Summary
Il presente protocollo descrive le misure di velocimetria a immagine di particelle (PIV) eseguite per studiare il flusso sinusale attraverso il setup in vitro della valvola aortica transcatetere (TAV). Vengono determinati anche i parametri emodinamici basati sulla velocità.
Abstract
Disfunzione della valvola aortica e ictus sono stati recentemente riportati in pazienti con impianto di valvola aortica transcatetere (TAVI). Si sospetta trombo nel seno aortico e neo-seno a causa di cambiamenti emodinamici. Gli esperimenti in vitro aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nei casi in cui una valutazione in vivo si rivela limitata. Gli esperimenti in vitro sono anche più robusti e i parametri variabili sono controllati prontamente. La velocimetria a immagini di particelle (PIV) è un metodo di velocimetria popolare per studi in vitro . Fornisce un campo di velocità ad alta risoluzione tale da osservare anche le caratteristiche di flusso su piccola scala. Lo scopo di questo studio è quello di mostrare come PIV viene utilizzato per studiare il campo di flusso nel seno aortico dopo TAVI. Vengono descritte la configurazione in vitro del fantasma aortico, TAVI per PIV, il processo di acquisizione dati e l'analisi del flusso di post-elaborazione. I parametri emodinamici sono derivati, tra cui la velocità, la stasi del flusso, il vortice, la vorticità e la residenza delle particelle. I risultati confermano che gli esperimenti in vitro e il PIV aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nel seno aortico.
Introduction
La stenosi aortica è una malattia comune negli anziani, ed è quando la valvola aortica non si apre, riducendo il flusso sanguigno. Il problema è causato dall'ispessimento o calcificazione della valvola aortica1. Pertanto, è un trattamento necessario per migliorare il flusso sanguigno e ridurre il carico sul cuore. Viene trattato rimodellando la valvola aortica o sostituendola con una valvola artificiale. Questo studio si concentra sull'impianto della valvola aortica transcatetere (TAVI), sostituendo la valvola aortica malfunzionante con una artificiale utilizzando un catetere.
La TAVI è stata raccomandata per i pazienti sottoposti a problemi chirurgici e anche la mortalità è stata bassa2. Recentemente, è stato riportato che il trombo nei pazienti dopo TAVI ha causato disfunzione valvolare e ictus 3,4. Si sospetta un trombo nel seno aortico e nel neo-seno, con la sua causa probabilmente i cambiamenti nell'emodinamica causati dalla TAVI. Viene eseguito senza rimuovere i volantini nativi; questi foglietti possono disturbare il flusso sinusale ed elevare il rischio di trombosi5.
È difficile determinare come il flusso sanguigno sia influenzato dalla TAVI e come la trombosi sia indotta nei pazienti. È auspicabile chiarire la relazione tra flusso sanguigno e formazione di trombi in vivo. Tuttavia, la mancanza di tecniche pratiche per misurare il flusso sanguigno rende questo problematico. D'altra parte, le tecniche in vitro hanno il vantaggio di consentire di monitorare i cambiamenti nel flusso sanguigno limitando i parametri che devono essere indagati. La configurazione in vitro e la velocimetria dell'immagine delle particelle (PIV) sono state utilizzate per identificare la velocità nei campi medici 6,7,8. Pertanto, in vitro e PIV sono sufficienti per determinare i parametri da riportare imitando le condizioni del paziente: la frequenza cardiaca e la pressione, la viscosità e la geometria del seno e consentendo di controllare questi parametri.
In questo studio, la configurazione in vitro e il PIV vengono utilizzati per studiare il flusso nel seno aortico dopo TAVI. Il fantasma aortico e il TAVI per il PIV e il processo di acquisizione dati e l'analisi del flusso di post-elaborazione sono descritti in questo protocollo. Vengono derivati vari parametri emodinamici, tra cui la velocità, la stasi, il vortice, la vorticità e la residenza delle particelle. I risultati dimostrano che la configurazione in vitro e il PIV aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nel seno aortico.
