180 ° Kavisli Arter Testi Bölüm Model Tip IV Stent Başarısızlık Mansap İkincil Akış Yapıların Deneysel İncelenmesi
19 Temmuz 2016
Stenozlu arter eğriliklerindeki stent implantlar, stentlerin tam transvers kırığı ve kırık parçaların doğrusal yer değiştirmesini içeren "Tip IV" başarısızlıklara eğilimlidir. Kavisli bir arter modelinde, klinik olarak anlamlı "Tip IV" stent arızalarının aşağısında ikincil akım (vortikal) yapıların tespiti için bir protokol sunuyoruz.
Bu video, Tip IV stent arızalarının klinik önemini daha iyi anlamak için kavisli bir arter modelindeki ikincil akış veya wortikal yapıları tespit etmek için Parçacık Görüntü Velosimetrisi ve Tutarlı Yapı Algılamanın nasıl kullanılacağını gösterir. Bu yöntem, kardiyovasküler hemodinamikteki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Örneğin, zamanla bozulabilen ve nihayetinde kırılabilen stentlerin kan akış modellerini nasıl etkileyebileceği ve vasküler yeniden şekillenmede hastalığın ilerlemesini nasıl etkileyebileceği gibi.
Bu tekniğin en önemli avantajı, stent ve stent kırıklarını içeren karmaşık fizyolojik arteryel akımlarda in-vivo ve in-vitro ölçümlerin incelenmesini kolaylaştırmasıdır. Gösterme prosedürü, bir yüksek lisans öğrencisi olan Mohammad Najjari ve bir lisans öğrencisi olan Jessica Hinke olacaktır. % 79 doymuş sodyum iyodür çözeltisi,% 20 gliserol ve% 1 deiyonize sudan oluşan bir kan analogu çözeltisi hazırlayın.
Doymuş sodyum iyodür çözeltisi ile başlayın, ardından gliserolü, tüm gliserol hacmi eklenene kadar bir şırınga kullanarak küçük artışlarla ekleyin. İlaveler arasında, çözeltinin gözle görülür şekilde homojen hale gelmesini bekleyin ve her bir gliserol ilavesinin hacmini not edin. Daha sonra, gerekli hacimde su ekleyin, kan-analog çözelti gözle görülür şekilde homojenize olana kadar karıştırmaya devam edin.
Son olarak, çözelti optik olarak berraklaşana kadar bir spatula kullanarak çok az miktarda sodyum tiyosülfat ekleyin. Başlamak için, düz ve kavisli stent Cad modellerinden yüksek çözünürlüklü STL dosyaları oluşturun. Yazılımda, dosya menüsünden Dışa Aktar ve Model'i seçin.
STL seçeneğini seçin, Akor Yüksekliğini sıfıra ayarlayın ve Açı Kontrolünü bire ayarlayın. Açı kontrol değeri, küçük yarıçaplı yüzey boyunca mozaikleme miktarını düzenler ve ayar sıfır ile bir arasında ayarlanabilir. Ardından, STL dosyasını oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
Ardından, stent modellerini bir Hızlı Prototipleme makinesinde üretin. Bunu yapmak için, 3D yazdırma yazılımını başlatın ve STL dosyasını 3D yazıcı bilgisayarında bulmak için Ekle'ye tıklayın. Ardından, istediğiniz dosyayı seçin ve STL dosyasını ekrandaki sanal bir platforma yerleştirmek için fareyi sürün.
Daha sonra, 3D baskılı parçaları kullanarak, İdealleştirilmiş Tip IV kırık senaryosunu yeniden oluşturmak için stenti kavisli arter test bölümüne yerleştirin. Stentlerin tam bir enine kırılmasını ve parçalanmış parçaların doğrusal olarak yer değiştirmesini gerektirir. Şimdi, kurulumu optik bir masaya monte edin.
