Summary
Le présent protocole décrit les mesures de vélocimétrie par image particulaire (PIV) effectuées pour étudier le flux sinusal à travers la configuration in vitro de la valve aortique transcathéter (TAV). Les paramètres hémodynamiques basés sur la vitesse sont également déterminés.
Abstract
Un dysfonctionnement de la valve aortique et un accident vasculaire cérébral ont récemment été rapportés chez des patients atteints d’implantation de la valve aortique transcathéter (TAVI). Un thrombus dans le sinus aortique et le néo-sinus dû à des changements hémodynamiques a été suspecté. Les expériences in vitro aident à étudier les caractéristiques hémodynamiques dans les cas où une évaluation in vivo s’avère limitée. Les expériences in vitro sont également plus robustes et les paramètres variables sont facilement contrôlés. La vélocimétrie par image de particules (PIV) est une méthode de vélocimétrie populaire pour les études in vitro . Il fournit un champ de vitesse à haute résolution de sorte que même les caractéristiques d’écoulement à petite échelle sont observées. Le but de cette étude est de montrer comment le PIV est utilisé pour étudier le champ d’écoulement dans le sinus aortique après TAVI. La configuration in vitro du fantôme aortique, TAVI pour PIV, ainsi que le processus d’acquisition de données et l’analyse du flux post-traitement sont décrits. Les paramètres hémodynamiques sont dérivés, y compris la vitesse, la stase d’écoulement, le vortex, la vorticité et la résidence des particules. Les résultats confirment que les expériences in vitro et le PIV aident à étudier les caractéristiques hémodynamiques du sinus aortique.
Introduction
La sténose aortique est une maladie courante chez les personnes âgées, et c’est lorsque la valve aortique ne s’ouvre pas, ce qui réduit le flux sanguin. Le problème est causé par l’épaississement ou la calcification de la valve aortique1. Par conséquent, c’est un traitement nécessaire pour améliorer le flux sanguin et diminuer la charge sur le cœur. Il est traité en remodelant la valve aortique ou en la remplaçant par une valve artificielle. Cette étude se concentre sur l’implantation valvulaire aortique transcathéter (TAVI), en remplaçant la valve aortique défectueuse par une valve artificielle à l’aide d’un cathéter.
TAVI a été recommandé pour les patients confrontés à des difficultés chirurgicales, et la mortalité a également été faible2. Récemment, il a été rapporté que le thrombus chez les patients après TAVI a causé un dysfonctionnement valvulaire et un accident vasculaire cérébral 3,4. Un thrombus dans le sinus aortique et le néo-sinus est suspecté, sa cause étant probablement les changements dans l’hémodynamique causés par TAVI. Il est effectué sans enlever les folioles natives; ces folioles peuvent perturber l’écoulement des sinus et augmenter le risque de thrombose5.
Il est difficile de déterminer comment le flux sanguin est affecté par le TAVI et comment la thrombose est induite chez les patients. Il est souhaitable d’élucider la relation entre le flux sanguin et la formation de thrombus in vivo. Cependant, le manque de techniques pratiques pour mesurer le flux sanguin rend cela problématique. D’autre part, les techniques in vitro ont l’avantage de permettre de surveiller les changements dans le flux sanguin en limitant les paramètres qui doivent être étudiés. La configuration in vitro et la vélocimétrie par image particulaire (PIV) ont été utilisées pour identifier la vitesse dans les domaines médicaux 6,7,8. Par conséquent, in vitro et PIV sont suffisants pour déterminer les paramètres à rapporter en imitant l’état du patient: la fréquence cardiaque et la pression, la viscosité et la géométrie des sinus, et permettant de contrôler ces paramètres.
Dans cette étude, la configuration in vitro et le PIV sont utilisés pour étudier le flux dans le sinus aortique après TAVI. Le fantôme aortique et le TAVI pour le PIV et le processus d’acquisition de données et l’analyse du flux de post-traitement sont décrits dans ce protocole. Divers paramètres hémodynamiques sont dérivés, y compris la vitesse, la stase, le vortex, la vorticité et la résidence des particules. Les résultats démontrent que la configuration in vitro et le PIV aident à étudier les caractéristiques hémodynamiques du sinus aortique.