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Protocol
1. Configurazione in vitro
- Preparare la configurazione sperimentale su una tavola ottica, tra cui una pompa a pistone, un dispositivo di acquisizione dati (DAQ) e un computer con il software di ingegneria del sistema richiesto e un software di controllo del motore (vedere Tabella dei materiali) (Figura 1).
NOTA: la pompa a pistone è stata precedentemente testata e calibrata ed è composta da un motore, un driver motore e un attuatore lineare9. - Importare il file del foglio di calcolo con le informazioni sulla portata nel software di ingegneria del sistema.
NOTA: ad esempio, la frequenza cardiaca è di 60 bpm, la portata massima è di 20 L/min, la gittata cardiaca è di 4,8 L/min e il volume dell'ictus è di 70 ml. - Impostare il parametro nel software di ingegneria dei sistemi, come il canale di ingresso e uscita DAQ; l'orologio di esempio è 1.000 e l'iterazione di feedback è 10.
- Impostare il parametro nel software di controllo del motore; la lunghezza della vite di piombo è di 10 mm, l'ingresso e l'uscita analogici sono di 14,5 mm / tensione.
- Installare la valvola di ritegno e la valvola di resistenza sul serbatoio10.
NOTA: la valvola di ritegno è collegata alla pompa a pistone come ingresso del sistema e la valvola a sfera è collegata al modello di seno acrilico come uscita del sistema. - Fissare il modello di seno acrilico (Figura 2) con una barra quadrata in alluminio al tavolo ottico.
NOTA: Le dimensioni del modello di seno acrilico sono presentate nella Tabella 1. - Installare il manometro (~0-15 psi) sul rubinetto di pressione del modello di seno acrilico per ricevere un segnale di pressione da un altro computer.
NOTA: i rubinetti a pressione si trovano a 140 mm dalla giunzione sinotubulare (STJ). - Preparare un fluido di lavoro mescolando soluzione salina e glicerina (vedi Tabella dei materiali) in un rapporto di massa di 60:40.
NOTA: un viscosimetro e un rifrattometro sono stati utilizzati per misurare la viscosità e l'indice di rifrazione del fluido di lavoro. La viscosità è ~ 4 cp, l'indice di rifrazione è 1,45 e la densità è 1.100 kg / m3. - Collegare il serbatoio, la pompa a pistone e il modello di seno acrilico con un tubo in silicone (vedere Tabella dei materiali).
- Legare la valvola aortica transcatetere (TAV) (vedi Tabella dei materiali) al foglietto nativo realizzato da una stampante 3D con un filo11.
- Combinare la TAV fissa sul foglietto nativo con il modello di seno acrilico.
NOTA: Il TAV qui utilizzato (ottenuto commercialmente) ha un diametro di 23 mm e 26 mm, e l'altezza è di 18 mm e 20 mm, rispettivamente12. Per TAV (23 mm), la profondità di dispiegamento e la lunghezza nativa del volantino erano 1,8 mm e 9 mm, e per TAV (26 mm), è rispettivamente di 2,0 mm e 10 mm. Il diametro interno del foglietto illustrativo nativo era di 21 mm, considerando le dimensioni dell'anulus del paziente.
ATTENZIONE: La TAV si asciuga se non conservata in soluzione salina. Viene mantenuto nel liquido anche dopo essere stato legato al foglietto nativo. - Riempire il fluido di lavoro (fase 1.8) nel sistema in vitro .
CAUTELA. Evitare di creare bolle sul modello di seno acrilico perché influisce sui risultati PIV.
2. Configurazione PIV
- Posizionare il laser su un'altra tabella ottica e su una guida ad un asse.
