Экспериментальное исследование вторичных структур потока за выхода из строя Модель Тип IV стент в испытательной секции 180 ° Изогнутые артерии

В этом видео показано, как использовать велоциметрию изображения частиц и обнаружение когерентной структуры для обнаружения вторичного потока или вортических структур в модели искривленной артерии, чтобы лучше понять клиническую значимость неудач стентов типа IV. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы сердечно-сосудистой гемодинамики. Например, как стенты, которые со временем могут разрушаться и в конечном итоге ломаться, могут влиять на характер кровотока и влиять на прогрессирование заболевания при ремоделировании сосудов.

Основное преимущество этой методики заключается в том, что она облегчает исследование измерений in vivo и in vitro при сложных физиологических артериальных потоках, включающих стенты и переломы стентов. Демонстрировать процедуру будут аспирант Мохаммад Наджари и студентка бакалавриата Джессика Хинке. Приготовьте аналог крови, состоящий из 79% насыщенного раствора йодида натрия, 20% глицерина и 1% деионизированной воды.

Начните с насыщенного раствора йодида натрия, затем добавляйте глицерин небольшими порциями с помощью шприца, пока не будет добавлен весь объем глицерина. Между добавлениями подождите, пока раствор заметно гомогенизируется, и обратите внимание на объем каждого добавления глицерина. Далее добавьте необходимый объем воды, продолжайте помешивать до тех пор, пока кровяной аналог раствора не станет заметно гомогенизированным.

Наконец, добавьте очень небольшое количество тиосульфата натрия с помощью шпателя до тех пор, пока раствор не станет оптически прозрачным. Для начала создайте файлы STL с высоким разрешением из прямых и изогнутых моделей стентов Cad. В программном обеспечении выберите «Экспорт и модель» в меню «Файл».

Выберите опцию STL, установите Высоту хорды на ноль, а Угол (Angle Control) установите на единицу. Контрольное значение угла регулирует величину тесселяции вдоль поверхности с малыми радиусами, а значение можно регулировать в диапазоне от нуля до единицы. Затем нажмите OK, чтобы создать файл STL.

Затем изготовьте модели стентов на станке для быстрого прототипирования. Для этого запустите программное обеспечение для 3D-печати и нажмите «Вставить», чтобы найти файл STL на компьютере 3D-принтера. Затем выберите нужный файл и с помощью мыши разместите STL-файл на виртуальной платформе на экране.

Затем, используя напечатанные на 3D-принтере детали, установите стент в тестовый участок изогнутой артерии, чтобы воссоздать идеализированный сценарий перелома IV типа. Влекущее за собой полное поперечное разрушение стентов и линейное смещение фрагментированных частей. Теперь соберите установку на оптическом столе.

Подсоедините прямые акриловые трубки к входу и выходу тестового участка артерии, изогнутого на 180 градусов. Для начала грубо отрегулируйте положение лазера, подсветив небольшой лист бумаги. Сделайте лазерный лист толщиной примерно 2 мм, регулируя фокус.

Затем направьте лазерный лист вдоль 90-градусной части области измерения так, чтобы лист был перпендикулярен столу. Затем поместите камеру рядом с нулевым градусом или 180 градусами, чтобы увидеть область поперечного сечения, освещенную лазерным листом. Постепенно регулируйте выравнивание лазера и камеры, чтобы камера видела круглое поперечное сечение искривленной артерии с минимальным искажением частиц, которое оценивается с помощью функции Grab в программном обеспечении.

После того, как камера и лазер будут на месте, получите изображения вторичных полей потока. Сначала включите программируемый насос. В программе управления насосом установите амплитуду на одно вольт.

Установите смещение постоянного тока на ноль вольт. Установите количество шагов по времени равным 1000, а период времени — четырем секундам. Дополнительные настройки обсуждаются в текстовом протоколе.

Затем загрузите текстовый файл, содержащий значения для формы временной волны напряжения, и запустите программу для подачи жидкости с аналогом крови в эксперимент. В программе PIV Data Acquisition после нажатия на вкладку «Новые записи» выберите устройство в разделе «Настройки» и убедитесь, что лазер включен с соответствующими настройками мощности. Перейдите к пункту управления лазером для подтверждения значений.