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Protocol
1. Installation in vitro
- Préparez la configuration expérimentale sur une table optique, y compris une pompe à piston, un dispositif d’acquisition de données (DAQ) et un ordinateur avec le logiciel d’ingénierie système requis et un logiciel de commande de moteur (voir tableau des matériaux) (Figure 1).
REMARQUE: La pompe à piston a déjà été testée et calibrée et se compose d’un moteur, d’un pilote de moteur et d’un actionneur linéaire9. - Importez le fichier de feuille de calcul contenant les informations de débit dans le logiciel d’ingénierie système.
REMARQUE: Par exemple, la fréquence cardiaque est de 60 bpm, le débit maximal est de 20 L / min, le débit cardiaque est de 4,8 L / min et le volume de l’AVC est de 70 mL. - Définissez le paramètre dans les logiciels d’ingénierie des systèmes, tels que le canal d’entrée et de sortie DAQ ; l’horloge d’échantillonnage est de 1 000 et l’itération de rétroaction est de 10.
- Définissez le paramètre dans le logiciel de commande du moteur; la longueur de la vis principale est de 10 mm, l’entrée et la sortie analogiques sont de 14,5 mm / tension.
- Installez le clapet anti-retour et le clapet de résistance sur le réservoir10.
REMARQUE: Le clapet anti-retour est connecté à la pompe à piston en tant qu’entrée du système et le robinet à boisseau sphérique est connecté au modèle de sinus acrylique en tant que sortie du système. - Fixez le modèle de sinus en acrylique (Figure 2) avec une barre carrée en aluminium à la table optique.
REMARQUE : Les dimensions du modèle de sinus acrylique sont présentées dans le tableau 1. - Installez le manomètre (~0-15 psi) sur le robinet de pression du modèle de sinus acrylique pour recevoir un signal de pression d’un autre ordinateur.
REMARQUE: Les robinets de pression sont situés à 140 mm de la jonction sinotubulaire (STJ). - Préparer un fluide de travail en mélangeant une solution saline et de la glycérine (voir tableau des matériaux) dans un rapport massique de 60:40.
REMARQUE: Un viscosimètre et un réfractomètre ont été utilisés pour mesurer la viscosité et l’indice de réfraction du fluide de travail. La viscosité est d’environ 4 cp, l’indice de réfraction est de 1,45 et la densité est de 1 100 kg/m3. - Connectez le réservoir, la pompe à piston et le modèle de sinus en acrylique avec un tuyau en silicone (voir Tableau des matériaux).
- Attachez la valve aortique transcathéter (TAV) (voir Tableau des matériaux) à la notice native réalisée par une imprimante 3D avec un filetage11.
- Combinez le TAV fixe sur la feuillet native avec le modèle de sinus acrylique.
REMARQUE: Le TAV utilisé ici (obtenu commercialement) a un diamètre de 23 mm et 26 mm, et la hauteur est de 18 mm et 20 mm, respectivement12. Pour le TAV (23 mm), la profondeur de déploiement et la longueur de la feuille native étaient de 1,8 mm et 9 mm, et pour le TAV (26 mm), il est de 2,0 mm et 10 mm, respectivement. Le diamètre intérieur de la notice native était de 21 mm, compte tenu de la taille de l’anneau du patient.
ATTENTION : Le TAV sèche s’il n’est pas conservé dans une solution saline. Il est conservé dans le liquide même après avoir été attaché à la feuillet native. - Remplissez le liquide de travail (étape 1.8) dans le système in vitro .
PRUDENCE. Évitez de faire des bulles sur le modèle de sinus acrylique car cela affecte les résultats PIV.
2. Configuration PIV
- Placez le laser sur une autre table optique et un rail à un axe.
REMARQUE: Le laser est un laser continu Nd: YAG qui émet de la lumière avec une longueur d’onde de 532 nm et dont la puissance peut augmenter à 10 W (voir tableau des matériaux). La feuille laser passée à travers l’optique a une distance de 1 m du modèle de sinus acrylique. - Localisez la caméra haute vitesse sur une traversée à 2 axes et déplacez la traversée.