NOTA: Il laser è un laser continuo Nd:YAG che emette luce con una lunghezza d'onda di 532 nm e la cui potenza può aumentare fino a 10 W (vedi Tabella dei materiali). Il foglio laser passato attraverso l'ottica ha una distanza di 1 m dal modello di seno acrilico. - Individuare la telecamera ad alta velocità su una traversa a 2 assi e spostare la traversa.
ATTENZIONE: la fotocamera ad alta velocità è perpendicolare al foglio laser e al modello di seno acrilico. - Equipaggiare l'obiettivo alla fotocamera ad alta velocità.
NOTA: l'obiettivo macro montato sulla fotocamera ad alta velocità ha una lunghezza focale di 105 mm e l'apertura è f/2.8. - Particella di seme (vedi Tabella dei materiali) nel serbatoio.
NOTA: La particella è una sfera di vetro cava con un diametro medio di 10 μm e una densità di 1.090 kg/m3. Il serbatoio ha una forma rettangolare e, la larghezza, la lunghezza e l'altezza all'interno sono rispettivamente di 23 cm, 23 cm, 35 cm. C'è un foro per il fissaggio nella parte superiore. Il coperchio aveva anche un foro per il fissaggio e un rubinetto per installare la pompa della lampadina per applicare la pressione. - Programmare un trigger esterno utilizzando una piattaforma prototipica elettronica open source, Arduino (vedi Tabella dei materiali).
NOTA: Quando la pompa a pistone si sposta a una distanza predeterminata, l'uscita di Arduino diventa 1, che viene trasmessa alla telecamera ad alta velocità come trigger da fotografare. - Eseguire il software di controllo della fotocamera (vedere Tabella dei materiali), fare clic su Current Session Reference (CSR) e rimuovere il cappuccio dell'obiettivo.
- Accendere il laser, impostarlo su 7 W e posizionare il foglio laser al centro della TAV.
- Scatta un'istantanea e controlla la densità e il diametro delle particelle.
NOTA: per ridurre gli errori, verificare che nella finestra di interrogazione siano presenti ~8-10 particelle, con un diametro delle particelle di 2-4 pixel13. - Impostare i parametri, come la risoluzione (1280 x 720), la frequenza fotogrammi casuale, il tempo di esposizione al massimo in base alla frequenza fotogrammi casuale nel software di controllo della fotocamera.
- Fare clic sul pulsante Abilita nel software di controllo del motore in un primo momento e fare clic sul pulsante Start nel software di ingegneria dei sistemi per azionare la pompa a pistone.
- Scatta una foto e controlla se la distanza massima delle particelle è inferiore a 4-6 pixel.
NOTA: questo studio corrisponde al 50% della finestra di interrogazione, che imposta 16 pixel tra i vettori di velocità. La distanza massima delle particelle nella finestra di interrogazione è limitata a 8 pixel. - Ripetere il passaggio 2.11 per garantire la distanza massima delle particelle all'interno di tale intervallo regolando i fotogrammi al secondo (fps) se è superiore a 6 pixel e abbassando gli fps se è inferiore a 4 pixel.
3. Studio dell'emodinamica
- Controllare se c'è una perdita dalla parte di connessione del modello di seno acrilico o il tubo in silicone viene piegato.
- Importare il file excel dopo aver memorizzato le informazioni sulla portata e bpm nel software di ingegneria del sistema.
NOTA: ad esempio, la frequenza cardiaca è di 60 bpm, la portata massima è di 20 L/min, la gittata cardiaca è di 4,8 L/min, il volume dell'ictus è di 70 ml (Figura 3A). - Confermare il parametro del software di progettazione del sistema, ad esempio il canale di input e output del dispositivo DAQ. L'orologio di esempio è 1.000 e l'iterazione di feedback è 10.
- Verificare che il parametro software di controllo del motore, ad esempio, la lunghezza della vite di piombo è di 10 mm, l'ingresso e l'uscita analogici sono di 14,5 mm / tensione.
- Accendere la telecamera ad alta velocità ed eseguire il software di controllo della fotocamera.
