Name: Koroner Ateroskleroz İlerlemesinin Optik Koherens Tomografi Tabanlı Biyomekanik Akışkan-Yapı Etkileşim Analizi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 7 s
Description: Keşfedin, OCT ve anjiyografi görüntüleme ile koroner arterleri yeniden yapılandırarak akışkan-yapı etkileşimi teknikleri kullanarak aterosklerotik lezyon ilerlemesini tahmin etme yöntemini. Bu biyomekanik modelleme, klinik müdahaleleri yönlendirmede değerli bilgiler sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar, Adelaide Üniversitesi, Royal Adelaide Hastanesi (RAH) ve Güney Avustralya Sağlık ve Tıbbi Araştırma Enstitüsü (SAHMRI) tarafından sağlanan desteği kabul etmek istiyor. COCOMO-ACS denemesi, Avustralya Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Konseyi (NHMRC) (ID1127159) ve Avustralya Ulusal Kalp Vakfı'nın (ID101370) proje hibeleri ile finanse edilen araştırmacı tarafından başlatılan bir çalışmadır. H.J.C. Westpac Scholars Trust (Geleceğin Liderleri Bursu) bursu ile desteklenmektedir ve Adelaide Üniversitesi, Makine Mühendisliği Fakültesi ve Eğitim, Beceri ve İstihdam Araştırma Eğitim Programı (RTP) bursundan destek kabul eder. S.J.N., NHMRC'den (ID1111630) Başlıca Araştırma Bursu alır. P.J.P., Avustralya Ulusal Kalp Vakfı'ndan (FLF102056) Seviye 2 Gelecekteki Lider Bursu ve NHMRC'den (CDF1161506) Seviye 2 Kariyer Geliştirme Bursu alır.

Yazarların bu makalenin hazırlanması ile ilgili beyan edecekleri herhangi bir ihtilafı bulunmamaktadır. S.J.N. AstraZeneca, Amgen, Anthera, Eli Lilly, Esperion, Novartis,. Cerenis, The Medicines Company, Resverlogix, InfraReDx, Roche, Sanofi-Regeneron ve Liposcience ve AstraZeneca, Akcea, Eli Lilly, Anthera, Kowa, Omthera, Merck, Takeda, Resverlogix, Sanofi-Regeneron, CSL Behring, Esperion ve Boehringer Ingelheim'ın danışmanıdır. P.J.P., Abbott Vascular'dan araştırma desteği, Amgen ve Esperion'dan danışmanlık ücretleri ve AstraZeneca, Bayer, Boehringer Ingelheim, Merck Schering-Plough ve Pfizer'dan konuşmacı honoraria aldı.

Koroner biyomekaniği analiz etmek için FSI yöntemlerinin kullanılması, hem sayısal modelleme hem de klinik sonuç açısından hala gelişmekte olan bir alandır. Burada, OCT ve anjiyografik görüntülemeden yararlanarak, sonlu eleman/ sonlu hacim yöntemlerine dayalı olarak hastaya özgü bir FSI analizi oluşturmanın ana hatlarını açıkladık. Burada tarif ettiğimiz yöntem ticari bir sonlu eleman çözücü kullanırken, prosedür herhangi bir FSI özellikli yazılıma uygulanabilir. Metodolojide hala iyileştirilmesi gereken birkaç sınırlama...