ATTENTION : La caméra haute vitesse est perpendiculaire à la feuille laser et au modèle de sinus acrylique. - Équipez l’objectif de la caméra haute vitesse.
REMARQUE: L’objectif macro monté sur l’appareil photo haute vitesse a une distance focale de 105 mm et l’ouverture est f / 2.8. - Particule de semence (voir Tableau des matériaux) dans le réservoir.
REMARQUE: La particule est une sphère de verre creuse d’un diamètre moyen de 10 μm et d’une densité de 1 090 kg / m3. Le réservoir a une forme rectangulaire et, la largeur, la longueur et la hauteur à l’intérieur sont de 23 cm, 23 cm, 35 cm, respectivement. Il y a un trou pour la fixation dans la partie supérieure. Le couvercle avait également un trou pour la fixation et un robinet de boulon pour installer la pompe à bulbe pour appliquer une pression. - Programmez un déclencheur externe à l’aide d’une plate-forme de prototypage électronique open source, Arduino (voir Tableau des matériaux).
REMARQUE: Lorsque la pompe à piston se déplace à une distance prédéterminée, la sortie d’Arduino devient 1, qui est transmise à la caméra haute vitesse comme déclencheur à photographier. - Exécutez le logiciel de contrôle de l’appareil photo (voir Tableau des matériaux), cliquez sur Référence de session en cours (CSR) et retirez le capuchon de l’objectif.
- Allumez le laser, réglez-le sur 7 W et localisez la feuille laser au centre du TAV.
- Prenez un instantané et vérifiez la densité et le diamètre des particules.
REMARQUE: Pour réduire les erreurs, vérifiez que ~ 8-10 particules sont dans la fenêtre d’interrogation, avec un diamètre de particule de 2-4 pixels13. - Définissez les paramètres, tels que la résolution (1280 x 720), la fréquence d’images aléatoire, le temps d’exposition au maximum en fonction de la fréquence d’images aléatoire dans le logiciel de contrôle de l’appareil photo.
- Cliquez d’abord sur le bouton Activer dans le logiciel de commande du moteur et cliquez sur le bouton Démarrer dans le logiciel d’ingénierie des systèmes pour faire fonctionner la pompe à piston.
- Prenez une photo et vérifiez si la distance maximale des particules est inférieure à 4-6 pixels.
NOTE: Cette étude correspond à 50% de la fenêtre d’interrogation, qui définit 16 pixels entre les vecteurs de vitesse. La distance maximale des particules dans la fenêtre d’interrogation est limitée à 8 pixels. - Répétez l’étape 2.11 pour garantir la distance maximale des particules dans cette plage en ajustant les images par seconde (ips) si elle est supérieure à 6 pixels et en abaissant l’ips si elle est inférieure à 4 pixels.
3. Étude de l’hémodynamique
- Vérifiez s’il y a une fuite de la partie de connexion du modèle de sinus en acrylique ou si le tuyau en silicone se replie.
- Importez le fichier Excel contenant les informations de débit et de bpm stockées dans le logiciel d’ingénierie système.
REMARQUE: Par exemple, la fréquence cardiaque est de 60 bpm, le débit maximal est de 20 L / min, le débit cardiaque est de 4,8 L / min, le volume de l’AVC est de 70 mL (Figure 3A). - Confirmez le paramètre du logiciel d’ingénierie système, tel que le canal d’entrée et de sortie du périphérique DAQ. L’exemple d’horloge est de 1 000 et l’itération de rétroaction est de 10.
- Confirmez le paramètre logiciel de contrôle du moteur, par exemple, la longueur de la vis principale est de 10 mm, l’entrée et la sortie analogiques sont de 14,5 mm / tension.
- Allumez la caméra haute vitesse et exécutez le logiciel de contrôle de la caméra.
- Cliquez sur CSR et retirez un capuchon d’objectif.
- Réglez les paramètres logiciels de contrôle de la caméra, par exemple, la résolution de 1280 x 720, une fréquence d’images de 300 ips, une période de rafale de 200 μs et 150 μs, un nombre de rafales de 3 et une exposition (forcée par la période de rafale).