- Fare clic su CSR e rimuovere un copriobiettivo.
- Impostare i parametri software di controllo della fotocamera, ad esempio la risoluzione di 1280 x 720, un frame rate di 300 fps, un periodo di burst di 200 μs e 150 μs, un numero di burst di 3 e un'esposizione (forzata dal periodo di burst).
- Accendere il laser, impostarlo su 7 W e posizionare il foglio laser al centro della TAV. Mettere a fuoco il foglio laser controllando l'obiettivo.
- Regolare la pressione sul serbatoio.
NOTA: La pressione media post-valvolare è di 100 mmHg durante il funzionamento della pompa a pistone (Figura 3B,C). - Fare clic sul pulsante Abilita nel software di controllo del motore in un primo momento e fare clic sul pulsante Start nel software di ingegneria del sistema per azionare la pompa a pistone.
- Attendere che la portata si stabilizzi.
NOTA: la portata calcola la differenza in base al segnale della pompa a pistone ed esegue un feedback negativo, quindi ci vuole tempo per attendere che si stabilizzi. - Controllare un trigger che funzioni nel plotter seriale Arduino.
- Cattura immagini di particelle per 14 cicli continui e ripeti un totale di sette volte.
NOTA: la capacità di archiviazione di una telecamera ad alta velocità è correlata alla risoluzione e al numero di immagini di particelle. Secondo il parametro impostato nel passaggio 3.7, è possibile scattare una foto solo per 14 cicli alla volta.
4. Trattamento dei dati
- Converti da file .cine a file .tiff utilizzando il software di controllo della fotocamera.
- Calcola l'immagine media per tutte le immagini di particelle nel tempo. Rimuovere l'area corrispondente alla riflessione del laser a parete o al TAV sottraendo l'immagine media14.
- Realizza la maschera separando le aree da analizzare da quelle da scartare.
NOTA: In questo studio, sono state utilizzate due maschere: una per analizzare la sola regione del seno e l'altra per analizzare l'intera regione, che contiene la regione dopo STJ. - Esegui PIV utilizzando PIVlab, uno strumento open source basato su MATLAB15 (vedi Tabella dei materiali).
- Importare le immagini delle particelle salvate con il metodo risolto nel tempo o con il metodo a coppie.
- Eseguire l'equalizzazione dell'istogramma adattivo limitato al contrasto (CLAHE)16.
NOTA: CLAHE è un metodo per la pre-elaborazione delle immagini. Il contrasto dell'immagine della particella viene ridistribuito in modo che il laser rifletta l'aumento e la diminuzione dell'intensità delle particelle. L'immagine particellare è divisa da una finestra con 20 pixel. - Importare la maschera e applicarla a tutte le immagini delle particelle.
- Impostare la finestra di interrogazione multi-pass.
NOTA: la finestra di interrogazione viene ridotta da 64 x 64 a 32 x 32 con una sovrapposizione del 50%. La distanza tra i due vettori corrisponde a 16 pixel. - Eseguire la correlazione incrociata13 sulla coppia di immagini di particelle convertita nel dominio di frequenza utilizzando la trasformata di Fourier veloce (FFT)13.
- Trova un valore di picco usando un adattamento gaussiano 2 x 3 nel risultato di correlazione.
NOTA: il valore di picco selezionato nel raccordo gaussiano determinava la distanza delle particelle.
- Eseguire il processo di smoothing, che coinvolge i seguenti processi.
- Rimuovi i valori anomali in un "NaN" utilizzando la funzione integrata "isoutlier" in MATLAB.
- Interpola un nan al valore usando la funzione "inpaint_nans" in MATLAB15.
- Converti da "pixel / frame" a "m / s" in base al frame rate e al periodo di burst.