Koroner arter hastalığı (CAD) en sık görülen kalp hastalığı türüdür ve küresel olarak önde gelen ölüm ve ekonomik yük nedenlerinden biridir1,2. Amerika Birleşik Devletleri'nde, kabaca her sekiz ölümden biri CAD3,4'e atfedilirken, CAD'den kaynaklanan küresel ölümlerin çoğu şimdi düşük ve orta gelirli ülkelerde görülmektedir5. Ateroskleroz, koroner arter tıkanıklığı ve akut miyokard enfarktüsüne (AMI) yol açan plak yırtılması veya erozyonu ile bu ölümlerin baskın sürücüsüdür6. Suçlu koroner lezyonların revaskülarizasyonundan sonra bile, hastalar AMI'den sonra tekrarlayan majör majör ad kardiyovasküler olaylar (MACE) riskine sahiptir, büyük ölçüde yırtılmaya karşı savunmasız olan diğer suçlu olmayan plakların eşlik etmesi nedeniyle7. İç görüntüleme, bu yüksek riskli plakları tespit etme fırsatı sağlar8. İntravasküler ultrason (IVUS) plak hacmini değerlendirmek için altın standart olmasına rağmen, optik koherens tomografisinin (OCT) yüksek çözünürlüğünün (10-20 μm) aksine savunmasız plasın mikroyapısal özelliklerini tanımlamak için sınırlı çözünürlüğe sahiptir. Büyük bir lipit havuzunun üzerinde bulunan ince ve iltihaplı lifli bir kapağın savunmasız bir plak9'un en önemli imzası olduğu gösterilmiştir ve şu anda mevcut intrakoroner görüntüleme yöntemleri arasında OCT tarafından en iyi şekilde tanımlanır ve ölçülür10. Daha da önemlisi, OCT ayrıca lipid arkı da dahil olmak üzere diğer yüksek riskli plak özelliklerini de değerlendirebilir; makrofaj infiltrasyon; aşırı ince lifli kapaklı lipit bakımından zengin çekirdek (<65 μm) olarak tanımlanan ince kapak fibroteromunun (TCFA) varlığı; sivilceli kireçlenme; ve plak mikrokanelleri. AMI sonrası suçlu olmayan plaklarda bu yüksek riskli özelliklerin OCT tespiti, gelecekteki MACE11riskinin 6 kata kadar artmasıyla ilişkilendirilmiştir. Bununla birlikte, buna rağmen, anjiyografi ve OCT görüntülemenin hangi koroner plakların ilerleyeceğini ve sonuçta yırtılma veya aşındırılacağını tahmin etme yeteneği sınırlıdır, pozitif tahmin değerleri sadece% 20-% 308. Bu sınırlı tahmin yeteneği, hangi suçlu olmayan plakların tedavi etmek için klinik karar vermeyi engeller (örneğin, stenting ile)7,12.
Hasta faktörlerine ve plakların biyolojik özelliklerine ek olarak, koroner arterlerdeki biyomekanik kuvvetler de plak ilerlemesi ve instabilitesinin önemli belirleyicileridir13. Bu kuvvetlerin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine yardımcı olma sözünü gösteren bir teknik, akışkan yapısı etkileşimi (FSI)14 simülasyondur. Endotel kesme stresi olarak da adlandırılan duvar kesme stresi (WSS), koroner biyomekanik araştırması15için geleneksel bir odak noktası olmuştur WSS'nin ateroskleroz oluşumunda etiyolojik bir rol oynadığı genel bir anlayışla16. Ağırlıklı olarak hesaplamalı akışkan dinamiği (CFD) teknikleri kullanılarak simüle edilen düşük WSS bölgeleri, intimal kalınlaşma17, vasküler remodeling18 ve lezyon ilerlemesi tahmini19 ve gelecekteki MACE20ile ilişkilendirilmiştir. Bu analizlerdeki son gelişmeler, alttaki WSS vektör alanı topolojisi21ve çok yönlü özellikleri22, ateroskleroz riskinin sadece WSS büyüklüğüne göre daha iyi bir tahmincisi olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, WSS sadece lümen duvarındaki genel biyomekanik sisteme bir bakış yakalar ve görüntüleme yöntemleri gibi, hiç kimse biyomekanik metrik yüksek riskli aterosklerotik özellikleri güvenilir bir şekilde ayırt edilemez.