- Allumez le laser, réglez-le sur 7 W et localisez la feuille laser au centre de TAV. Concentrez-vous sur la feuille laser en contrôlant l’objectif.
- Ajustez la pression sur le réservoir.
REMARQUE: La pression post-valvulaire moyenne est de 100 mmHg lors du fonctionnement de la pompe à piston (Figure 3B, C). - Cliquez d’abord sur le bouton Activer dans le logiciel de commande du moteur et cliquez sur le bouton Démarrer dans le logiciel d’ingénierie système pour faire fonctionner la pompe à piston.
- Attendez que le débit se stabilise.
REMARQUE: Le débit calcule la différence en fonction du signal de la pompe à piston et exécute un retour négatif, il faut donc du temps pour attendre qu’il se stabilise. - Vérifiez un déclencheur qui fonctionne dans le traceur série Arduino.
- Capturez des images de particules pendant 14 cycles continus et répétez un total de sept fois.
REMARQUE: La capacité de stockage d’une caméra haute vitesse est liée à la résolution et au nombre d’images de particules. Selon le paramètre défini à l’étape 3.7, il est possible de prendre une photo uniquement pendant 14 cycles à la fois.
4. Traitement des données
- Convertissez le fichier .cine en fichiers .tiff à l’aide du logiciel de contrôle de la caméra.
- Calculez l’image moyenne pour toutes les images de particules au fil du temps. Retirez la zone correspondant à la réflexion du laser au niveau du mur ou du TAV en soustrayant l’image moyenne14.
- Fabriquez le masque en séparant les zones à analyser de celles à jeter.
NOTE: Dans cette étude, deux masques ont été utilisés: l’un pour analyser la région sinusale seule et l’autre pour analyser toute la région, qui contient la région après STJ. - Effectuez PIV à l’aide du PIVlab, un outil open source basé sur MATLAB15 (voir Tableau des matériaux).
- Importez des images de particules enregistrées par la méthode à résolution temporelle ou par paires.
- Exécuter l’égalisation adaptative d’histogramme limitée par contraste (CLAHE)16.
REMARQUE: CLAHE est une méthode de prétraitement d’image. Le contraste de l’image des particules est redistribué de sorte que le laser reflète l’augmentation et la diminution de l’intensité des particules. L’image des particules est divisée par une fenêtre de 20 pixels. - Importez le masque et appliquez-le à toutes les images de particules.
- Définissez la fenêtre d’interrogation multipasse.
REMARQUE: La fenêtre d’interrogation est réduite de 64 x 64 à 32 x 32 avec un chevauchement de 50%. La distance entre les deux vecteurs correspond à 16 pixels. - Exécutez la corrélation croisée13 sur la paire d’images de particules convertie dans le domaine fréquentiel à l’aide de la transformée de Fourier rapide (FFT)13.
- Trouvez une valeur de crête à l’aide d’un résultat d’ajustement gaussien 2 x 3 dans la corrélation.
REMARQUE: La valeur de crête sélectionnée dans le raccord gaussien a déterminé la distance des particules.
- Exécutez le processus de lissage, qui implique les processus suivants.
- Supprimez les valeurs aberrantes dans un « NaN » à l’aide de la fonction intégrée « isoutlier » dans MATLAB.
- Interpolez une valeur nan à l’aide de la fonction « inpaint_nans » de MATLAB15.
- Convertissez de « pixel /frame » en « m/s » en fonction de la fréquence d’images et de la période de rafale.
REMARQUE: La conversion est liée à l’intervalle de temps, déterminé par la fréquence d’images et la période de rafale. Plus précisément, le coefficient de la méthode résolue dans le temps est dérivé par la fréquence d’images, et celui d’une méthode par paires est dérivé par la période de rafale. - Fusionnez la méthode par paires et la méthode résolue dans le temps à l’aide du facteur de pondération.