NOTA: la conversione è correlata all'intervallo di tempo, determinato dal frame rate e dal periodo di burst. In particolare, il coefficiente del metodo risolto nel tempo è derivato dal frame rate e quello di un metodo a coppie è derivato dal periodo di burst. - Unisci il metodo a coppie e il metodo risolto nel tempo utilizzando il fattore di ponderazione.
NOTA: il fattore di ponderazione dipende dalla grandezza della velocità e ha un valore totale di 1 in ogni sezione. Se la magnitudine della velocità supera una certa soglia, il fattore per il metodo a coppie è superiore a quello per il metodo risolto nel tempo. - Eseguire la funzione "smoothn" di DCT-PLS utilizzando un fattore di levigatura di 0,59 15,17.
NOTA: Le funzioni "smoothn" e "inpaint_nans" sono presenti nel PIVlab.
5. Analisi dei dati
- Carica i dati PIV in MATLAB.
- Estrarre i componenti "u" e "v" dai dati PIV.
- Calcolare il campo di velocità18 (Equazione 1, File supplementare 1).
- Derivare i parametri emodinamici utilizzando il codice interno e la funzioneintegrata 19.
- Derivare la vorticità con la funzione integrata MATLAB "curl"18 (Equazione 2, File supplementare 1).
- Derivare la stasi con il codice interno20 (Equazione 3, File supplementare 1).
- Derivare l'Γ1 con il codice interno21 (Equazione 4, File supplementare 1).
- Derivare la residenza delle particelle con un codiceinterno 19 (Equazione 5, File supplementare 1).
- Calcolare la deviazione media e standard dei parametri emodinamici (Tabella 2).
NOTA: La velocità di picco, la vorticità, Γ1 e la stasi sono state calcolate per un totale di 98 cicli. Il decadimento è stato ottenuto attraverso l'adattamento esponenziale alla percentuale di residenza delle particelle. Il decadimento ha impostato 14 cicli come un unico set di dati e ha calcolato la deviazione media e standard per sette volte.
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Representative Results
I campi di velocità hanno mostrato una diversa struttura del flusso sinusale a seconda del diametro della valvola nella Figura 4. Per TAV (23 mm), la velocità era superiore a 0,05 m / s tra TAV e STJ dalla sistole iniziale alla sistole di picco che tav è stata aperta utilizzando il getto di inoltro. L'alta velocità è stata poi distribuita in un intervallo ristretto vicino allo stent alla sistole tardiva. La velocità alla diastole era inferiore a 0,025 m/s e apparvero due vortici a bassa velocità. Per TAV (26 mm), quando la valvola si è aperta, l'alta velocità è stata misurata a STJ. Nel tempo, ad eccezione della sistole precoce, la distribuzione della velocità nel seno era inferiore a 0,05 m/s. In particolare, la velocità alla sistole tardiva era inferiore rispetto ad un altro momento. Il vortice unidirezionale, che aveva una forma ovale, si osserva sopra il foglietto nativo alla diastole.
I parametri emodinamici derivati dalla velocità sono mostrati nella Figura 5 e nella Tabella 2. La velocità di picco in TAV (23 mm) era superiore a TAV (26 mm). La stasi è stata osservata nel seno ad eccezione del getto di inoltro e della trasformazione nel seno. L'area di stasi formata nella TAV (23 mm) era ampia, ma la frazione di stasi era bassa. Il vortice e la vorticità alla diastole hanno presentato qualcosa di non confermato nel campo della velocità. Per la TAV (23 mm), due vortici simili sono stati notati sopra e sotto il volantino nativo. Ma per tav (26 mm), il vortice in senso orario non era chiaro; il vortice in senso antiorario aveva una forma ellittica. La vorticità ha mostrato risultati simili al vortice. Il positivo era vicino allo stent e al foglietto nativo e il negativo è stato osservato in un'altra regione.