Ateroskleroz oluşumunda potansiyel olarak önemli olan diğer metrikler ortaya çıkıyor. İntralüminal akış özellikleri23, çeşitli endeksler24ile ölçülen sarmal akış ile, rahatsız akış desenlerini bastırarak ateroprotektif bir rol oynadığı önerilen25,26. CFD teknikleri bu akış özelliklerini analiz edebilir ve çok çeşitli yararlı sonuçlar sunabilirken, kan akışı, arter yapısı ve genel kalp hareketi arasındaki altta kalan etkileşimleri dikkate almaz. Dinamik sistemin sert bir duvara doğru basitleştirilmesi, lifli kapak stresi gibi potansiyel olarak kritik sonuçları kaçırır. CFD üzerinden FSI ihtiyacına karşı hem tartışma devam ederken27,28,29, birçok karşılaştırma ventrikül fonksiyonunun etkisini dahil etmeyi ihmal ediyor. Bu sınırlama, ventrikül fonksiyonunun etkisiyle artere uygulanan dinamik bükülme ve sıkıştırmanın plak ve arter yapısal stresinin yanı sıra WSS30 , 31,32gibi akış metriklerini önemli ölçüde etkileyebileceğini gösteren FSI ile aşılabilir. Yapısal gerilmeler ayrıca plak yırtığı33,34'ü analiz etmek ve tahmin etmek için önemli bir metrik olduğundan ve plak artışı14,35bölgeleriyle birlikte bulunması önerildi. Bu etkileşimleri yakalamak, koroner ortamın ve hastalığın ilerlemesinin potansiyel mekanizmalarının daha gerçekçi bir şekilde temsilini sağlar.
Bunu ele alarak, burada OCT görüntüleme36'dan hastaya özgü bir geometri geliştirme ve ticari bir sonlu eleman çözücü kullanarak bir arter FSI simülasyonunun kurulması ve çalıştırlanması sürecini özetliyoruz. Lümen, lipit ve dış arter duvarını manuel olarak çıkarma işlemi, hastanın atardamarının üç boyutlu hesaplamalı rekonstrüksiyonundan önce ayrıntılı olarak detaylandırıldır. Lezyon ilerlemesini belirlemek için simülasyon kurulumunu, kavramayı ve taban çizgisini karşılaştırma sürecini ve OCT görüntüleme parametrelerini takip ediyoruz. Son olarak, biyomekanik sonuçları lezyon ilerlemesi/gerilemesi ile karşılaştırarak sayısal sonuçların işlenme sonrası işlenmesini ve bu verilerin klinik açıdan nasıl bir ilgisi olabileceğini tartışıyoruz. Genel yöntem suçlu olmayan, hafif stenotik, Hipertansiyon, tip 2 diabetes mellitus, obezite (VKİ 32.6) ve ailesinde prematüre CAD öyküsü olan akut non-ST yüksekliği miyokard infarktüsü ile başvuran 58 yaşındaki Kafkas erkek hastanın sağ koroner arterinde (RCA) lipid bakımından zengin plaklar ilk kabulü sırasında yapıldı, ve 12 ay sonra devam eden bir klinik çalışmanın bir parçası olarak (COCOMO-ACS denemesi ACTRN12618000809235). Bu tekniğin daha da rafine edilebileceğini ve ilerleme riski yüksek olan koroner plakların tanımlanmasında kullanılabileceğini öngörüyoruz.

