容器内ステントの展開中の壁の力学を監視する

Bioengineering

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Summary

ステントによって誘発される動脈のひずみ分布は、光学面のひずみ計測システムを用いて特徴付けられる。この可視化技術は、ホスト容器にステント移植の影響への洞察を得るために使用されています。

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Steinert, B. D., Zhao, S., Gu, L. Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel. J. Vis. Exp. (63), e3945, doi:10.3791/3945 (2012).

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Abstract

臨床試験は、様々なステントのデザイン1の別の再狭窄率を報告している。それは動脈壁にステント誘起歪の濃度が再狭窄2-7を開始する組織損傷につながることが推測されています。この仮説は、ステント移植後動脈の非均一ひずみ分布の優れた数量化を含む更な​​る調査が必要である。ステント動脈の非接触面のひずみ測定法は、この作品で提示されます。 ARAMISステレオ光学面のひずみ計測システムは、各基準点の動きをキャプチャするために2つの光高速カメラを使用しており、変形表面8,9を介して三次元の株を解決します。メッシュステントは、その外表面に噴霧または描かれたランダム対照的なパターンでラテックス容器にデプロイされると、表面のひずみは変形のあらゆる瞬間に記録されます。計算されたひずみ分布は、その後、LOを理解するために使用することができますCALの病変の応答は、計算モデルを検証し、in vivoでの研究更なるための仮説を定式化する。

Protocol

1。ラテックス容器の準備

  1. 頑丈なワークベンチに固定されているとげのあるホース接続にラテックス容器の両端を固定します。
  2. ビューのフィールドを決定するためにラテックス容器の上に関心領域を測定します。ステント試験の対象となる領域は有刺鉄線ホースコネクタの間を中心とし、ステント留置領域の外側の株を観察するためにステントの両側に約1インチを含める必要があります。
  3. 1有刺鉄線ホースコネクタの外側の端からもラテックス容器のほぼ中央にあるコネクタとの間の中心位置までの距離を記録します。カテーテルまでステントの中心から測定することにより、カテーテル上の距離を変換します。その後、マーカーの付いたカテーテルをマークします。
  4. とげのあるホースコネクタからラテックス容器を取り外します。
  5. 白と黒のスプレー塗料の確率パターンと関心のある領域を噴霧またはマークすることによって、ラテックス容器を準備します。永久的なマーカーを用いたランダムドットの関心領域。小さいサンプルと細かい確率パターンが必要になります。

ARAMISシステムの2 in vitroの試験システムとキャリブレーション

  1. ステップ1で測定された関心領域よりも若干大きいのキャリブレーションパネルを選択します。
  2. 興味のあるエリアで有刺鉄線ホースコネクタ間のキャリブレーションパネルを配置し、関心領域がよく点灯していることを確認してください。
  3. 二台のカメラ、サンプルからの距離や、選択したキャリブレーションパネルに基づいて、カメラの高さとの間の距離を調整します。各キャリブレーションパネルは異なりますのでARAMISのユーザマニュアルは、これらの距離を決定するために相談する必要があります。
  4. "新規プロジェクト"、次に "ファイル"を選択してARAMISで新しいプロジェクトを開きます。次の "センサー"タブをクリックし、 "キャリブレーション"を選択し、 "フルキャリブレーション"。
  5. ARAMISソフトウェアは、tをキャリブレーションする手順を通してユーザーを歩いていく彼のカメラ。
  6. 完全に開いてレンズの絞りを使用すると、カメラにセットスクリューを緩めて、レンズを回転させることにより、キャリブレーションパネルでカメラの焦点を合わせる。一度集中し、セットスクリューを締めと絞りを閉じます。
  7. キャリブレーションプロセスの最初の画像になります。画像は、コンピュータの画面に焦点を当てされるまで、コンピュータ上のデモに従ってキャリブレーションパネルを変位または回転させます。 2枚目の画像を。キャリブレーション画像の残りのために、このプロセスを繰り返します。
  8. 一度キャリブレーション画像のすべてが取られ、ARAMIS画像解析ソフトウェアは、キャリブレーションの設定を計算します。キャリブレーション偏差が0.04より大きい場合のキャリブレーションプロセスが繰り返されるべきである。カメラのフォーカスやカメラ間の距離に行われたすべての調整は、校正プロセスvoidをレンダリングします。
  9. キャリブレーションパネルを取り外し、有刺鉄線ホースコネクタに戻って塗装ラテックス容器を置きます。
過剰なバックグラウンドノイズを回避するためにタイトル "> 3。プリテスト