La percentuale e l'istantanea della residenza delle particelle sono mostrate nella Figura 6. Le istantanee della residenza delle particelle hanno mostrato la distribuzione delle particelle nella regione del seno per 2 s, e la percentuale di residenza delle particelle ha mostrato quella frazione di particelle rimanenti nella regione del seno per 14 s. Nella Figura 6B, la TAV (26 mm) è diminuita più velocemente della TAV (23 mm), ma in entrambi i casi sono stati presentati che tutte le particelle hanno lasciato la regione del seno entro 6 s. Le particelle si sono spostate fuori dalla regione nella Figura 6A, ma non erano identiche nei casi. Per la TAV (23 mm), le particelle sono state distribuite nell'intera regione del seno e sono uscite dal piano man mano che il ciclo progrediva. Questo non è accaduto per la TAV (26 mm) e ha mostrato aspetti diversi. Le particelle erano concentrate vicino all'anulus, che lasciava la regione del seno dal fondo del foglietto nativo.
Figura 1: Configurazione sperimentale in vitro . Consiste in una telecamera ad alta velocità, un modello di seno acrilico, un sistema di pompa a pistone, un serbatoio, un Arduino e un computer. È un sistema chiuso e scorre solo in una direzione a causa della valvola di ritegno installata nel serbatoio e TAV installata nel modello di seno acrilico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Il modello di seno acrilico con foglietto nativo e TAV (23 mm). (A) Il disegno e la denominazione delle dimensioni sono elencati nella Tabella 1. Per entrambe le valvole artificiali, il modello di seno acrilico è lo stesso. (B) Modellazione del foglietto nativo e dello stent della TAV (23 mm). Il foglietto nativo è di forma cilindrica e non è trasparente. Nella modellazione, il foglietto illustrativo della TAV è stato omesso e ha presentato solo stent. TAV; Valvola aortica transcatetere, STJ; giunzione sinotubulare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Portata e pressione per 1 s. (A) La portata è derivata dal volume della corsa per 1 s; la portata massima è di 20 L/min. Il punto rosso nella portata è il tempo di istanza da sinistra alla sistole iniziale, alla sistole di picco, alla sistole tardiva e alla diastole, rispettivamente. (B) La pressione della TAV (23 mm). (C) La pressione della TAV (26 mm). La linea blu è la pressione post-valvolare e il rosso è la pressione pre-valvolare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Campo di velocità nella regione del seno. Il contorno della velocità varia da 0 a 0,05 m/s. La riga sinistra è il campo di velocità di TAV (23 mm), e la fila destra è quella di TAV (26 mm). La colonna è il tempo dell'istanza definito a una velocità di flusso. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Risultato dell'emodinamica sinusale. Il contorno della velocità di picco è presentato alla sistole di picco. La stasi del flusso è proiettata per il ciclo, ed è quella regione interna mostrata da una linea bianca. Il vortice e la vorticità sono rappresentati come vettore di velocità e contorno alla diastole. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Istantanee e percentuale di residenza delle particelle. (A) La residenza delle particelle per 2 s è presentata con una macchia bianca indicata nella regione del seno e un cerchio rosso indicato nelle particelle virtuali. (B) La percentuale di residenza delle particelle per 14 s è che la linea rossa è TAV (23 mm) e la linea blu è TAV (26 mm). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Velocità di picco (m/s) | Vorticità (s-1) | Vortice | Stasi | Carie | |
| TAV (23 mm) | 1,74 ± 0,03 | 10.13 ± 1.76 | 0,58 ± 0,08 | 0,44 ± 0,13 | -0,95 ± 0,21 |
| TAV (26 mm) | 1,43 ± 0,03 | 7.42 ± 1.16 | 0,33 ± 0,10 | 0,50 ± 0,09 | -1,35 ± 0,28 |
Tabella 1: Dimensioni del modello di seno acrilico. Tutte le unità sono in mm.
| Unità (mm) | |||||
| Diametro TAV | Altezza TAV | Profondità di distribuzione | Lunghezza volantino nativo | Diametro volantino nativo | |
| TAV (23 mm) | 23 | 18 | 1.8 | 9 | 26 |
| TAV (26 mm) | 26 | 20 | 2 | 10 | 29 |
| Unità (mm) | |||||
| Diametro STJ | STJ Altezza | Diametro annulus | Diametro del seno | Altezza del seno | |
| TAV (23 mm) | 27 | 25.5 | 30 | 40 | 7.65 |
| TAV (26 mm) |
Tabella 2: Deviazione media e standard sul parametro dell'emodinamica sinusale.