REMARQUE: Le facteur de pondération dépend de l’amplitude de la vitesse et a une valeur totale de 1 dans chaque section. Si la magnitude de vitesse dépasse un certain seuil, le facteur de la méthode par paires est supérieur à celui de la méthode à résolution temporelle. - Exécutez la fonction « smoothn » de DCT-PLS en utilisant un facteur de lissage de 0,5915,17.
REMARQUE: Les fonctions « smoothn » et « inpaint_nans » sont présentes dans le PIVlab.
5. Analyse des données
- Chargez les données PIV dans MATLAB.
- Extrayez les composants « u » et « v » des données PIV.
- Calculer le champ de vitesse18 (équation 1, fichier supplémentaire 1).
- Dérivez les paramètres hémodynamiques à l’aide du code interne et de la fonction intégrée19.
- Dérivez la vorticité avec la fonction intégrée MATLAB « curl"18 (équation 2, fichier supplémentaire 1).
- Dérivez la stase avec le code interne20 (équation 3, fichier supplémentaire 1).
- Dérivez le Γ1 avec le code interne21 (équation 4, fichier supplémentaire 1).
- Dérivez la résidence des particules avec un code interne19 (équation 5, fichier supplémentaire 1).
- Calculer la moyenne et l’écart-type des paramètres hémodynamiques (tableau 2).
REMARQUE: La vitesse de crête, la vorticité, Γ1 et la stase ont été calculées pour un total de 98 cycles. La désintégration a été obtenue par ajustement exponentiel au pourcentage de résidence des particules. La désintégration a défini 14 cycles comme un seul ensemble de données et a calculé la moyenne et l’écart-type pour sept fois.
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Representative Results
Les champs de vitesse ont montré une structure d’écoulement sinusal différente en fonction du diamètre de la vanne sur la figure 4. Pour le TAV (23 mm), la vitesse était supérieure à 0,05 m/s entre le TAV et le STJ de la première systole à la systole de pointe que le TAV était ouvert à l’aide du jet de transfert. Une vitesse élevée a ensuite été distribuée dans une plage étroite près de l’endoprothèse à la systole tardive. La vitesse à la diastole était inférieure à 0,025 m/s, et deux vortex à faible vitesse sont apparus. Pour le TAV (26 mm), lorsque la vanne s’ouvrait, une vitesse élevée était mesurée à STJ. Dans le temps, à l’exception de la systole précoce, la distribution de la vitesse dans les sinus était inférieure à 0,05 m/s. Plus précisément, la vitesse à la systole tardive était plus faible qu’à un autre moment. Le vortex unidirectionnel, qui avait une forme ovale, est observé au-dessus de la foliole native à la diastole.
Les paramètres hémodynamiques dérivés par vitesse sont présentés à la figure 5 et au tableau 2. La vitesse maximale en TAV (23 mm) était supérieure à celle du TAV (26 mm). Une stase a été observée dans le sinus, à l’exception du jet de transmission et de la pénétration du sinus. La zone de stase formée dans le TAV (23 mm) était large, mais la fraction de stase était faible. Le vortex et la vorticité à la diastole présentaient quelque chose de non confirmé dans le champ de vitesse. Pour le TAV (23 mm), deux tourbillons similaires ont été remarqués au-dessus et au-dessous de la foliole native. Mais pour TAV (26 mm), le vortex dans le sens des aiguilles d’une montre n’était pas clair; le vortex dans le sens inverse des aiguilles d’une montre avait une forme elliptique. La vorticité a montré que les résultats étaient similaires à ceux du vortex. Le positif était près de l’endoprothèse et de la foliole indigène, et le négatif a été observé dans une autre région.
Le pourcentage et l’instantané de la résidence des particules sont illustrés à la figure 6. Les instantanés de la résidence des particules ont montré la distribution des particules dans la région des sinus pendant 2 s, et le pourcentage de résidence des particules a montré cette fraction des particules restantes dans la région des sinus pendant 14 s. Dans la figure 6B, le TAV (26 mm) a diminué plus rapidement que le TAV (23 mm), mais les deux cas ont été présentés que toutes les particules ont quitté la région des sinus en 6 s. Les particules se sont déplacées hors de la région de la figure 6A, mais ce n’était pas identique dans les cas. Pour le TAV (23 mm), les particules étaient distribuées dans toute la région des sinus et sortaient du plan au fur et à mesure que le cycle progressait. Cela ne s’est pas produit pour le TAV (26 mm) et a montré différents aspects. Les particules étaient concentrées près de l’anneau, qui quittait la région sinusale du bas de la feuillet native.
