Summary
Stent-indusert arterielle belastningsskader distribusjoner karakteriseres ved hjelp av en optisk overflate belastning målesystem. Denne visualiseringen teknikken brukes til å få innsikt i effekten av stentimplantasjon på verten fartøyet.
Abstract
Kliniske studier har rapportert ulike restenosis priser for forskjellige stent design 1. Det er spekulert i at stent-indusert belastningsskader konsentrasjoner på arterieveggen føre til vevsskade, som utløser restenosis 2-7. Denne hypotesen trenger videre undersøkelser inkludert bedre Kvantifiseringen av ikke-uniform belastning fordeling på arterien etter stentimplantasjon. En ikke-kontakt overflate belastning målemetode for stentet arterien blir presentert i dette arbeidet. ARAMIS stereo optisk overflate belastning målesystem bruker to optiske høye fotobokser for å fange bevegelsene til hvert referansepunkt, og løse tredimensjonale stammer over deformeres overflaten 8,9. Som en maske stent er utplassert i en latex fartøy med en tilfeldig kontrasterende mønster sprayet eller tegnet på sin ytre overflate, overflaten belastningen registrert på hvert øyeblikk av deformasjonen. De beregnede belastningsskader distribusjoner kan deretter brukes til å forstå LOcal lesjon respons, validere beregningsmodeller, og formulere hypoteser for videre in vivo studier.
Protocol
1. Klargjøring av lateks Vessel
- Fiks begge ender av latex fartøyet til piggete slangekoplingene, som er festet på en solid arbeidsbenk.
- Mål arealet av renter på latex fartøy å bestemme synsfeltet. Området av interesse for en stent test skal være sentrert mellom de piggete slangekoblinger og omfatter omtrent en tomme på hver side av stent for å observere de påkjenningene utenfor stentet området.
- Ta opp avstanden fra ytterkanten av en piggete slangekoblingen til midten beliggenhet mellom kontaktene, som også er omtrentlige sentrum av lateks fartøyet. Oversett avstanden på kateteret ved å måle fra midten av stent opp kateteret. Deretter markerer kateteret med en markør.
- Fjern latex fartøyet fra piggete slangekoblinger.
- Klargjør latex fartøyet ved sprøyting området av interesse med en stokastisk mønster av hvit og svart spray maling eller merkingområdet av interesse med tilfeldige prikker som bruker permanent markør. For mindre prøver og finere stokastisk mønster kreves.
2. In vitro Test System og kalibrering av ARAMIS System
- Velg kalibreringen panel som er litt større enn det området av interesse målt i trinn 1.
- Plasser kalibrering panelet mellom de piggete slangekoblinger på området og sikre at området av interesse er godt opplyst.
- Juster avstanden mellom to kameraer, avstanden fra prøven, og kameraet høyde basert på kalibrering panelet valgt. Hver kalibrering panel er forskjellig, derfor ARAMIS bruksanvisningen vil måtte konsulteres for å avgjøre disse avstandene.
- Åpne et nytt prosjekt i ARAMIS ved å velge "File", deretter "New Project". Neste klikk på "Sensor"-fanen og velg "kalibrering", deretter "Full kalibrering".
- Den ARAMIS programvaren vil nå gå brukeren gjennom trinnene for å kalibrere t han kameraer.
- Med objektivets blenderåpning helt åpen, fokusere kameraet på kalibrering panelet ved å løsne festeskruen på kameraet og rotere linsen. Når fokusert, skru skruen og lukker åpningen.
- Ta det første bildet av kalibreringsprosessen. Fortrenge eller roter kalibrering panelet i henhold til demonstrasjonen på datamaskinen, til bildet er fokusert på dataskjermen. Ta det andre bildet. Gjenta denne prosessen for resten av kalibreringen bildene.
- Når alle de kalibrering bildene er tatt, vil ARAMIS bildebehandling analyse programvare beregne kalibreringsinnstillingene. Kalibreringsprosessen bør gjentas dersom kalibreringen avviket er større enn 0,04. Eventuelle justeringer gjort i fokus på kameraet eller avstanden mellom kameraene vil gjøre kalibreringsprosessen ugyldig.
- Fjern kalibrering panelet og plasser malte latex fartøyet tilbake på piggete slangekoblinger.
- Bestem antall bilder per sekund som er ønsket for testen. Økte rammer per sekund vil produsere mer ensartet belastning resultater.
- Juster lukkerhastigheten til mindre enn 1 bilde per sekund og slik at ingen røde vises på bildet.
- Ta 5 bilder.
- Legg starte poeng på bildeserie og beregne testen.
- Mens du holder "Ctrl", klikk på midten av prøven for å observere bakgrunnsstøy. Hvis forundersøkelse støyen er over 75 microstrain kalibreringsprosessen må tas på nytt.