File supplementare 1: Equazioni per l'analisi dei dati. Fare clic qui per scaricare questo file.
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Discussion
Il flusso sinusale è cambiato a causa della diversa geometria del seno dopo TAVI. Il vortice è stato formato dall'apertura della valvola aortica e dall'interazione con il getto anteriore della sistole22. Nello studio della valvola chirurgica artificiale senza lembi nativi, il vortice osservato nella regione del seno alla sistole era normale23. Questo studio forma il vortice presentato alla diastole riducendo il getto in avanti e entrando nel seno. Il flusso sinusale ha incontrato il volantino nativo; di conseguenza, si divide in senso orario sotto il volantino nativo e in senso antiorario sopra. Suggerisce che i pazienti dopo TAVI sono diversi rispetto a quelli sani senza trombosi. Quindi, il flusso sinusale è cambiato dopo TAVI, probabilmente influenzando la formazione di trombi nel seno.
La trombosi si verifica perché i globuli rossi vengono distrutti dallo stress da taglio, dal flusso di ristagno e da sostanze esterne come lo stent di TAV24. In questo studio, è stato considerato il trombo formato dal flusso di ristagno, che è stato confermato da parametri emodinamici come la stasi del flusso e la residenza delle particelle. Il volantino nativo proibisce fisicamente il flusso sinusale e limita la regione del seno. Il flusso sinusale vicino all'anulus diventa più limitato, aumentando la stasi. E per la residenza delle particelle, le particelle sopra il foglietto nativo escono rapidamente dalla regione, mentre quelle sottostanti non lo fanno. Il globulo rosso ha una piccola distanza, aggregandosi nel seno. È stato anche studiato che la stasi del flusso si osserva nella parte inferiore del seno quando c'è un volantino nativo4. Il problema dopo TAVI è che rimane un foglietto illustrativo nativo e la ricerca è necessaria per rivedere in modo da inibire la trombosi.
Esperimenti in vitro e PIV osservano con successo il campo di velocità nel seno. Tuttavia, ci sono ancora differenze rispetto ai pazienti reali e richiede miglioramenti. In primo luogo, il modello del seno acrilico è semplificato per consentire la fabbricazione in una sola volta. La coronaria destra e sinistra si trovano su due delle tre cuspidi; il sangue va all'arteria coronaria ~ 5% del totale durante la diastole10,25. Uno dei limiti del presente modello in vitro è che il modello attuale non imita proprietà fisiologiche come la reologia, la struttura vascolare, la geometria dei vasi 3D, ecc. Inoltre, il modello attuale non include il flusso coronarico. Gli studi precedenti hanno dimostrato che il flusso coronarico influisce sul flusso sinusale. In secondo luogo, l'attuale analisi PIV 2D non include il movimento fuori piano del flusso. Ulteriori studi con misurazione volumetrica (ad esempio, 3D PIV / Particle tracking velocimetry (PTV)) possono rivelare il complesso campo di flusso nel flusso aortico. In terzo luogo, esistono limiti di precisione del PIV dovuti alle variazioni individuali delle intensità dell'immagine delle particelle. Il movimento fuori piano, anche senza rumore, limita la precisione raggiungibile26,27. In questo studio, l'accuratezza della misurazione PIV con interpolazione subpixel è ~ 0,1 pixel, che corrisponde a 0,03 m / s a TAV (23 mm) e 0,041 m / s a TAV (26 mm).
