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 başarısızlıklarının klinik önemini daha iyi anlamak amacıyla, kıvrımlı bir arter modelindeki sekonder akışı veya girdap yapılarını tespit etmek için Parçacık Görüntüleme Velosimetrisi ve Koherent Yapı Tespitinin nasıl kullanılacağını göstermektedir. Bu yöntem, kardiyovasküler hemodinamikteki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, zamanla kötüleşebilen ve nihayetinde kırılabilen stentlerin, kan akış modellerini nasıl etkileyebileceği ve vasküler yeniden şekillenmede hastalık progresyonunu nasıl etkileyebileceği gibi.
Bu tekniğin temel avantajı, stent ve stent kırılmalarını içeren karmaşık fizyolojik arteriyel akışlarda in-vivo ve in-vitro ölçümlerin incelenmesini kolaylaştırmasıdır. Prosedürü, lisansüstü öğrencisi Mohammad Najjari ve lisans öğrencisi Jessica Hinke uygulamalı olarak gösterecektir. %79 doygun sodyum iyodür çözeltisi, %20 gliserol ve %1 deiyonize sudan oluşan bir kan analoğu çözeltisi hazırlayın.
Doymuş sodyum iyodür çözeltisi ile başlayın, ardından gliserolün tamamı eklenene kadar bir şırınga yardımıyla küçük miktarlarda gliserol ekleyin. Eklemeler arasında çözeltinin gözle görülür şekilde homojenleşmesini bekleyin ve her bir gliserol eklemesinin hacmini not edin. Ardından, gerekli hacimdeki suyu ekleyin ve kan analog çözeltisi gözle görülür şekilde homojenleşene kadar karıştırmaya devam edin.
Son olarak, çözelti optik olarak berraklaşana kadar bir spatula yardımıyla çok küçük miktarlarda sodyum tiyosülfat ekleyin. Başlangıçta, düz ve kavisli stent Cad modellerinden yüksek çözünürlüklü STL dosyaları oluşturun. Yazılımda, dosya menüsünden dışa aktar (Export) ve model (Model) seçeneklerini belirleyin.
STL seçeneğini belirleyin, Kiriş Yüksekliğini (Chord Height) sıfıra ve Açı Kontrolünü (Angle Control) bire ayarlayın. Açı kontrol değeri, küçük yarıçaplı yüzeyler boyunca gerçekleşen teselasyon miktarını düzenler ve bu 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 3B yazıcı bilgisayarındaki STL dosyasını bulmak üzere 3B yazdırma yazılımını başlatın ve Ekle'ye tıklayın. Daha sonra istenen dosyayı seçin ve STL dosyasını ekrandaki sanal bir platforma yerleştirmek için fareyi yönlendirin.
Ardından, 3D yazıcıyla basılmış parçaları kullanarak, İdealize Tip IV kırık senaryosunu yeniden oluşturmak amacıyla stenti kavisli arter test bölümüne yerleştirin. Bu işlem, stentlerin tamamen transvers kırılmasını ve fragmanların lineer deplasmanını kapsar. Şimdi, düzeneği bir optik masa üzerinde kurun.
Düz akrilik boruları, 180 derecelik kavisli bir arter test bölümünün girişine ve çıkışına bağlayın. Başlangıçta, küçük bir kağıt parçasını aydınlatarak lazerin konumunu kaba bir şekilde ayarlayın. Odaklamayı ayarlayarak lazer levhasını yaklaşık 2mm kalınlığa getirin.
Ardından, lazer tabakasını ölçüm bölgesinin 90 derecelik kısmına, tabakaya dik olacak şekilde yönlendirin. Daha sonra, lazer tabakası tarafından aydınlatılan kesit bölgesini görüntülemek için sıfır veya 180 derece konumunun yakınına bir kamera yerleştirin; yazılımdaki Grab fonksiyonu kullanılarak değerlendirilen parçacık distorsiyonu minimum olacak şekilde, kameranın kıvrımlı arterin dairesel kesitini görmesi için lazer ve kamera hizalamasını kademeli olarak ayarlayın.
Kamera ve lazer konumlandırıldıktan sonra, ikincil akış alanlarının görüntülerini alın. Öncelikle, programlanabilir pompayı çalıştırın. Pompa cihaz kontrol programında, Genliği bir volt olarak ayarlayın.
DC Offset'i sıfır volt olarak ayarlayın. Zamanlanmış adım sayısını 1000'e ve zaman periyodunu dört saniyeye ayarlayın. Ek ayarlar Metin Protokolünde tartışılmıştır.