<table><tbody><tr><td>ANSYS Workbench (sürüm 19.0)</td><td>ANSYS</td><td></td><td>Ticari sonlu elemanlar çözücü</td></tr><tr><td>MATLAB (sürüm 2019b)</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Ticari programlama platformu</td></tr><tr><td>MicroDicom/ImageJ MicroDicom</td><td>/ImageJ</td><td></td><td>Açık Kaynak DICOM okuyucu</td></tr><tr><td>Visual Studio (sürüm 2019)</td><td>Microsoft</td><td></td><td>Ticari Tümleşik Geliştirme Ortamı</td></tr></tbody></table>

koroner ateroskleroz İlerlemesinin optik koherens tomografi tabanlı biyomekanik akışkan-yapı etkileşim analizi

Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression

Bu yazıda koroner vaskültürdeki aterosklerotik plağın biyomekanik analizi için eksiksiz bir iş akışı sunuyoruz. Küresel ölüm, morbidite ve ekonomik yükün önde gelen nedenlerinden biri olarak ateroskleroz ile ilerlemesini analiz etmenin ve tahmin etmenin yeni yollarına ihtiyaç vardır. Bu hesaplama yöntemlerinden biri, kan akışı ile arter/plak etki alanları arasındaki etkileşimi analiz etmek için sıvı yapısı etkileşiminin (FSI) kullanılmasıdır. In vivo görüntüleme ile birleştiğinde, bu yaklaşım her hastaya uyarlanabilir ve kararlı ve kararsız plaklar arasında ayrım yapılmasına yardımcı olabilir. İntravasküler Optik Koherens Tomografi (OCT) ve invaziv koroner anjiyografiden (ICA) yararlanarak üç boyutlu rekonstrüksiyon sürecini özetliyoruz. Arterin üç boyutlu hareketini çoğaltmak da dahil olmak üzere simülasyon için sınır koşullarının çıkarılması, kurulum ve analiz ticari bir sonlu eleman çözücüde yapılmadan önce tartışılır. Arter duvarının ve pulsatil kan hızının/basıncının son derece doğrusal olmayan hiperelastik özelliklerini tanımlama prosedürü, iki alan adı arasındaki sistem bağlantının kurulmasıyla birlikte özetlenmiştir. Miyokard enfarktüsü takip eden bir hastada suçlu olmayan, hafif stenotik, lipit bakımından zengin bir plağını analiz ederek işlemi gösteriyoruz. Sırasıyla duvar kesme stresi ve lokal normalleştirilmiş heliklik gibi aterosklerotik plak ilerlemesi ile ilgili kurulan ve ortaya çıkan belirteçler tartışılır ve arter duvarı ve plaktaki yapısal yanıtla ilgilidir. Son olarak, sonuçları potansiyel klinik alaka düzeyine çeviriyor, sınırlamaları tartışıyor ve daha fazla gelişme için alanları özetliyoruz. Bu makalede açıklanan yöntem, aterosklerotik ilerleme riski altındaki bölgelerin belirlenmesine yardımcı olmak için umut vaat ettiğini ve bu nedenle aterosklerozun önemli ölüm, morbidite ve ekonomik yükünün yönetilmesinde yardımcı olabileceğini göstermektedir.

Ateroskleroz ilerlemesinin hem yerleşik hem de gelişmekte olan biyomekanik belirteçleri için temsili sonuçlar sunulmuştur. WSS ve WSS türevi sonuçlar (zaman ortalamalı duvar kesme gerildirim (TAWSS) ve salınımlı kesme indeksi (OSI) dahil) gibi yerleşik ölçümler Şekil 10'dagörselleştirilmiştir. Kardiyak döngü üzerindeki duvar kesme stresi büyük ölçüde kan hızı tarafından yönlendirilir, ancak arter geometrisi ve hareketi / kasılması mekansal dağılımında önemli bir rol oynar. Bu, ATEROSKLEROZ o...

Miyokard enfarktüsü oluşmadan önce müdahaleye rehberlik etmek için koroner vaskültürde hangi aterosklerotik lezyonların ilerleyeceğini belirlemeye ihtiyaç vardır. Bu makalede, bu ilerlemeyi tahmin etmeye yardımcı olmak için ticari bir sonlu eleman çözücüsünde akışkan yapısı etkileşim teknikleri kullanılarak Optik Koherens Tomografisinden arterlerin biyomekanik modellemesi özetilmektedir.

Koroner Ateroskleroz İlerlemesinin Optik Koherens Tomografi Tabanlı Biyomekanik Akışkan-Yapı Etkileşim Analizi

In this paper, we present a complete workflow for the biomechanical analysis of atherosclerotic plaque in the coronary vasculature. With atherosclerosis ...

