Die Überwachung der Wand Mechanik Während der Entfaltung des Stents in einem Gefäß

Bioengineering

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Summary

Stent-induzierte arterielle Dehnungsverteilungen sind gekennzeichnet mit einer optischen Oberfläche Dehnungsmessung System. Diese Visualisierung Technik wird verwendet, um Einblicke in die Auswirkungen der Stentimplantation auf dem Host-Schiff zu gewinnen.

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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

Klinische Studien haben unterschiedliche Restenose Raten für verschiedene Stent-Designs 1 angegeben. Es wird spekuliert, dass Stent-induzierte Spannung Konzentrationen auf die Arterienwand zu Gewebeschäden, die Restenose 2-7 initiiert führen. Diese Hypothese bedarf weiterer Untersuchungen einschließlich einer besseren Quantifizierung von ungleichmäßiger Spannungsverteilung auf der Arterie nach einer Stentimplantation. Ein Nicht-Kontaktfläche Dehnungsmessung Methode für die Stent-Arterie wird in dieser Arbeit vorgestellt. ARAMIS Stereo optischen Oberfläche Dehnungsmessung System verwendet zwei optische High-Speed-Kameras, um die Bewegung eines jeden Bezugspunkt zu erfassen und zu lösen dreidimensionale Stämme über die Oberfläche verformt 8,9. Als ein Netz Stents in ein Gefäß mit einem Latex-zufällige kontrastierenden Musters aufgesprüht oder auf seiner äußeren Oberfläche gezogen bereitgestellt wird, wird die Oberfläche Stamm zu jedem Zeitpunkt der Verformung aufgezeichnet. Die berechneten Dehnungsverteilungen kann dann verwendet werden, um die lo verstehensche Läsion Reaktion, Validierung der Rechenmodelle und Hypothesen für weitere in-vivo-Studie.

Protocol

1. Herstellung des Latex Schiff

  1. Um beide Enden des Latex Schiff Schlauchanschluss Verbindungen, die auf einem stabilen Werkbank befestigt sind.
  2. Man misst die Fläche von Zinsen auf Latex Schiff das Blickfeld zu bestimmen. Der interessierende Bereich für einen Stent Test sollte zwischen den Widerhaken Schlauchanschlüsse zentriert werden und umfassen etwa einem Zoll auf jeder Seite des Stents, um die Stämme außerhalb der Stent-Bereich zu beobachten.
  3. Datensatz den Abstand von der äußeren Kante von einem Schlauchanschluss Stecker an der zentralen Stelle zwischen den Verbindern, die auch die ungefähre Mitte des Latex Behälter. Übersetzen der Abstand auf den Katheter durch die Messung von der Mitte des Stents bis der Katheter. Dann markieren Sie den Katheter mit einem Marker.
  4. Entfernen Sie das Gefäß Latex aus den Widerhaken Schlauchanschlüsse.
  5. Bereiten Sie die Latex-Schiff durch Besprühen der Bereich von Interesse mit einem stochastischen Muster aus weißen und schwarzen Sprühlack oder Kennzeichnungder interessierende Bereich mit zufälligen Punkten mit Filzstift. Für kleinere und feinere Muster stochastischen Muster ist nicht erforderlich.