Düz akrilik boruları 180 derece kavisli bir arter test bölümünün girişine ve çıkışına bağlayın. Başlamak için, küçük bir kağıt parçasını aydınlatarak lazerin konumunu büyük ölçüde ayarlayın. Odağı ayarlayarak lazer tabakasını yaklaşık 2 mm kalınlığında yapın.
Ardından, lazer tabakasını, tabaka masaya dik olacak şekilde ölçüm bölgesinin 90 derecelik kısmı boyunca hedefleyin. Ardından, lazer tabakası tarafından aydınlatılan kesit bölgesini görüntülemek için sıfır derece veya 180 derece konumunun yakınına bir kamera yerleştirin. Lazer ve kameranın hizalamasını artımlı olarak ayarlayın, böylece kamera, yazılımdaki Grab işlevi kullanılarak değerlendirilen kavisli arterin dairesel kesitini minimum parçacık distorsiyonu ile görüntüler.
Kamera ve lazer yerleştirildikten sonra, ikincil akış alanlarının görüntülerini elde edin. İlk önce programlanabilir pompayı açın. Pompa enstrümanı kontrol programında, Genliği bir volta ayarlayın.
DC Ofsetini sıfır volt olarak ayarlayın. Zamanlanmış adımların sayısını 1000 olarak ayarlayın ve süreyi dört saniye olarak ayarlayın. Ek ayarlar Metin Protokolü'nde ele alınmıştır.
Ardından, voltaj zaman dalgası formunun değerlerini içeren metin dosyasını yükleyin ve deneye kan-analog sıvıyı sağlamak için programı çalıştırın. PIV Data Acquisition (PIV Veri Toplama) programında, New Recordings (Yeni Kayıtlar) sekmesine tıkladıktan sonra Settings (Ayarlar) kısmı altında cihazı seçiniz ve uygun güç ayarları ile lazerin On (Açık) olarak ayarlandığını onaylayınız. Değerleri onaylamak için lazer kontrolüne gidin.
Zamanlama'ya gidin ve Harici Döngüsel Tetikleyici olarak ayarlayın. Acquisit'e tıklayın, Table Scan'i seçin, Table Scan'i düzenleyin, Scan Ekle'yi seçin ve sistolik yavaşlamayı temsil eden başlangıç zamanını girerek tarama ayarlarını doldurun. PIV veri toplamanın zaman artışı ve bitiş zamanı.
Referans Süresi, DT1 veya lazer darbeleri arasındaki süre ayarlanmalıdır. Ardından, Kapat'a tıklayın. Müktesebat altında, görüntü alımına tıklayın ve görüntü sayısını 200 olarak girin.
Artık PIV sistemi veri elde etmeye hazırdır. Pompa enstrümanı kontrolünden gelen tetikleme sinyalini kullanarak faz bazında ölçümler almak için Kaydı Başlat'ı seçin. Her bir zaman örneğinde ve önceden düzenlenmiş 90 derecelik test bölümü konumunda ayarlanan düzlem veya hız alanı sayısı daha sonra elde edilecektir.
Kayıt tamamlandığında lazeri kapatın. Pompayı kapatın, kamerayı kapatın ve lens kapağını yerine takın. Ek kod dosyasını kullanarak Faz Ortalaması ve RMS İkincil Akış Hızları, Girdap ve Dönme Gücü alanlarını hesaplayın.
Yazılımda, tanımlanan ölçeğe ait ayarı başlatın ve Maske Tanımına gönderin. Ayrıntılar için Ek Kod dosyasını inceleyin. Yazılımda, herhangi bir PIV verisine sağ tıklayın ve Toplu İşlemeyi başlatın.
İstatistik grubundan Vektör İstatistikleri, Vektör Alanı Sonuçları işlemini seçin ve İletişim kutusunda Parametre'ye tıklayın. Vektör Alanı bölümünün altındaki ortalama V ve RMSV seçeneklerini değiştirin. Ardından, Skaler Alanları Ayıklama Döndürme ve Kesme grubundan Vorticity işlemini seçin.