Figure 1 : Installation expérimentale in vitro. Il se compose d’une caméra haute vitesse, d’un modèle de sinus en acrylique, d’un système de pompe à piston, d’un réservoir, d’un Arduino et d’un ordinateur. Il s’agit d’un système fermé qui ne circule que dans une seule direction en raison du clapet anti-retour installé dans le réservoir et du TAV installé dans le modèle de sinus acrylique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2: Le modèle de sinus acrylique avec feuillet natif et TAV (23mm). (A) Le dessin et la dénomination des dimensions sont énumérés dans le tableau 1. Pour les deux valves artificielles, le modèle de sinus acrylique est le même. (B) Modélisation de la foliole native et de l’endoprothèse du TAV (23 mm). La foliole native est de forme cylindrique et n’est pas transparente. En modélisation, la notice de TAV a été omise et n’a présenté que l’endoprothèse. TAV; Valve aortique transcathéter, STJ; jonction sinotubulaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3: Débit et pression pendant 1 s. (A) Le débit est calculé par le volume de course pendant 1 s; le débit maximal est de 20 L/min. Le point rouge dans le débit est le temps d’instance à partir de la gauche à la systole précoce, à la systole de crête, à la systole tardive et à la diastole, respectivement. (B) La pression du TAV (23 mm). C) La pression du TAV (26 mm). La ligne bleue est la pression post-valvulaire, et la rouge est la pression pré-valvulaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Champ de vitesse dans la région des sinus. Le contour de vitesse varie de 0 à 0,05 m/s. La rangée de gauche est le champ de vitesse du TAV (23 mm), et la rangée de droite est celle du TAV (26 mm). La colonne est le temps d’instance défini à un débit. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Résultat de l’hémodynamique des sinus. Le contour de la vitesse de crête est présenté à la systole de crête. La stase d’écoulement est projetée pour le cycle, et c’est cette région interne représentée par une ligne blanche. Le vortex et la vorticité sont représentés comme vecteur vitesse et contour à la diastole. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6: Instantanés et pourcentage de résidence des particules. (A) La résidence des particules pendant 2 s est présentée avec une tache blanche indiquant la région des sinus et un cercle rouge indiquant les particules virtuelles. (B) Le pourcentage de résidence des particules pendant 14 s est que la ligne rouge est TAV (23 mm) et la ligne bleue est TAV (26 mm). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Vitesse maximale (m/s) | Vorticité (s-1) | Tourbillon | Stase | Pourrir | |
| 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 |
Tableau 1 : Dimensions du modèle de sinus acrylique. Toutes les unités sont en mm.
| Unité (mm) | |||||
| Diamètre TAV | Hauteur TAV | Profondeur de déploiement | Longueur de la feuille native | Diamètre de la feuille native | |
| TAV (23 mm) | 23 | 18 | 1.8 | 9 | 26 |
| TAV (26 mm) | 26 | 20 | 2 | 10 | 29 |
| Unité (mm) | |||||
| Diamètre STJ | Hauteur STJ | Diamètre de l’anneau | Diamètre des sinus | Hauteur des sinus | |
| TAV (23 mm) | 27 | 25.5 | 30 | 40 | 7.65 |
| TAV (26 mm) |
Tableau 2 : Écart-type moyen et écart-type concernant le paramètre d’hémodynamique des sinus.
Fichier supplémentaire 1 : Équations pour l’analyse des données. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
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Discussion
Le flux sinusal a changé en raison de la géométrie différente des sinus après TAVI. Le vortex a été formé par l’ouverture de la valve aortique et l’interaction avec le jet avant de la systole22. Dans l’étude de la valve chirurgicale artificielle sans folioles natives, le vortex observé dans la région sinusale au niveau de la systole était normal23. Cette étude forme le vortex présenté à la diastole en réduisant le jet avant et en entrant dans le sinus. Le flux sinusal a rencontré la foliole native; en conséquence, il se divise dans le sens des aiguilles d’une montre sous la feuillet native et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre au-dessus. Il suggère que les patients après TAVI sont différents par rapport à des patients en bonne santé sans thrombose. Ainsi, le flux sinusal a changé après TAVI, affectant peut-être la formation de thrombus dans le sinus.