4. Stent Distribusjon
- Velg antall bilder ønsket å ta i løpet av testen. 200 bilder vil være tilstrekkelig for stent ekspansjon.
- Gradvis inn kateter inn i latex fartøyet, og ved hjelp av markør indikatoren på kateteret for å lede stent til den når den sentrale beliggenheten.
- Begynne å ta bilder med ARAMIS.
- For ballong-utvidbart stent, gradvis øke ballongen press for å utvide stenten inntil ballongen er fullt utvidet, så gradvis redusere trykket av ballongen til null, og ballongen er nedpakket og trekkes sammen med kateter.
- For selv-ekspanderende stent, gradvis fjerne skjede inntil stent er fullt utvidet, så gradvis trekke kateteret.
5. Bilder Analyse
- Strain historien til et bestemt punkt på fartøyet
- Lag en scene poeng ved å holde "Ctrl"-tasten og klikke på det området av interesse.
- Velg den type belastning som er ønsket, dvs. belastning i X, Y, XY, stor belastning, mindre belastning, eller Mises belastning.
- Tomten i nedre høyre hjørne vil vise belastningen på det punktet valgt over varigheten av testen.
- Spatial belastning langs en bestemt bane av fartøyet
- Create en flertrinns punkt linje ved å klikke på "seksjoner" fanen, deretter "create delen". Velg en linje på bildet parallelt med X-aksen ved Y er lik null. Dette vil skape en rekke sceniske poeng i en linje.
- Etter at flertrinns linjen opprettes plottet i nedre hjørne vil vise en serie med linjer på en tomt. Hver linje representerer belastningen ved ett tilfelle i gang langs lengden av delen.
- Opprette en best mulig passform sylinder å analysere utvidelse rate og radius av fartøyet
- I den øvre verktøylinjen velger "primitive", deretter "best fit sylinder".
- Velg en liten del av bildet ved hjelp av "velg gjennom overflaten" verktøy på høyre verktøylinjen.
- Den ARAMIS programvare vil generere en tredimensjonal best passform sylinder.
- Bildene kan deretter syklet gjennom å observere hvordan diameteren på latex skipet er varierende.
- Evaluering avstanden mellomto punkter
- Under "analyse" Klikk på "punkt til punkt avstand".
- Velg en lengde på bildet som er ønsket for analyse ved å velge to punkter.
- Bildene kan deretter syklet gjennom å observere endringer i avstand mellom de to punktene over tid.
6. Representative Resultater
Stenten struts utvide åreveggen utover, vil stammer generelt være høyere rundt stent plassering. Figur 1 er et eksempel på belastning kartlegging under rekylen prosessen med ballong-utvidbart stent, samt stor belastning historie på ett bestemt punkt. De sorte prikkene i figur 1 er referansepunkter, som ble brukt av high-speed kameraer for å fange og spore forskyvninger av disse referansepunkter på kanalen. Basert på den registrerte bevegelse av referansepunkter, vil programvaren deretter brukes til å beregne stammer av rør eller enNY annen målrettet objekt. Stor belastning, også referert til som den maksimale rektor belastningen, beregnes som følger:
Det er klart at det implantert stent førte til ikke-uniform belastning fordeling på fartøyet overflaten. Dette kan forklares med den rekylen lasting fra ende-hemmet latex rør og mesh-strukturen av stent. Denne belastningen feltet tilsvarer den innledende fasen av stent rekyl, som er identifisert av Røde Kors markøren i bunnen bilde av Figur 1. Den store belastningen-historie kurve av et bestemt punkt 10 demonstrerte skjelnes stadier av stentimplantasjon. Ballongen Utvidelsen skjer fra ca 10 til 12 sekunder og stent Recoil etter deflasjon av ballongen oppstår mellom 12 og 14 sekunder.
Figur 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den stereo optisk overflate belastning målesystem brukes til å måle de lokale stammene over deformeres overflaten for både i-og ut-av-plane bevegelser uten å kontakte prøven. Dette systemet bruker to høyhastighets optiske kameraene til å ta bilder av en tilfeldig kontrastfarge mønster sette på overflaten for å konstruere nøyaktige målinger av bevegelser av hvert punkt, med en høy nøyaktighet for å løse overflaten stammer.
Det bør bemerkes at den nødvendige kontrasterende mønsteret trenger fester seg til overflaten tilstrekkelig nok til å gi nøyaktige målinger. I tillegg må den målrettede prøven området være godt opplyst, uten blending, for kameraene å skille bevegelser kontrasterende mønsteret. Ellers vil de fangede blende bildene lage ugyldig data regioner. To lyskilder, på motsatt ende av latex fartøyet, vinklet på omtrent 45 graders vinkler i forhold til slangen anbefales. En flat spraymaling snarere enn englans maling for den stokastiske mønsteret vil også bidra til å redusere mengden av blending.