Bu, düzlemsel kesitteki iki boyutlu girdabı bulur. Şimdi, Proje penceresi altındaki herhangi bir PIV verisine sağ tıklayarak ve Hyperloop Tüm Setler'i seçerek işlemeye başlayın. İkincil Akış Yapılarının tespiti için Dönen Kuvvet alanlarını hesaplamak için, herhangi bir PIV verisine sağ tıklayın, ağaçta Hız Vektör Alanı'nı seçin ve toplu işlemeyi başlatın.
Ardından, Skaler Alanları Ayıklama ve Kesme grubundan Dönme Gücü işlemini seçin ve Kapat'a tıklayın. Şimdi, aynı Hız Vektörü Alanına sağ tıklayın, Hyperloop Tüm Setler'i seçin ve Toplu İşleme parametrelerini daha önce olduğu gibi ayarlayın. Son olarak, Dönen Kuvvet alanlarının hesaplamasını gerçekleştirin.
90 derece kesit yerindeki ikincil Akış Hızı verileri 2C 2D PIV sisteminden elde edildi. İdealize Tip IV stent kırığı ile kavisli arter test bölümüne sağlanan giriş koşulu, karotis arter dalga formuydu. İkincil Akış Hızı alan verileri, pompa cihazı kontrol bilgisayarı tarafından üretilen Tetiğin senkronizasyonu yoluyla PIV tekniği kullanılarak oluşturulmuştur.
Verilerin son işlenmesi, sistolik yavaşlama sırasında Q-kriteri ve Dönme Mukavemeti veya Landis ci-kriterini belirlemek için pikselleştirilmiş verilere uygulandı. Dönme Dayanımı ve Q kriterine dayalı akış alanları karşılaştırıldı. Deforme olmuş Dean-Lynn ve Wall tipi DLW wortik desenlerini ve gerinimin baskın olduğu bölgeleri temsil eden DLW karakterleriyle işaretlenmiş wortikal desenler, sistolik yavaşlama sırasında dört farklı kesit konumunda incelendi.
Sürekli Dalgacık Dönüştürülmüş tabanlı yöntem, şekil, boyut ve güç açısından daha ayrıntılı olarak girdap algılamayı sağlayan ikincil akış girdap alanına uygulandı. Son olarak, Q kriteri, Dönme Dayanımı ve Dalgacık Dönüşümü tabanlı akış alanları karşılaştırıldı. Dalgacık Dönüştürülmüş tabanlı yöntem, boyut, ölçek ve güçler açısından büyük ayrıntılara sahip karmaşık wortikal desenlerin varlığını ortaya çıkardı.
Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik, model stentler 3D yazıcıda basıldıktan sonra PIV veri toplama ve son işleme dahil olmak üzere yaklaşık sekiz saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, kan-analog sıvı kırılma indisinin çok az miktarda sodyum tiyosülfat kullanılarak yeterince eşleştiğinden emin olmayı unutmamak önemlidir. Gelecekte, parateori sonuç doğruluğunu artırmak ve optik bozulmayı en aza indirmek için bunun gibi bir PIV kalibrasyon haritası kullanacağız.
Bu prosedürü takiben, patolojik durumlarla ilgili ek soruları yanıtlamak için hastaya özgü kan damarlarındaki akışlar değerlendirilebilir ve protezlerin, stent implantlarının ve kırık stentlerin hemodinamiğine benzeri görülmemiş bir erişim sağlar.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, eğri bir arter modelinde, özellikle Tip IV stent başarısızlıkları bağlamında ikincil akış yapılarını tespit etmek için bir protokol sunar. Yöntem, stent kırıklarının kan akış kalıplarını ve hastalık ilerlemesini nasıl etkileyebileceğine dair anlayışı geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kardiyovasküler hemodinamik
- Stent başarısızlık analizi
- Vasküler sistemlerde sıvı dinamiği
Arka Plan
- Daralmış arterlerdeki stentler, tam enine kırık yaşayabilir.
- Tip IV başarısızlıklar, kırık stent parçalarının önemli derecede yer değiştirmesini içerir.
