tabela, Editar Varredura em Tabela, Acrescentar Varredura e preencha as configurações de varredura inserindo o tempo inicial representativo da desaceleração sistólica. Incremente o tempo e defina o tempo final da aquisição de dados PIV.Tempo de referência, DT1, ou o intervalo entre pulsos a laser, deve ser ajustado. Em seguida, clique em Fechar. Em Acquisit, clique em aquisição de imagem e insira o número de imagens como 200.Agora, o sistema PIV está pronto para adquirir dados. Selecione Iniciar Gravação para obter medições por fase, utilizando o sinal de gatilho do controle do instrumento da bomba. O número definido de planos ou campos de velocidade em cada instante de tempo, e na posição preestabelecida de 90 graus da seção de teste, será então adquirido.Quando a gravação estiver concluída, desligue o laser. Desligue a bomba, desligue a câmera e recoloque a tampa da lente. Utilizando o arquivo de código suplementar, calcule os campos de velocidades médias de fluxo secundário e RMS, vorticidade e intensidade de vórtice.No software, inicialize a configuração referente à escala definida e envie para Definição da Máscara. Consulte o arquivo de Código Suplementar para obter detalhes. No software, clique com o botão direito em qualquer dado de PIV e inicie o Processamento em Lote.Selecione a operação Estatísticas do Vetor, Resultados do Campo Vetorial no grupo Estatísticas e clique em Parâmetro na caixa de diálogo. Ative as opções V médio e RMSV na seção Campo Vetorial. Em seguida, selecione a operação Vorticidade no grupo Extrair Campos Escalares de Rotação e Cisalhamento.Isso determina a vorticidade bidimensional na seção transversal planar. Agora, inicie o processamento clicando com o botão direito em qualquer dado PIV na janela Projeto e selecionando Hyperloop Todos os Conjuntos. Para calcular os campos de Força de Rotação para a detecção de Estruturas de Fluxo Secundário, clique com o botão direito em qualquer dado PIV, selecione Campo de Vetores de Velocidade na árvore e inicie o processamento em lote.Em seguida, selecione a operação Swirling Strength no grupo Extração de Campos Escalares de Rotação e Cisalhamento e clique em Fechar. Agora, clique com o botão direito no mesmo Campo Vetorial de Velocidade, selecione Hyperloop Todos os Conjuntos e ajuste os parâmetros para Processamento em Lote como antes. Por fim, execute o cálculo dos campos de Swirling Strength.Os dados de velocidade do fluxo secundário na localização transversal de 90 graus foram adquiridos a partir do sistema PIV 2C 2D. A condição de entrada fornecida à seção de teste da artéria curva com uma fratura de stent idealizada do Tipo IV foi a forma de onda da artéria carótida. Os dados do campo de velocidade do fluxo secundário foram gerados utilizando a técnica PIV, por meio da sincronização do gatilho produzido pelo computador de controle do instrumento da bomba.Aplicou-se o pós-processamento dos dados aos dados pixelados, para determinar o critério Q e a intensidade de vórtice ou critério de Landis ci-c durante a desaceleração sistólica. Compararam-se os campos de fluxo baseados na intensidade de vórtice e no critério Q. Examinaram-se os padrões vorticosos marcados com caracteres DLW, representativos de padrões vorticosos do tipo Dean-Lynn-e Wall deformados (DLW), e regiões dominadas por deformação, em quatro localizações transversais distintas durante a desaceleração sistólica.O método baseado na Transformada Wavelet Contínua foi aplicado ao campo de vorticidade do escoamento secundário, o que permitiu a detecção de vórtices com maior detalhe em forma, tamanho e intensidade. Por fim, os campos de escoamento baseados no critério Q, na Força de Vórtice e na Transformada Wavelet foram comparados. O método baseado na Transformada Wavelet revelou a presença de padrões vorticosos complexos com grande detalhe em tamanho, escala e intensidades.Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em aproximadamente oito horas, incluindo a aquisição e o pós-processamento dos dados de PIV, após a impressão dos stents modelo na impressora 3D. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de garantir que o índice de refração do fluido análogo ao sangue seja adequadamente ajustado utilizando pequenas quantidades de tiossulfato de sódio. No futuro, para melhorar a precisão dos resultados da parateoria e minimizar a distorção óptica, utilizaremos um mapa de calibração de PIV como este.Após este procedimento, os fluxos em vasos sanguíneos específicos do paciente podem ser avaliados para responder perguntas adicionais relativas a condições patológicas, permitindo acesso sem precedentes à hemodinâmica de próteses, implantes de stent e stents fraturados.

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Research

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Bioengineering

Bioengenharia

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Aprenda a detectar estruturas de fluxo secundário em artérias curvas usando Velocimetria por Imagem de Partículas e Detecção de Estruturas Coerentes. Este método avançado investiga falhas de stents Tipo IV e sua influência na hemodinâmica cardiovascular.

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