Studi futuri prevedono di utilizzare esperimenti in vitro e metodi di visualizzazione dei fluidi 3D per comprendere l'emodinamica sinusale. Il modello di seno acrilico è progettato per avere un tricuspide con un'arteria coronaria. Sarà diviso evitando interferenze nella regione del seno. In questo studio, è stata analizzata anche l'area misurata dopo STJ per confermare se il campo di velocità è simile. Sebbene non spiegato, si ipotizza che il flusso sinusale influenzi il movimento del volantino della TAV. Di conseguenza, non sporge. L'area misurata si concentrerà solo sul seno per ridurre al minimo problemi come le immagini di particelle sfocate dal laser rifratto. Inoltre, 3D PTV è in fase di preparazione per osservare il movimento della particella26,27. Sarà utile comprendere il principio della trombosi nel seno dopo TAVI.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata sostenuta dal Basic Science Research Program della National Research Foundation of Korea, finanziato dal Ministero dell'Istruzione (NRF-2021R1I1A3040346 e NRF-2020R1A4A1019475). Questo studio è stato supportato anche dal 2018 Research Grant (PoINT) della Kangwon National University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | Prusa Research | Original Prusa i3 MK2; FDM printer | |
| Aluminum bar (square) | APSPRO | KHP-3030, KHP-6060 | Dimension: 30 mm x 30 mm, 60 mm x 60 mm |
| Bulb pump | Skyhope | MHL-1 | |
| Camera controlling software | Phantom | PCC 3.4 software | The software controll the high speed camera |
| Check valve | HANJU STEEL PIPE | Check valve; 1/2 inch (15A) | |
| Digital Aqusition device | National Instruments | USB-6001 | |
| Glycerin | ANU Korea | It used for making a working fluid | |
| High-speed camera | Phantom | Phantom VEO 710E-L | |
| Laser | Changchun New Industries Optoelectronics Technology | MGL-W-532; CW Nd:YAG Laser | |
| Linear actuator | THOMSON | PC-40; it converts the rotational motion to lenear motion | |
| Macro lens | Nikon | VR Micro-NIKKOR 105mm, f/2.8 G | |
| Motor | KOLLMORGEN | AKM33H-ANCNR-00; DC servo motor | |
| Motor controlling software | KOLLMORGEN | Kollmorgen software; the software controll the motor driver | |
| Motor driver | KOLLMORGEN | AKD-B00606-NBAN-0000 | |
| Open-source electronic prototypic platform | Arduino | A000066 | Arduino Uno R3. It used for making a external trigger |
| Optic table | SMTECH | 1800 (W) x 900 (B) x 800 (H) | |
| Particle | Dantec Dynamics | 80A6011 | Hollow Glass Sphere. Mean diameter:10 µm, Density: 1090 kg/m3 |
| PIVlab | PIVlab | Open source algorithm based on MATLAB https://kr.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/27659-pivlab-particle-image-velocimetry-piv-tool-with-gui |
|
| Pressure gauge | OMEGA | PX309-015A5V. Measurement range: 0~15psi | |
| Refractometer | ATAGO | 2350 | R-5000. Hand held refractometer; measurement range: 1.333-1.520 |
| Resistance valve | HANJU STEEL PIPE | Ball valve; 1/2 inch (15A) | |
| Saline | DAI HAN PHARM | It is used for making a working fluid and for preserving the TAV | |
| Silicone hose | HSW | Inner diameter 26mm, Outter diameter 30mm; Inlet length 5m, Outlet length 1.5m | |
| System enginnering software | National Instruments | LabVIEW software. The software controlls the DAQ. | |
| Transcatheter Aortic Valve, TAV (23 mm) and TAV (26 mm) | Edwards Lifesciences | SAPIEN3 23mm, SAPIEN3 26mm. It is supported by Seoul Asan Medical | |
| Viscosmeter | Brookfiled | DVELV; Measurement range: 1-2x109 cp |
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