Ardından, voltaj zaman dalga formu değerlerini içeren metin dosyasını yükleyin ve deneye kan benzeri sıvıyı sağlamak için programı çalıştırın. PIV Veri Toplama programında, Yeni Kayıtlar (New Recordings) sekmesine tıkladıktan sonra, Ayarlar (Settings) bölümünden cihazı seçin ve lazerin uygun güç ayarlarıyla Açık (On) konumda olduğunu onaylayın. Değerleri doğrulamak için lazer kontrolüne gidin.
Zamanlama (Timing) bölümüne gidin ve bunu Harici Döngüsel Tetikleyici (External Cyclic Trigger) olarak ayarlayın. Acquisit'e tıklayın, Tablo Taraması'nı (Table Scan) seçin, Tablo Taramasını Düzenle'ye (Edit Table Scan) ve Taramayı Ekle'ye (Append Scan) tıklayarak; sistolik deselerasyonu temsil eden başlangıç zamanını, zaman artışını ve PIV veri toplama bitiş zamanını girerek tarama ayarlarını doldurun.
Referans Süresi, DT1 veya lazer darbeleri arasındaki süre ayarlanmalıdır. Ardından, Kapat'a tıklayın. Acquisit sekmesi altında, görüntü elde etme (image acquisition) seçeneğine tıklayın ve görüntü sayısını 200 olarak girin.
Artık PIV sistemi veri toplama için hazırdır. Pompa cihaz kontrolünden gelen tetikleme sinyalini kullanarak faz bazlı ölçümler yapmak için Kaydı Başlat seçeneğini belirleyin. Ardından, önceden belirlenmiş 90 derecelik test bölümü konumunda ve her zaman anında, belirlenen sayıdaki düzlem veya hız alanı elde edilecektir.
Kayıt işlemi tamamlandığında, lazerin gücünü kapatın. Pompayı kapatın, kamerayı kapatın ve lens kapağını geri takın. Ek kod dosyasını kullanarak Faz Ortalamalı ve RMS İkincil Akış Hızlarını, Vortisiteyi ve Girdap Şiddeti alanlarını hesaplayın.
Yazılımda, tanımlanmış ölçekle ilgili ayarları başlatın ve Mask Tanımlama (Mask Definition) bölümüne gönderin. Detaylar için Ek Kod dosyasını inceleyin. Yazılımda, herhangi bir PIV verisinin üzerine sağ tıklayın ve Toplu İşleme (Batch Processing) işlemini başlatın.
İstatistikler grubundan Vector Statistics, Vector Field Results işlemini seçin ve İletişim kutusundaki Parameter seçeneğine tıklayın. Vector Field bölümü altındaki average V ve RMSV seçeneklerini aktif hale getirin. Ardından, Extract Scalar Fields Rotation and Shear grubundan Vorticity işlemini seçin.
Bu işlem, düzlemsel kesitteki iki boyutlu vortisiteyi bulur. Şimdi, Proje penceresi altındaki herhangi bir PIV verisine sağ tıklayıp Hyperloop All Sets seçeneğini belirleyerek işlemeyi başlatın. İkincil Akış Yapılarının tespiti için Swirling Strength alanlarını hesaplamak üzere, herhangi bir PIV verisine sağ tıklayın, ağaç yapısından Velocity Vector Field seçeneğini belirleyin ve toplu işlemeyi başlatın.
Ardından, Extract Scalar Fields Rotation and Shear grubundan Swirling Strength işlemini seçin ve Close butonuna tıklayın. Şimdi, aynı Velocity Vector Field üzerine sağ tıklayın, Hyperloop All Sets seçeneğini belirleyin ve Batch Processing parametrelerini daha önce yaptığınız gibi ayarlayın. Son olarak, Swirling Strength alanlarının hesaplamasını gerçekleştirin.
90 derecelik kesit konumundaki Sekonder Akış Hızı verileri, 2C 2D PIV sistemi kullanılarak elde edilmiştir. İdealize Tip IV stent kırığına sahip kavisli arter test bölümüne sağlanan giriş koşulu, karotis arter dalga formu olarak belirlenmiştir. Sekonder Akış Hızı alanı verileri, pompa cihaz kontrol bilgisayarı tarafından üretilen Tetikleyicinin senkronizasyonu aracılığıyla PIV tekniği kullanılarak oluşturulmuştur.
