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Génie biomédical

Cette collection décrit les concepts centraux de l'ingénierie biomédicale en mettant l'accent sur les techniques d'imagerie pour visualiser et détecter les conditions médicales, les méthodes de quantification de la souche biomécanique et la modélisation computationnelle pour simuler le flux sanguin.

  • Biomedical Engineering

    10:47
    Imagerie d'échantillons biologiques avec microscopie optique et confocale

    Source: Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    Les microscopes optiques ont été autour depuis des siècles, et alors qu'ils ont atteint leur limitation théorique de la résolution il ya des décennies, de nouveaux équipements et techniques, telles que le traitement d'image confocale et numérique, ont créé de nouvelles niches dans le domaine degerie. Les meilleurs microscopes optiques auront généralement une résolution jusqu'à 200 nm dans des conditions idéales. Cependant, les microscopes optiques sont limités par la diffraction des ondes, fonction de la longueur d'onde, qui est d'environ 500 nm pour la lumière visible. Bien que la résolution des microscopes optiques n'atteigne pas celle des microscopes électroniques, ils sont les outils les plus précieux dans l'imagerie des macrostructures biologiques et sont un aliment de base dans n'importe quel laboratoire biologique. Dans les microscopes légers conventionnels, le signal produit à partir de l'objet imageur provient de toute l'épaisseur du spécimen, ce qui ne permet pas à la plupart d'entre eux d'être mis au point pour l'observateur. Cela provoque l'image d'avoir "flou hors de mise au point". Le microscope confocal, d'autre part, éclaire l'échantillon à travers un trou d'épingle, et est donc capable de filtrer la lumière floue d'en haut et en dessous du point de fo

  • Biomedical Engineering

    09:01
    IMAGERIE SEM d'échantillons biologiques

    Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    Un microscope électronique à balayage (SEM) est un instrument qui utilise un faisceau d'électrons pour imager et caractériser les matériaux conductrices dans le vide. Comme analogie, un faisceau d'électrons est à la SEM comme la lumière est au microscope optique. La différence est que lelectronique donne des images de résolution et de grossissement beaucoup plus élevés. Les meilleurs microscopes optiques ont généralement une résolution jusqu'à 200 nm, tandis que les SEM revendiquent généralement une résolution de 0,5 nm. Cela est dû au fait que les microscopes optiques sont limités par la diffraction des ondes, fonction de la longueur d'onde, qui est d'environ 500 nm pour la lumière visible. Inversement, le SEM utilise un faisceau d'électrons sous tension, qui comme longueur d'onde de 1 nm. Cette caractéristique en fait des outils très fiables pour l'étude des nanostructures et des microstructures. Les microscopes électroniques permettent également l'étude d'échantillons biologiques dont la taille des caractéristiques est trop petite pour la microscopie optique. Cette démonstration offre une introduction à la préparation d'échantillons et à l'acquisition initiale d'échantillons biologiques à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Dans ce cas, un échafa

  • Biomedical Engineering

    13:28
    Biodistribution des nanomédicaments : applications de seM

    Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    Les nanoparticules ont été de plus en plus utilisées dans la recherche pour l'administration ciblée de médicaments et la libération contrôlée de médicaments. Bien que la plupart de ces particules aient été développées sous forme de particules polymères ou liposomiques en raison de leurla recherche actuelle tend à utiliser des nanoparticules métalliques et magnétiques. Ces nanoparticules métalliques ont été utilisées à l'origine comme agent de contraste en imagerie, mais des progrès récents ont montré à quel point elles pouvaient être importantes dans la livraison de médicaments et de gènes et dans la thérapeutique. Les nanoparticules d'or, d'argent et paramagnetic ont la plus grande part dans la recherche en cours. Il a été démontré qu'ils ont une bonne biocompatibilité et certaines variétés de nanoparticules magnétiques ont déjà été développées et distribuées sous forme de médicaments thérapeutiques ciblés. Ces éléments lourds sont généralement représentés pour la recherche utilisant la fluorescence pour évaluer la livraison et la distribution, mais leurs poids atomiques sont de bonnes qualifications pour le contraste accru dans l'analyse électronique de rétrodiffusion utilisant un microscope électronique de balayage (SEM ). La spectroscopie à rayons X dispe