La thrombose se produit parce que les globules rouges sont détruits par le stress de cisaillement, le flux de stagnation et des substances externes telles que l’endoprothèse du TAV24. Dans cette étude, le thrombus formé par l’écoulement de stagnation a été pris en compte, ce qui a été confirmé par des paramètres hémodynamiques tels que la stase d’écoulement et la résidence des particules. La foliole native interdit physiquement l’écoulement des sinus et limite la région des sinus. Le flux sinusal près de l’anneau devient plus restreint, augmentant la stase. Et pour la résidence des particules, les particules au-dessus de la foliole native sortent rapidement de la région, alors que celles en dessous ne le font pas. Le globule rouge a une petite distance, s’agrégeant dans le sinus. Il a également été étudié que la stase d’écoulement est observée au bas du sinus lorsqu’il y a une feuillet native4. Le problème après TAVI est que la foliole native reste, et la recherche est nécessaire pour réviser afin d’inhiber la thrombose.
Des expériences in vitro et PIV observent avec succès le champ de vitesse dans le sinus. Cependant, il existe encore des différences par rapport aux patients réels, et cela doit être amélioré. Tout d’abord, le modèle de sinus acrylique est simplifié pour permettre la fabrication immédiatement. Les coronaires droite et gauche sont situées sur deux des trois cuspides; le sang va à l’artère coronaire ~ 5% du total pendant la diastole10,25. L’une des limites du présent modèle in vitro est que le modèle actuel n’imite pas les propriétés physiologiques telles que la rhéologie, la structure vasculaire, la géométrie des vaisseaux 3D, etc. En outre, le modèle actuel n’inclut pas le flux coronaire. Les études précédentes ont démontré que le flux coronaire affecte le flux sinusal. Deuxièmement, l’analyse PIV 2D actuelle n’inclut pas le mouvement hors plan de l’écoulement. Une étude plus approfondie avec mesure volumétrique (par exemple, la vélocimétrie de suivi PIV / particules 3D (PTV)) peut révéler le champ d’écoulement complexe dans le flux aortique. Troisièmement, les limites de précision de PIV dues aux variations individuelles de l’intensité de l’image des particules existent. Le mouvement hors plan, même sans bruit, limite la précision réalisable26,27. Dans cette étude, la précision de la mesure PIV avec interpolation de sous-pixels est d’environ 0,1 pixel, ce qui correspond à 0,03 m/s au TAV (23 mm) et à 0,041 m/s au TAV (26 mm).
Les études futures prévoient d’utiliser des expériences in vitro et des méthodes de visualisation des fluides 3D pour comprendre l’hémodynamique des sinus. Le modèle de sinus acrylique est conçu pour avoir un tricuspide avec une artère coronaire. Il sera divisé en évitant les interférences dans la région des sinus. Dans cette étude, la zone mesurée après STJ a également été analysée pour confirmer si le champ de vitesse est similaire. Bien que cela ne soit pas expliqué, on suppose que le flux des sinus affecte le mouvement de la foliole du TAV. Il ne dépasse pas en conséquence. La zone mesurée se concentrera uniquement sur le sinus pour minimiser les problèmes tels que les images de particules floues par laser réfracté. En outre, le PTV 3D est en cours de préparation pour observer le mouvement de la particule26,27. Il sera utile de comprendre le principe de la thrombose dans le sinus après TAVI.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Cette recherche a été soutenue par le programme de recherche scientifique fondamentale de la Fondation nationale de la recherche de Corée, qui est financé par le ministère de l’Éducation (NRF-2021R1I1A3040346 et NRF-2020R1A4A1019475). Cette étude a également été soutenue par une subvention de recherche 2018 (PoINT) de l’Université nationale de Kangwon.
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 |
References
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