Перейдите в раздел Timing (Время) и установите для него значение External Cyclic Trigger (Внешний циклический триггер). Нажмите «Приобретение», выберите «Сканирование таблицы», «Редактировать сканирование таблицы», «Добавить сканирование» и заполните параметры сканирования, введя время начала, представляющее систолическое замедление. Время приращения и окончания сбора данных PIV.

Необходимо отрегулировать опорное время, DT1 или время между лазерными импульсами. Затем нажмите «Закрыть». В разделе «Приобретение» нажмите на «Получение изображений» и введите количество изображений как 200.

Теперь система PIV готова к сбору данных. Выберите «Начать запись» для получения фазовых измерений с использованием сигнала запуска от системы управления насосом. Затем будет получено заданное количество полей плоскости или скорости в каждом экземпляре времени, а также в заранее согласованном месте испытательного участка под углом 90 градусов.

Когда запись будет завершена, выключите лазер. Выключите насос, выключите камеру и установите на место крышку объектива. Используя файл дополнительного кода, рассчитайте поля «Усредненная по фазе» и «Среднеквадратичное значение скорости вторичного потока», «Завихренность» и «Сила завихрения».

В программном обеспечении инициализируйте настройку, относящуюся к определенному масштабу, и отправьте ее в Mask Definition. Дополнительные сведения см. в файле дополнительного кода. В программном обеспечении щелкните правой кнопкой мыши любые данные PIV и запустите пакетную обработку.

Выберите операцию Векторная статистика, Результаты векторных полей из группы Статистика и нажмите на Параметр в диалоговом окне. Переключите параметры среднего V и RMSV в разделе Векторное поле. Затем выберите операцию Завихренность из группы Извлечение скалярных полей Поворот и сдвиг

Это находит двумерную завихренность в плоском поперечном сечении. Теперь начните обработку, щелкнув правой кнопкой мыши по любым данным PIV в окне «Проект» и выбрав «Hyperloop All Sets». Чтобы вычислить поля интенсивности завихрения для обнаружения структур вторичного потока, щелкните правой кнопкой мыши любые данные PIV, выберите поле вектора скорости в дереве и запустите пакетную обработку.

Затем выберите операцию Сила завихрения из группы Извлечь скалярные поля Вращение и сдвиг и нажмите кнопку Закрыть. Теперь щелкните правой кнопкой мыши по тому же полю вектора скорости, выберите Hyperloop All Sets и настройте параметры для пакетной обработки, как и раньше. Наконец, выполните вычисление полей силы завихрения.

Данные о скорости вторичного потока в месте поперечного сечения 90 градусов были получены из системы 2C 2D PIV. Условием притока, подаваемым на тестовый участок искривленной артерии с идеализированным переломом стента IV типа, была волновая форма сонной артерии. Данные поля скорости вторичного потока были получены с использованием метода PIV путем синхронизации триггера, созданного компьютером управления насосным прибором.

Постобработка данных была применена к пиксельным данным для определения Q-критерия и силы завихрения или ci-критерия Лэндиса во время систолического замедления. Сравнивались поля интенсивности завихрения и течения на основе Q-критерия. Суортикальные паттерны, отмеченные символами DLW, представляющие деформированные вортикальные паттерны типа Дина-Линна и Уолла, а также области с преобладанием деформации, были исследованы в четырех различных местах поперечного сечения во время систолического замедления.

Метод на основе непрерывного вейвлет-преобразования был применен к полю завихренности вторичного потока, что позволило обнаружить вихри с большей детализацией формы, размера и силы. Наконец, были сравнены поля течения на основе Q-критерия, силы завихрения и вейвлет-преобразования. Метод, основанный на вейвлет-преобразовании, выявил наличие сложных вортикальных узоров с большой детализацией по размеру, масштабу и прочности.

После освоения эта техника может быть выполнена примерно за восемь часов, включая сбор данных PIV и постобработку, после того, как модель стента будет напечатана на 3D-принтере. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о том, что показатель преломления жидкости в крови адекватно соответствует с использованием незначительных количеств тиосульфата натрия. В будущем, чтобы повысить точность результатов паратеории и свести к минимуму оптические искажения, мы будем использовать калибровочную карту PIV, подобную этой.

После этой процедуры можно оценить потоки в кровеносных сосудах пациента, чтобы ответить на дополнительные вопросы, относящиеся к патологическим состояниям, что обеспечивает беспрецедентный доступ к гемодинамике протезов, стент-имплантатов и сломанных стентов.