Ateroskleroz, küresel ölüm ve morbiditenin önde gelen nedenlerinden biridir ve çok yönlü ve karmaşık doğası, bununla başa çıkmak için multidisipliner bir yaklaşım yapar. Şimdi, görüntüleme siyah morfolojisini analiz etmek için güçlü bir araçtır, ancak henüz bize işin altında kalan mekanizmaları anlayabilir. İşte burada hesaplama simülasyonı devreye giriyor.Akışkanlar açısından bakıldığında, duvar kesme stresi intobio kan akışı gibi faktörlerin endotel hücre fonksiyonunu ve ateroskleroz oluşumunda yer alan yeni taşıma süreçlerini etkileyebileceğini biliyoruz. Ancak hastanın spesifik mekaniğini, akışkan yapısı etkileşim tekniklerini veya epizodik kısasını gerçekten anlamak için kan akışı, arter mekaniği ve genel kardiyak fonksiyon arasındaki etkileşimi simüle etmek için kullanılabilir. Ve bu metodoloji, bir hastanın koroner arterini optik koherens tomografisinden veya kısa ve invaziv anjiyografi için OCT'den mekanik olarak yeniden yapılandırarak ve biyo-simüle ederek bunu yapmak için bir yaklaşım sunar.Daha sonra klinik alaka düzey sonuçlarını ve görüntülemeyi takip etmek için karşılaştırmaları tartıştık. Şimdi, metodolojinin arkasındaki temeller sonlu eleman ve sonlu hacim yöntemler

optical-coherence-tomography-based-biomechanical-fluid-structure

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Koroner akım rezervi (CFR), miyokardiyal oksijen ihtiyacının değerlendirilmesi ve kardiyovasküler riskin değerlendirilmesi için yararlıdır. Bu çalışma, aort bantlamasının deneysel aşırı basınç yükü altında, farelerde koroner arterden ölçüldüğü şekliyle CFR'deki değişikliklerin uzunlamasına izlenmesi için adım adım transtorasik Doppler ekokardiyografik (TTDE) bir yöntem oluşturmaktadır.

Farelerde Basınç Aşırı Modeli Koroner Arter Akış ve Koroner Akım Rezervi Ultrason Dayalı Değerlendirme

Zararsız ve uzun-dönem için bir adım adım Protokolü vasküler remodeling ve gerçek zamanlı kültür iskele yıkımı biyobozunur polimer iskele tabanlı doku mühendisliği kan damarlarının pulsatil stimülasyon ile işlem izleme Optik koherens tomografi kullanılarak burada açıklanmıştır.

Geri dönüşlü optik koherens tomografi kullanarak parçalanabilir iskele tabanlı doku mühendisliği kan damarı gelişimi izleme

Mikrobiyal biyofilmler interfazlarda karmaşık mimariler oluşturur ve yüksek ölçekli-bağımlı uzamsal desenler halinde gelişirler. Burada, 3D optik koherens tomografisi (OCT) veri kümelerinin otomatik olarak edinimi için deneysel bir sistem (sert ve yazılım) sıyoruz. Bu araç seti, uzay ve zamanda biyofilm morfogenezinin non-invaziv ve çok ölçekli karakterizasyonuna olanak sağlar.

Büyük Uzamsal Ölçekler Üzerinde Biyofilm Morfogenezini Açıklamak için Otomatik 3D Optik Koherens Tomografisi

Bu protokol, aktif olarak kasıtlı bir kardiyak trabecula ex vivo'dansarkom, kalsiyum ve makroskopik geometrik verilerin bir koleksiyonunu sunar. Bu eşzamanlı ölçümler üç görüntüleme yönteminin entegrasyonu ile mümkün olmaktadır.