  • Biomedical Engineering

    14:19
    Imagerie par ultrasons haute fréquence de l'aorte abdominale

    Source: Amelia R. Adelsperger, Evan H. Phillips, et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    Les systèmes d'échographie haute fréquence sont utilisés pour acquérir des images haute résolution. Ici, l'utilisation d'un système de pointe sera démontrée pour l'image de la morphologie et de l'hémodynamique des petites artères et veines pulsatiles trouvées chez les souris et lesographie est une méthode relativement peu coûteuse, portative et polyvalente pour l'évaluation non invasive des vaisseaux chez l'homme ainsi que chez les grands et les petits animaux. Ce sont là plusieurs avantages clés que l'ultraound offre par rapport à d'autres techniques, telles que la tomographie calculée (CT), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par fluorescence proche infrarouge (NIRF). La tomodensitométrie nécessite un rayonnement ionisant et l'IRM peut être prohibitivement coûteuse et même peu pratique dans certains scénarios. NIRF, d'autre part, est limité par la profondeur de pénétration de la lumière nécessaire pour exciter les agents de contraste fluorescent. L'échographie a des limites en termes de profondeur d'imagerie; cependant, ceci peut être surmonté en sacrifiant la résolution et en utilisant un transducteur de basse fréquence. Les gaz abdominaux et l'excès de poids corporel peuvent gravement diminuer la qualité de l'image. Dans le pre

  • Biomedical Engineering

    10:23
    Cartographie quantitative de la souche d'un anévrisme aortique abdominal

    Source: Hannah L. Cebull1, Arvin H. Soepriatna1, John J. Boyle2 et Craig J. Goergen1

    1 Fois Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    2 (en) Génie mécanique et science des matériaux, Université de Washington à St. Louis, St Louis, Missouri

    Le comportement mécanique des tissus mous, tels que les vaisseaux sanguins,au, les tendons et d'autres organes, sont fortement influencés par leur composition d'élastine et de collagène, qui fournissent élasticité et force. L'orientation des fibres de ces protéines dépend du type de tissu mou et peut aller d'une seule direction préférée à des réseaux maillés complexes, qui peuvent devenir altérés dans les tissus malades. Par conséquent, les tissus mous se comportent souvent anisotropically au niveau cellulaire et d'organe, créant un besoin pour la caractérisation tridimensionnelle. Il est important de développer une méthode d'estimation fiable des champs de souches dans des tissus ou des structures biologiques complexes pour caractériser et comprendre mécaniquement la maladie. La souche représente la façon dont les tissus mous se déforment relativement au fil du temps, et il peut être décrit mathématiquement à travers diverses estimations. L'acquisition de données d'image au fil du temps permet d'estimer la déformation et la tension. Cependant, toutes

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    08:38
    Tomographie photoacoustique à l'image de sang et de lipides dans l'aorte infrarénale

    Source: Gurneet S. Sangha et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    La tomographie photoacoustique (PAT) est une modalité émergente de l'imagerie biomédicale qui utilise des ondes acoustiques générées par la lumière pour obtenir des informations de composition à partir de tissus. LE PAT peut être utilisé pour l'image du sang et des composants lipidiques, ce qui est utilegrande variété d'applications, y compris l'imagerie cardiovasculaire et tumorale. Les techniques d'imagerie actuellement utilisées ont des limites inhérentes qui limitent leur utilisation auprès des chercheurs et des médecins. Par exemple, les longs délais d'acquisition, les coûts élevés, l'utilisation de contrastes nocifs et l'invasivité minimale à élevée sont tous des facteurs qui limitent l'utilisation de diverses modalités en laboratoire et en clinique. À l'heure actuelle, les seules techniques d'imagerie comparables au PAT sont les techniques optiques émergentes. Mais ceux-ci ont également des inconvénients, tels que la profondeur limitée de pénétration et la nécessité d'agents de contraste exogènes. PAT fournit des informations significatives d'une manière rapide, non invasive, sans étiquette. Lorsqu'il est couplé avec l'échographie, PAT peut être utilisé pour obtenir des informations structurelles, hémodynamiques et compositionnelles à partir de tissus, complétant ainsi les tech