Her presenterer vi en protokoll av overflaten belastningsskader målinger ved hjelp av en hånet fartøy, som kan brukes til å teste nonuniform belastningen kartleggingen på heterogene innfødte fartøyet. Ex vivo innfødte fartøyer studien vil bli inkubert i fysiologisk løsning for å opprettholde cellulære aktiviteten. Den vanlige sorte inkjet pennen kan brukes til å farge en ekte blodkar, som har blitt brukt på lårarterie av kanin ved Squire et al 10. Denne optiske overflate belastningen målesystem kunne da fange bevegelse av referansepunkter gjennom gjennomsiktig vindu. Surface belastningsskader målinger ved hjelp av ex vivo innfødte fartøyer med histologiske vurderinger av skipene vil gi mer innsikt om skademekanisme av stentet arterie. De tre dimensjonal flate stammer demonstrert i dette arbeidet kan også utvides til å oppnå den belastningen kartet hvor som helst iden heterogene prøven inkludert dets indre overflate samt over tykkelsen av fartøyet gjennom videre numerisk analyse.
Den presenterte stereo optisk overflate belastning målesystemet er en av de svært unike metoder som kan fange og måle de lokale stammene observert over hele deformeres overflaten uten å faktisk kontakte prøven og med høy nøyaktighet for både inn-og ut-av-plane bevegelser av overflaten. Det ble sammenlignet med andre belastningsskader målesystemer som intravaskulær ultralyd (IVUS) bildebehandling samt inflasjon test 11,12. Den tradisjonelle inflasjon testen er nyttig for å skaffe den gjennomsnittlige belastningen langs testen kanal 11, men det ikke kan gi den tredimensjonale lokale belastningen fanget av den optiske overflaten belastningen målesystemet i dette arbeidet. Den IVUS elastography 12 kunne skaffe todimensjonal belastningen kart over hele tverrsnittet av fartøyet, og hold godpotensial for klinisk anvendelse. Det optiske systemet demonstrert i dette arbeidet har sin unike fordel ved å gi tre dimensjonal flate stammer og forskyvninger på ujevne overflater, spesielt de som følge av uregelmessige figurer eller inhomogene organer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklært.
Acknowledgments
Denne studien ble støttet delvis av NASA Nebraska Space Grant og National Science Foundation i henhold stipend nr. 0926880.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ARAMIS Camera System | GOM: Optical Measuring Techniques | ||
| PALMAZ Genesis TRANSHEPATIC BILIARY STENT | Cordis Corporation | PG5910B | Balloon-expandable stent |
| Z-MED Balloon Dilatation Catheter | B. Braun Medical Inc. | PDZ336 | Balloon dilatation catheter |
References
- Fischman, D. L., Leon, M. B., Baim, D. S. A randomized comparison of coronary-stent placement and balloon angioplasty in the treatment of coronary artery disease. Stent Restenosis Study Investigators. N. Engl. J. Med. 331, 496-501 (1994).
- Abul Hasan Muhammad Bashar, T. K. Mechanical Properties of Various Z-Stent Designs: An Endovascular Stent-Grafting Perspective. Artificial Organs. 27, 714-721 (2003).
- Nuutinen, J. uha-P. ekka Mechanical properties and in vitro degradation of bioabsorbable self-expanding braided stents. Journal of Biomaterials Science -- Polymer Edition. , 255-266 (2003).
- C. Schulz, R. A. Coronary stent symmetry and vascular injury determine experimental restenosis. Heart. 83, 462-467 (2000).
- Jiménez, J. M., Davies, P. F. Hemodynamically Driven Stent Strut Design. Annals of Biomedical Engineering. 1483, (2009).
- Johnston, C. R. The Mechanical Properties of Endovascular Stents: An In Vitro Assessment. Cardiovascular Engineering: An International Journal. 10, 128-135 (2010).
- Mejia, J. uan Evaluation of the effect of stent strut profile on shear stress distribution using statistical moments. Biomedical Engineering Online. , 1-10 (2009).
- ARAMIS User Manual. , GOM mbH. Braunschweig, Germany. (2009).
- GOM mbH. (n.d.). New ARAMIS/PONTOS 12M and HS sensors available. , GOM: Optical Measuring Techniques. Available from: http://www.gom.com/news/history/single/article/new-aramispontos-12m-and-hs-sensors-available.html (2011).
- Chesler, N. C., Thompson-Figueroa, J., Millburne, K. Measurements of Mouse Pulmonary Biomechanics. Journal of Biomechanical Engineering. 126, 309-314 (2004).
- de Korte, C. L., Sierevogel, M. J., Mastik, F., Strijder, C., Schaar, J. A., Velema, E., Pasterkamp, G., Serruys, P. W., van der Steen, A. F. W. Identification of Atherosclerotic Plaque Components With Intravascular Ultrasound Elastography In Vivo A Yucatan Pig Study. Circulation. 105, 1627-1630 (2002).