Sistolik yavaşlama sırasında Q-kriterini ve Girdap Şiddetini veya Landis ci-kriterini belirlemek için pikselli verilere veri sonrası işlem uygulandı. Girdap Şiddeti ve Q-kriteri tabanlı akış alanları karşılaştırıldı. Deforme olmuş Dean-Lynn-ve Wall tipi DLW girdap desenlerini temsil eden, DLW karakterleri ile işaretlenmiş girdap desenleri ve gerinim baskın bölgeler, sistolik yavaşlama sırasında dört farklı kesit konumunda incelendi.
Sürekli Wavelet Dönüşümü tabanlı yöntem, şekil, boyut ve şiddet açısından daha ayrıntılı vorteks tespitine olanak tanıyan ikincil akış vortisite alanına uygulanmıştır. Son olarak, Q-kriteri, Girdap Şiddeti (Swirling Strength) ve Wavelet Dönüşümü tabanlı akış alanları karşılaştırılmıştır. Wavelet Dönüşümü tabanlı yöntem; boyut, ölçek ve şiddet açısından oldukça ayrıntılı, karmaşık vortikal yapıların varlığını ortaya koymuştur.
Bu teknik uzmanlaşıldığında, model stentlerin 3D yazıcıda basılmasının ardından, PIV veri toplama ve son işlemleme dahil yaklaşık sekiz saat içinde tamamlanabilir. Bu prosedür uygulanırken, kan benzeri sıvının kırılma indisinin çok küçük miktarlarda sodyum tiyosülfat kullanılarak yeterince eşleştirildiğinden emin olmak önemlidir. Gelecekte, parateori sonuçlarının doğruluğunu artırmak ve optik bozulmayı minimize etmek için, buna benzer bir PIV kalibrasyon haritası kullanacağız.
Bu prosedürün ardından, patolojik durumlarla ilgili ek soruları yanıtlamak amacıyla hastaya özgü kan damarlarındaki akışlar değerlendirilebilir; bu da protezlerin, stent implantlarının ve kırılmış stentlerin hemodinamiklerine benzeri görülmemiş bir erişim sağlar.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, özellikle Tip IV stent yetmezlikleri bağlamında, kavisli bir arter modelinde sekonder akış yapılarını tespit etmek için bir protokol sunmaktadır. Yöntem, stent kırıklarının kan akış modellerini ve hastalığın ilerlemesini nasıl etkileyebileceğine dair anlayışı artırmayı amaçlamaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kardiyovasküler hemodinamik
- Stent yetmezliği analizi
- Vasküler sistemlerde akışkanlar dinamiği
Arka Plan
- Stenozlu arterlerdeki stentlerde tam transvers kırıklar meydana gelebilir.
- Tip IV yetersizlikler, kırılan stent parçalarının önemli ölçüde yer değiştirmesini içerir.
- Kırık sonrası akış modellerinin anlaşılması, klinik sonuçlar açısından kritik öneme sahiptir.
- Parçacık Görüntüleme Velosimetrisi, akış analizi için temel bir tekniktir.
Çalışmanın Amacı
- Stent kırıklarının kan akışı üzerindeki etkisini incelemek.
- Akış tespiti için gelişmiş görüntüleme tekniklerini kullanmak.
- Kardiyovasküler hastalıkların ilerleyişine dair öngörüler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Akış ölçümü için Parçacık Görüntü Velocimetrisi.
- Girdap yapılarını belirlemek için Koherent Yapı Tespiti.
- Deneysel kullanım için kan benzeri bir çözeltinin hazırlanması.
- Kompleks arteriyel akışlarda in-vivo ve in-vitro ölçümler.
Temel Sonuçlar
- Modelde ikincil akış yapılarının başarıyla tespit edilmesi.
- Stent kırıklarının hemodinamiği nasıl değiştirdiğine dair öngörüler.
- Önerilen yöntemlerin uygulanabilirliğinin kanıtlanması.
- Stent başarısızlıklarının klinik öneminin anlaşılmasına katkı sağlanması.
Sonuçlar
- Bu çalışma, gelecekteki araştırmalar için değerli bir protokol sunmaktadır.
- Akış dinamiklerinin anlaşılması, stent tasarım iyileştirmelerine ışık tutabilir.