- Kırık sonrası akış kalıplarını anlamak, klinik sonuçlar için kritik öneme sahiptir.
- Parçacık Görüntü Hızölçümü, akış analizi için önemli bir tekniktir.
Çalışmanın Amacı
- Stent kırıklarının kan akışı üzerindeki etkisini araştırmak.
- Akış tespiti için gelişmiş görüntüleme tekniklerini kullanmak.
- Kardiyovasküler hastalık ilerlemesi hakkında bilgiler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Akış ölçümü için Parçacık Görüntü Hızölçümü.
- Vortiksel yapıları tanımlamak için Koherent Yapı Algılama.
- Deneysel kullanım için kan-benzeri çözelti hazırlama.
- Karmaşık artersel akışlarda in-vivo ve in-vitro ölçümler.
Ana Sonuçlar
- Modelde ikincil akış yapılarının başarılı bir şekilde tespiti.
- Stent kırıklarının hemodinamikleri nasıl değiştirdiğine dair görüşler.
- Önerilen yöntemlerin uygulanabilirliğini göstermiştir.
- Stent başarısızlıklarının klinik alakasını anlamaya katkıda bulunmuştur.
Sonuçlar
- Çalışma, gelecekteki araştırmalar için değerli bir protokol sunar.
- Akış dinamiklerini anlamak, stent tasarımı iyileştirmeleri konusunda bilgi sağlayabilir.
- Stent kırıklarının uzun vadeli etkilerini araştırmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This method enables mechanistic de-risking of cardiovascular device performance by quantifying how stent fractures alter hemodynamic environments linked to restenosis and thrombosis. It supports target validation in preclinical models by linking structural failure modes to functional flow disruptions. The approach provides predictive confidence for stent design iteration and portfolio triage in vascular device development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by correlating stent fracture morphology with secondary flow alterations that influence atherosclerotic progression.
- Operational Value: Enables biological de-risking through reproducible detection of vortical structures under physiologically relevant pulsatile inflow.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated disease-relevant systems for downstream compound screening by establishing baseline hemodynamic phenotypes in stent-failure models.
- Operational Value: Delivers quantitative, standardized outputs (vorticity, swirling strength) enabling assay reproducibility and cross-laboratory comparability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery to preclinical validation by characterizing flow-mediated biological responses in curved artery models mimicking human vasculature.
- Operational Value: Supports risk-adjusted advancement decisions by identifying hemodynamic thresholds associated with pro-thrombotic conditions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical assessment, enabling iterative design-refinement cycles for vascular prosthetics.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by revealing how mechanical stent failure induces flow patterns that modulate endothelial activation and platelet sensitization.
- Screening: Delivers assay readiness via phase-averaged PIV measurements that capture transient hemodynamic events during systolic deceleration.
- Analytics: Generates multi-parametric readouts (Q-criterion, swirling strength, wavelet-transformed fields) for comparative analysis of flow coherence and vortex strength.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by linking stent-induced flow disturbances to established biomarkers of vascular inflammation and remodeling.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable hemodynamic phenotyping platform applicable across stent geometries, failure modes, and arterial curvatures.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in flow-mediated pathogenesis.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through refractive index matching, phase-averaging, and automated vortex detection algorithms.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by quantifying hemodynamic risk early, reducing late-stage biological failure in vascular device programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of stent designs based on flow disturbance profiles linked to clinical outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiovascular fluid dynamics, PIV instrumentation, and coherent structure detection methodologies.
- Dependent on high-speed lasers, dual-camera PIV systems, and refractive index-matched fluid handling capabilities.
- Necessitates cross-functional standardization between bioengineering, imaging, and data analysis teams for consistent vortex identification.
- Involves adaptation considerations when extending to patient-specific geometries or non-Newtonian blood analogs under varying shear rates.
- Practical limitations include optical access constraints in highly curved test sections and signal-to-noise challenges in low-velocity secondary flow regions.