  1. テストのために望まれている1秒あたりのフレーム数を決定します。毎秒増加したフレームは、より均一なひずみの結果を生成します。
  2. 毎秒1未満のフレームにシャッタースピードを調整しない赤は、画像に表示されないようにします。
  3. 5枚を取る。
  4. 画像系列上のポイントを開始し、テストを計算に追加します。
  5. "CTRL"を押しながら、バックグラウンドノイズを観察する試料の中心をクリックします。プリテストノイズがmicrostrain 75を超えている場合は、キャリブレーションプロセスをやり直す必要があります。

4。ステント配置

  1. テスト中に取るように所望の画像の量を選択します。 200枚は、ステントの拡張のために十分であろう。
  2. 徐々にラテックス容器内にカテーテルを挿入し、それが中央の位置に達するまで、ステント挿入を案内するカテーテル上のマーカーインジケータを使用します。
  3. ARAMISで画像を撮影開始します。
  4. バルーン拡張型ステントでは、徐々にバルーンが完全に展開されるまで、ステント拡張するバルーンの圧力を増加し、次に徐々にゼロにバルーンの圧力を減少させ、バルーンが収縮し、カテーテルと一緒に撤回されています。
  5. ステントが完全に展開されるまで自己拡張型ステントでは、徐々にシースを除去してから、徐々にカテーテルを撤回。

5。画像解析

  1. 容器上の特定の点のひずみ履歴
    1. 興味のある領域に "Ctrl"キーを押しながらクリックして、ステージのポイントを作成します。
    2. X、Y、XY、主要なひずみ、マイナー株またはミーゼスひずみで必要に応じて、すなわち株である株の種類を選択します。
    3. 右下隅にあるプロットは、テストの期間に​​わたって選択された時点で歪みが表示されます。
  2. 船舶の特定のパスに沿って空間的な歪み
    1. CR"セクション"タブをクリックして多段ポイントラインをeateし、 "セクションを作成"。 YのX軸に画像の平行のラインを選択してはゼロに等しくなります。これはラインのステージポイントの数を作成します。
    2. 多段の行が作成された後に下の隅にあるプロットは、1プロット上の一連の行が表示されます。各行には、セクションの長さに沿って時間内の1つのインスタンスのひずみを表しています。
  3. 容器の膨張率と半径を分析するための最適なシリンダーを作成する
    1. 上部のツール·バーにして、 "最適なシリンダー"を "プリミティブ"を選択してください。
    2. 右側のツールバーにある "表面を介して選択し、"ツールを使用して、イメージの小さなセクションを選択します。
    3. ARAMISソフトウェアは、三次元ベストフィットシリンダーを生成します。
    4. 画像はその後ラテックス容器の直径が変動する様子を観察することを通じて、循環することができます。
  4. 間の距離を評価する二つの点
    1. "分析"タブの下に "距離をポイントツーポイント"をクリックします。
    2. 二つの点を選択することにより、分析のために望まれている画像上の長さを選択します。
    3. 画像は、その後時間をかけて2点間の距離の変化を観察することを通じて、循環することができます。

6。代表的な結果

ステントストラットが血管壁を外側に展開し、株は一般的にステント位置の周りに高くなります。 図1つの特定の時点ではバルーン拡張型ステントと同様に、主要なひずみ履歴の反動プロセスの間にひずみマッピングの例です。 図1の黒い点は、導管にこれらの基準点の変位をキャプチャし、追跡するために高速カメラで使用された基準点である。基準点の記録の動きに基づいて、ソフトウェアは次に導管の株または計算するために使用されます。ニューヨークの他のターゲットオブジェクト。また、最大主ひずみと呼ばれる主要な株は、次のように計算されます。