- Stent kırılmalarının uzun vadeli etkilerini araştırmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önemi
Bu yöntem, stent kırıklarının restenoz ve trombozla ilişkili hemodinamik ortamları nasıl değiştirdiğini nicelendirerek, kardiyovasküler cihaz performansının mekanistik risklerinin azaltılmasını sağlar. Yapısal hata modlarını fonksiyonel akış bozulmalarıyla ilişkilendirerek preklinik modellerde hedef doğrulamasını destekler. Bu yaklaşım, vasküler cihaz geliştirme sürecinde stent tasarımı iterasyonu ve portföy önceliklendirmesi için öngörülebilir bir güvenilirlik sağlar.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Stent kırık morfolojisini, aterosklerotik progresyonu etkileyen sekonder akış değişiklikleri ile ilişkilendirerek terapötik hipotezleri sorgular.
- Operasyonel Değer: Fizyolojik olarak ilgili pulsatif giriş altında vorteks yapılarının tekrarlanabilir tespiti yoluyla biyolojik risk azaltma imkanı sağlar.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Bilimsel Değer: Stent yetersizliği modellerinde temel hemodinamik fenotipler oluşturarak, sonraki bileşik taramaları için valide edilmiş hastalıkla ilgili sistemler hazırlar.
- Operasyonel Değer: Analiz tekrarlanabilirliğini ve laboratuvarlar arası karşılaştırılabilirliği mümkün kılan kantitatif, standartlaştırılmış çıktılar (vortisite, girdap gücü) sağlar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: İnsan vasküler sistemini taklit eden kavisli arter modellerinde akışla tetiklenen biyolojik yanıtları karakterize ederek, keşif aşaması ile preklinik doğrulama arasında köprü kurar.
- Operasyonel Değer: Protrombotik durumlarla ilişkili hemodinamik eşikleri belirleyerek, risk ayarlı ilerleme kararlarını destekler.
İş Akışı ve Boru Hattı Entegrasyonu
Bu yöntem, erken hedef doğrulamadan preklinik değerlendirmeye kadar keşif sürekliliğine entegre olarak, vasküler protezler için yinelemeli tasarım-iyileştirme döngülerine olanak tanır.
- Keşif Biyolojisi: Mekanik stent yetmezliğinin, endotelyal aktivasyonu ve trombosit duyarlılığını modüle eden akış modellerini nasıl tetiklediğini ortaya çıkararak hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Sistolik yavaşlama sırasındaki geçici hemodinamik olayları yakalayan faz-ortalamalı PIV ölçümleri aracılığıyla analiz hazırlığı sağlar.
- Analitik: Akış koherensinin ve vorteks gücünün karşılaştırmalı analizi için çok parametreli okumalar (Q-kriteri, girdap gücü, dalgacık dönüştürülmüş alanlar) üretir.
- Translasyonel Araştırma: Stent kaynaklı akış bozukluklarını, vasküler inflamasyon ve yeniden şekillenmenin yerleşik biyobelirteçleriyle ilişkilendirerek preklinik süreklilikle bağlantı kurar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Farklı stent geometrileri, yetmezlik modları ve arteriyel eğrilikler genelinde uygulanabilen, yeniden kullanılabilir bir hemodinamik fenotipleme platformu oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Akış aracılı patogenezdeki mekanistik belirsizliği azaltarak, hedef doğrulamada öngörülebilir güven sağlar.
- Operasyonel Değer: Kırılma indisi eşleme, faz ortalaması ve otomatik vorteks tespit algoritmaları aracılığıyla standardizasyon ve tekrarlanabilirlik sağlar.
- Stratejik Değer: Hemodinamik riski erken aşamada nicelleştirerek, vasküler cihaz programlarındaki geç evre biyolojik başarısızlıkları azaltır ve devam/durdur kararlarını iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Klinik sonuçlarla bağlantılı akış bozulma profillerine dayanarak stent tasarımlarının riskle ayarlanmış önceliklendirilmesine olanak tanır.
Uygulama Hususları
- Kardiyovasküler akışkanlar dinamiği, PIV enstrümantasyonu ve koherent yapı tespit metodolojilerinde uzmanlık gerektirir.
- Yüksek hızlı lazerlere, çift kameralı PIV sistemlerine ve kırılma indisi uyumlu akışkan yönetimi kapasitelerine bağımlıdır.
- Tutarlı vorteks tanımlaması için biyomühendislik, görüntüleme ve veri analiz ekipleri arasında fonksiyonlar arası standardizasyon gereklidir.
- Hasta spesifik geometrilere veya değişken kayma hızları altındaki Newtonyen olmayan kan analoglarına genişletilirken adaptasyon hususlarını içerir.
- Pratik kısıtlamalar arasında, yüksek derecede kavisli test bölümlerindeki optik erişim sınırlamaları ve düşük hızlı sekonder akış bölgelerindeki sinyal-gürültü zorlukları yer alır.