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    11:37
    Imagerie par résonance magnétique cardiaque

    Source : Frederick W. Damen et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    Dans cette vidéo, le champ élevé, la formation image de résonance magnétique de petit-bore (MRI) avec la surveillance physiologique est démontrée pour acquérir des boucles fermées de cine du système cardio-vasculaire murine. Cette procédure fournit une base pour évaluer la fonction gauche-ventriculaire,les réseaux vasculaires, et quantifier le mouvement des organes dus à la respiration. Les modalités comparables d'imagerie cardiovasculaire chez les petits animaux comprennent l'échographie à haute fréquence et la tomographie micro-calculée (TDM); cependant, chaque modalité est associée à des compromis qui devraient être pris en considération. Tandis que l'ultrason fournit la résolution spatiale et temporelle élevée, les artefacts d'imagerie sont communs. Par exemple, les tissus denses (c.-à-d. le sternum et les côtes) peuvent limiter la profondeur de pénétration de l'imagerie, et le signal hyperéchoïque à l'interface entre le gaz et le liquide (c.-à-d. la pleuréson entourant les poumons) peut brouiller le contraste dans les tissus voisins. Micro-CT en revanche ne souffre pas d'autant d'artefacts dans le plan, mais a une résolution temporelle plus faible et un contraste limité de tissus mous. En outre, le micro-CT utilise le rayonnement de rayon X et exige souvent l'utilisation des age

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    12:38
    Simulations de dynamique des fluides informatiques du flux sanguin dans un anévrisme cérébral

    Source: Joseph C. Muskat, Vitaliy L. Rayz, et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    L'objectif de cette vidéo est de décrire les progrès récents des simulations de dynamique des fluides computationnels (CFD) basées sur la vascularisation spécifique au patient ou à l'animal. En l'espèce, des segmentations de navires en question ont été créées et, à l'aide d'une combinaisonn source et commerciaux, une solution numérique à haute résolution a été déterminée dans un modèle d'écoulement. De nombreuses études ont démontré que les conditions hémodynamiques dans la vascularisation affectent le développement et la progression de l'athérosclérose, des anévrismes, et d'autres maladies périphériques d'artère ; en même temps, les mesures directes de la pression intraluminale, du stress de cisaillement de mur (WSS), et du temps de résidence de particule (PRT) sont difficiles à acquérir in vivo. Le CFD permet d'évaluer ces variables de manière non invasive. En outre, le CFD est utilisé pour simuler des techniques chirurgicales, ce qui permet aux médecins de mieux faire preuve de prévoyance en ce qui concerne les conditions de débit postopératoire. Deux méthodes d'imagerie par résonance magnétique (IRM), d'angiographie par résonance magnétique (MRA) avec un temps de vol (TOF-MRA) ou un MRA amélioré par contraste (CE-MRA) et un contraste de phase (PC-MRI

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    10:11
    Imagerie de fluorescence proche infrarouge des anévrismes aortiques abdominaux

    Source: Arvin H. Soepriatna1, Kelsey A. Bullens2, et Craig J. Goergen1

    1 Fois Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    2 (en) Département de biochimie, Université de Purdue, Lafayette occidental, Indiana

    L'imagerie par fluorescence proche infrarouge (NIRF) estne technique optique passionnante qui utilise des sondes fluorescentes pour visualiser des assemblages biomoléculaires complexes dans les tissus. L'imagerie NIRF présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes d'imagerie conventionnelles pour l'imagerie non invasive des maladies. Contrairement à la tomographie calculée par émission de photons (SPECT) et à la tomographie par émission de positons (TEP), l'imagerie NIRF est rapide, à haut débit et n'implique pas de rayonnement ionisant. En outre, les développements récents dans l'ingénierie des sondes fluorescentes spécifiques à des cibles et activatables fournissent à NIRF une grande spécificité et sensibilité, ce qui en fait une modalité attrayante dans l'étude du cancer et des maladies cardiovasculaires. La procédure présentée est conçue pour démontrer les principes qui sous-tendent l'imagerie NIRF et la façon de mener des expériences in vivo et ex vivo chez de petits animaux afin d'étudier une variété de mala