式(1)

それが移植されたステントは、血管の表面に不均一なひずみ分布につながったことは明らかである。これは、両端に制約のあるラテックス管とステントの網目構造からの反動の負荷によって説明することができます。この歪場は、 図1の一番下の画像に赤い十字マーカーによって識別されたステントリコイル、初期の段階に対応しています。特定のポイント10の主要なひずみ履歴曲線は、ステントの区別の段階を示した。バルーン拡張はバルーンのデフレーション後約10秒から12秒とステント反動から12と14秒の間で発生する発生します。

図1
図1。

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Discussion

ステレオ光学面のひずみ測定システムは、試料に接触することなく両方のインとアウトの平面運動のために変形し、表面上の局所ひずみを測定するために使用されています。このシステムは、表面の株を解決するための高精度で、各点の動きの正確な測定を構築するために表面に置いてランダム対照的なパターンの写真を撮るために2つの高速光学カメラを使用しています。

これは必須では対照的なパターンは、正確な測定を提供するために十分に十分な表面への付着を必要とすることに留意すべきである。さらに、標的サンプルエリアでは、まぶしさせずに、よく点灯するカメラ用の対照的なパターンの動きを区別する必要があります。それ以外の場合は、キャプチャされたグレア画像がvoidデータ領域を作成します。チューブに対して45度の角度で約で角度ラテックス容器の両端にある光源は、推奨されます。フラットスプレー式塗料ではなく、確率パターンの光沢塗装はまた、グレアの量を減らすのに役立ちます。

ここでは、異種のネイティブ容器に不均一なひずみマッピングをテストするために使用することができるモック容器を使用して、表面ひずみの測定プロトコルを提示します。 エクスビボネイティブ船の研究は、細胞活性を維持する生理的溶液中でインキュベートされます。一般的な黒のインクジェットスタイラスは、大地主 10でウサギの大腿動脈に使用されている実際の血管を染色するために使用することができます。この光学面のひずみ計測システムは、透明な窓を介して基準点の動きをキャプチャすることができます。血管の組織学的評価とex vivoでのネイティブ血管を用いた表面ひずみ測定では、ステント動脈の損傷メカニズムにより多くの洞察を提供します。本研究で示された三次元表面の株はまたどこかで歪みマップを取得するために拡張することができるさらに、数値解析を通じて、容器の厚さにわたってだけでなく、その内面を含む異種のテストサンプル。

提示ステレオ光学面のひずみ測定システムは、インとアウトオブプレーンの動きの両方に、実際に試料を非接触で高精度を持つすべての変形表面上に観察され、ローカル株をキャプチャして測定することができる非常にユニークな方法の一つである表面の。このような血管内超音波(IVUS)イメージングと同様にインフレテスト11,12のような他のひずみの測定システムと比較した。伝統的なインフレのテストは、テストの導管11に沿って平均歪みを得るために便利です。しかし、それはこの作品で光学面のひずみ測定システムによってキャプチャされた三次元局所歪みを提供することはできません。 IVUSエラストグラフィ12は、容器の断面全体に二次元の歪みマップを取得し、優れた保持することができます臨床応用の可能性。本研究で実証光学系は、特に不規則な表面上の三次元表面ひずみと変位、不規則な形状不均質体から生じるものを提供することにより、独自の利点があります。

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Disclosures

利害の衝突が宣言されません。

Acknowledgements

本研究では、米航空宇宙局(NASA)ネブラスカスペースグラント助成番号0926880の下で国立科学財団によって部分的にサポートされていました。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ARAMIS Camera System GOM: Optical Measuring Techniques
PALMAZ Genesis TRANSHEPATIC BILIARY STENT Cordis Corporation PG5910B Balloon-expandable stent
Z-MED Balloon Dilatation Catheter B. Braun Medical Inc. PDZ336 Balloon dilatation catheter

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References

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