Kardiyak Trabeculae Ex Vivo'nun Eşzamanlı Brightfield, Floresan ve Optik Tutarlılık Tomografik Görüntülemesi

Heterojen yapısal ve mekanik aterosklerotik plak özelliklerini incelemek için bir mekano-görüntüleme boru hattı geliştirdik. Bu boru hattı, lokal baskın açının korelasyonunu ve kollajen lifi oryantasyonunun dağılımını, kopma davranışını ve fibröz plak dokusunun gerinim parmak izlerini sağlar.

Aterosklerotik Plak Fibröz Dokusunun Lokal Kollajen Yapısı ve Mekanik Özellikleri Arasındaki Korelasyonu İncelemek İçin Bir Yöntem

İn vivo cine intravasküler ultrason görüntüleri, farklı basınç yükleme koşullarına karşılık gelen koroner kesit hareketini gösterir. Sonlu elemanlar modeline dayalı olarak, hesaplamalı modelden ve tıbbi görüntülerden koroner hareketi eşleştirerek in vivo olarak koroner arterlerin hastaya özgü mekanik özelliklerini belirlemek için yinelemeli bir şema kullanıldı.

İnsan Koroner Arterinin İn Vivo Mekanik Özelliklerinin Ölçülmesi için İntravasküler Ultrason Görüntü Tabanlı Sonlu Elemanlar Modelleme Yaklaşımı 

Bu makalede, hücresel öz-montaj hücre kökenli doku halkaları oluşturmak için çok yönlü bir yöntem özetlemektedir. Düz kas hücreleri içine numaralı seribaşı halka şeklinde agaroz kuyuları agrega ve 7 gün içinde sağlam bir üç boyutlu (3D) dokular oluşturmak için sözleşme. Milimetre ölçekli doku halkaları mekanik test için elverişli ve doku montaj için yapı taşları olarak hizmet.

Hücresel Self-Meclis Biyomekanik Analizi ve Doku Mühendisliği, Hücre-Türetilmiş Doku Yüzüklerin Üretiyor yönelik

Photoacoustic oftalmoloji (PAOM), optik-soğurma tabanlı görüntüleme yöntemi, şu anda mevcut oftalmik görüntüleme teknolojileri retinanın tamamlayıcı değerlendirilmesini sağlar. Biz sıçanlarda eşzamanlı multimodal retina görüntüleme için spektral domain optik koherens tomografi (SD-OCT) ile entegre PAOM kullanılarak rapor.

Entegre Photoacoustic Oftalmoskopi ve Spektral-domain optik koherens tomografi

Otolog ve allojenik kemik greft implantasyonu önemli kraniofasial kemik kaybını tedavi yaklaşımları kabul teşkil. Oysa neovaskülarizasyon, hücre farklılaşması ve kemik oluşumu arasındaki etkileşime greft bileşiminin etkisi belirsizdir. Biz greft yakınlık anjiyogenez-osteogenesis bağımlılığın aydınlatmak için amaçlandığı multimodal görüntüleme protokol mevcut.

Bilgisayarlı Tomografi ve Osteogenezi-anjiyogenez bağlamalar Optik Görüntüleme Kranial Kemik Otogreftlerin ve allogreft Entegrasyon değerlendirmek için

Geçenlerde geliştirilen deneysel ve sayısal yöntemlerin yardımıyla eklem kıkırdağının genelinde Yüklü ve yüksüz moleküllerin taşınmasını araştırmak için bir protokol öneriyoruz.

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Keşfedin, OCT ve anjiyografi görüntüleme ile koroner arterleri yeniden yapılandırarak akışkan-yapı etkileşimi teknikleri kullanarak aterosklerotik lezyon ilerlemesini tahmin etme yöntemini. Bu biyomekanik modelleme, klinik müdahaleleri yönlendirmede değerli bilgiler sunar.

Koroner Ateroskleroz İlerlemesinin Optik Koherens Tomografi Tabanlı Biyomekanik Akışkan-Yapı Etkileşim Analizi

Daha fazla video keşfet