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    09:30
    Techniques de mesure de la pression artérielle non invasives

    Source: Hamna J. Qureshi et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    Ici, nous allons mettre en évidence les principales similitudes et les différences des techniques de mesure de la pression artérielle non invasive entre les humains et les rongeurs et examiner les principes d'ingénierie qui régissent la pression artérielle. Les principes qui régissent la technologiele de manchette pour acquérir des pressions systoliques et diastoliques seront également discutés. Les poignets disponibles dans le commerce qui se connectent aux appareils mobiles sont généralement compacts et portables, ce qui permet de prendre des mesures pratiquement n'importe où. Non invasif, menottes de tension artérielle portables sont particulièrement utiles pour les patients souffrant d'hypertension et d'autres problèmes cardiovasculaires qui nécessitent une surveillance attentive et la détection précoce de tout changement de la pression artérielle. De même, des systèmes non invasifs de mesure de la pression artérielle sont également disponibles pour les rongeurs. Cette technologie est utilisée en laboratoire et est utile pour surveiller la santé animale tout au long d'une étude. Bien que la radiotélémétrie soit l'étalon-or de la mesure de la pression artérielle chez les rongeurs, cette technique est invasive et peut entraîner une mortalité animale si elle est ma

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    11:16
    Acquisition et analyse d'un signal ECG (électrocardiographie)

    Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    Un électrocardiographe est un graphique enregistré par les changements potentiels électriques se produisant entre les électrodes placées sur le torse d'un patient pour démontrer l'activité cardiaque. Un signal ECG suit le rythme cardiaque et de nombreuses maladies cardiaques, telles que leux sanguin vers le cœur et les anomalies structurelles. Le potentiel d'action créé par les contractions de la paroi cardiaque propage les courants électriques du cœur dans tout le corps. Les courants électriques de propagation créent différents potentiels à des points dans le corps, qui peuvent être sentis par des électrodes placées sur la peau. Les électrodes sont des transducteurs biologiques faits de métaux et de sels. En pratique, 10 électrodes sont fixées à différents points sur le corps. Il existe une procédure standard pour l'acquisition et l'analyse des signaux ECG. Une vague ECG typique d'un individu en bonne santé est la suivante: Figure 1. Vague ECG. L'onde « P » correspond à une contraction auriculaire et au complexe « QRS » à la contraction des ventricules. Le complexe "QRS" est beaucoup plus grand que l'onde "P" en raison de la dfference relative dans la masse musculaire des oreillettes et des ventricules, qui masque la relaxation des oreillettes. La relaxat

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    10:08
    Force tendançante des biomatériaux résorbables

    Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    Depuis plus de 4000 ans, les sutures sont utilisées comme intervention médicale. Les premiers enregistrements indiquent que le linge était le biomatériau de choix. Catgut, qui est encore en usage aujourd'hui, aurait été utilisé pour traiter les gladiateurs autour de 150 après JC. Aujourd'hui, ilombreux matériaux utilisés pour les sutures. Les sutures sont classées par leur composition (naturelle ou synthétique) et leur absorption (non résorbable ou résorbable). Les sutures résorbables (ou absorbables) se dégradent dans le corps par une dégradation enzymatique ou une dégradation programmée causée par l'interaction de l'eau avec des groupes spécifiques de la chaîne des polymères. Ces sutures sont souvent créées à partir de matériaux synthétiques, tels que l'acide polyglycolique, la polydioxanone, et la polycaprolactone, ou des biomatériaux naturels, tels que la soie. Ils sont généralement utilisés pour certaines procédures internes, comme la chirurgie générale. Sutures résorbables tiendra la plaie ensemble pendant une période assez longue pour la guérison, mais ensuite ils finissent par se désintégrer par le corps. D'autre part, les sutures non résorbables ne se dégradent pas et doivent être extraites. Ils sont généralement dérivés de polypropylène, de

  • Biomedical Engineering

    11:18
    Imagerie micro-CT d'une moelle épinière de souris

    Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

    C'est un fait peu connu que la découverte et (par inadvertance) l'utilisation des rayons X a recueilli le premier prix Nobel de physique. La célèbre image aux rayons X de la main de la femme du Dr Ràntgen de 1895 qui a envoyé des ondes de choc à travers la communauté scientifique ressemble à la images 2D 2D de radiographie médicale moderne. Bien qu'il ne s'agit pas de la technologie la plus récente, l'imagerie par absorption des rayons X est un outil indispensable et se trouve dans les meilleurs laboratoires de R-D et d'université au monde, dans les hôpitaux, les aéroports, entre autres. On peut soutenir que les utilisations les plus avancées de l'imagerie par absorption des rayons X impliquent d'obtenir des informations comme celles trouvées dans une radiographie médicale 2D, mais réalisées en 3D grâce à une tomographie calculée (CT ou micro-CT). En prenant une série de projections de rayons X 2D, un logiciel avancé est capable de reconstruire des données pour former un volume 3D. Les informations 3D peuvent, et très probablement comprendra des informations de l'intérieur de l'objet sondé sans avoir à être coupé ouvert. Ici, une micro-CT scan sera obtenue, et les principaux facteurs ayant une incidence sur la qualité de l'image seront discutés.

  • Biomedical Engineering

    11:08
    Visualisation de la dégénérescence articulaire du genou après une lésion non invasive du LCA chez les rats

    Source: Lindsey K. Lepley1,2, Steven M. Davi1, Timothy A. Butterfield3,4 et Sina Shahbazmohamadi5,

    1 Fois Département de kinésiologie, Université du Connecticut, Storrs, CT; 2 (en) Department of Orthopaedic Surgery, University ofnnecticut Health Center, Farmington, CT; 3 (en) Department of Rehabilitation Sciences, University of Kentucky, Lexington, KY; 4 ( en plus) Center for Muscle Biology, Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY; 5 Annonces Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, CT Les lésions du ligament croisé antérieur (LCA) au genou augmentent considérablement le risque d'arthrose post-traumatique (PTOA), car environ un tiers des personnes démontreront une PTOA radiographique au cours de la première décennie suivant une lésion cérébrale. Bien que la reconstruction d'ACL (ACLR) redonne avec succès la stabilité d'articulation de genou, ACLR et les techniques actuelles de réadaptation n'empêchent pas le début de PTOA. Par conséquent, la blessure d'ACL représente le modèle idéal pour étudier le développement de PTOA après des dommages articulaires traumatiques. Les modèle

  • Biomedical Engineering

    09:07
    Imagerie combinée SPECT et CT pour visualiser la fonctionnalité cardiaque

    Source: Alycia G. Berman, James A. Schaber, et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

    Ici, nous allons démontrer les principes fondamentaux de l'émission d'un seul photon par tomodensitométrie/ tomographie calculée (SPECT/CT) imagerie à l'aide de souris. La technique consiste à injecter un radionucléide dans une souris, l'imagerie de l'animal après qu'il est distribué danscorps, puis la reconstruction des images produites pour créer un ensemble de données volumétriques. Ceci peut fournir l'information au sujet de l'anatomie, de la physiologie, et du métabolisme pour améliorer le diagnostic de la maladie et surveiller sa progression. En ce qui concerne les données recueillies, SPECT/CT fournit des informations similaires à la tomographie par émission de positrons (TEP)/CT. Cependant, les principes sous-jacents de ces deux techniques sont fondamentalement différents puisque le PET nécessite la détection de deux photons gamma, qui sont émis dans des directions opposées. En revanche, l'imagerie SPECT mesure directement le rayonnement via une caméra gamma. En conséquence, la formation image SPECT a une résolution spatiale inférieure à celle de la TEP. Cependant, il est également moins coûteux parce que les isotopes radioactifs SPECT sont plus facilement disponibles. Spect/ CT imaging fournit des informations métaboliques et anatomiques non invasives q

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