2. In vitro Testsystem und Kalibrierung von ARAMIS-System

  1. Auswählen der Kalibriertemperatur Platte, die geringfügig größer als der Bereich von Interesse in Schritt 1 gemessen wird.
  2. Legen Sie die Kalibrierung Panel zwischen den Widerhaken Schlauchanschlüsse auf dem Gebiet von Interesse und sicherzustellen, dass der interessierende Bereich gut beleuchtet ist.
  3. Den Abstand zwischen zwei Kameras, die Entfernung von der Probe und der Kamera auf der Höhe Kalibrierfeld ausgewählt wurden. Jede Kalibrierung Panel ist anders, daher ist das ARAMIS Bedienungsanleitung müssen konsultiert werden, um diese Entfernungen zu bestimmen.
  4. Öffnen Sie ein neues Projekt in ARAMIS, indem Sie "Datei", dann "Neues Projekt". Anschließend klicken Sie auf der "Sensor" und wählen Sie "Kalibrierung", dann "Full Calibration".
  5. Das ARAMIS-Software wird nun zu Fuß den Benutzer durch die Schritte, um t kalibrieren er Kameras.
  6. Mit der Blende vollständig geöffnet ist, konzentrieren sich die Kamera auf dem Panel-Kalibrierung durch Lösen der Stellschraube an der Kamera und drehen Sie das Objektiv. Einmal scharfgestellt, ziehen Sie die Stellschraube und schließen Sie die Blende.
  7. Nehmen Sie das erste Bild von der Kalibrierung. Verschieben oder Drehen der Kalibrierung Platte nach der Demonstration auf dem Computer, bis das Bild auf dem Bildschirm fokussiert wird. Nehmen Sie das zweite Bild. Wiederholen Sie diesen Vorgang für den Rest der Kalibrierung Bilder.
  8. Wenn alle der Kalibrierung aufgenommenen Bilder sind, wird die Bildanalyse-Software ARAMIS berechnen die Kalibrierungseinstellungen. Die Kalibrierung wiederholt, wenn die Kalibrierung Abweichung größer als 0,04 ist. Etwaige Anpassungen vorgenommen, um den Fokus der Kamera oder der Abstand zwischen Kameras machen die Kalibrierung ungültig.
  9. Entfernen Sie die Kalibrierung Panel und legen Sie die bemalten Latex Schiff wieder auf den gezackten Schlauchanschlüsse.
Titel "> 3. Pretest zu Übermäßige Hintergrund Lärm zu vermeiden

  1. Bestimmen Sie die Anzahl der Frames pro Sekunde, die für den Test gewünscht wird. Erhöhte Bildern pro Sekunde produziert gleichmäßigere Belastung ergibt.
  2. Stellen Sie die Verschlusszeit auf weniger als 1 Bild pro Sekunde und damit kein Rot auf dem Bild angezeigt wird.
  3. Nehmen Sie sich 5 Bilder.
  4. Fügen Sie starten Punkten auf der Bildserien und berechnen Sie den Test.
  5. Halten Sie "Strg", auf der Mitte der Probe klicken, um die Hintergrundgeräusche zu beobachten. Wenn der Vortest Lärm über 75 Mikrodeformation die Kalibrierung Prozess muss wiederholt werden.

4. Stententfaltung

  1. Wählen Sie die gewünschte Anzahl der Bilder während der Prüfung zu nehmen. 200 Bilder werden für die Expansion des Stents genügen.
  2. Nach den Katheter in den Latex Gefäß und mit dem Marker-Anzeige auf dem Katheter, um die Insertion des Stents zu leiten, bis sie die zentrale Stelle erreicht.
  3. Fangen Sie an, Bilder mit ARAMIS.
  4. Für den Ballon-expandierbaren Stent, schrittweise Erhöhung der Ballondruck zu erweitern Stent, bis der Ballon vollständig ausgedehnt ist, dann allmählich verringert den Druck des Ballons auf Null und der Ballon wird entleert und zusammen mit dem Katheter zurückgezogen.
  5. Für des selbst-expandierenden Stent, nach und nach beseitigt die Hülle, bis der Stent vollständig expandiert wird; dann allmählich zurückgezogen des Katheters.

5. Bilder-Analyse

  1. Der Stamm der Geschichte eines bestimmten Punktes auf dem Schiff
    1. Erstellen Sie eine Bühne, durch Drücken der "Strg"-Taste und Mausklick auf den Bereich von Interesse.
    2. Wählen Sie den Stamm, die erwünscht ist, dh Stamm in der X, Y, XY, Hauptformänderung, Nebenformänderung oder Mises-Stamm.
    3. Das Grundstück in der rechten unteren Ecke zeigt die Belastung an der Stelle, über die Dauer des Tests ausgewählt.
  2. Räumliche Stamm entlang einer bestimmten Bahn des Schiffes
    1. Create ein mehrstufiges Punkte-Linie durch Klicken auf die "Abschnitte", dann "schaffen Abschnitt". Internationale Linie auf dem Bild parallel zu der X-Achse mit Y gleich Null ist. Dies wird eine Reihe von Punkten der Bühne in einer Linie.
    2. Nach dem mehrstufigen Linie erstellt wird die Handlung in der unteren Ecke wird eine Reihe von Linien auf einem Grundstück anzuzeigen. Jede Zeile repräsentiert die Spannung an einem Fall in der Zeit entlang der Länge des Abschnitts.
  3. Erstellen einer Best-Fit-Zylinder zu Expansionsrate und Radius des Schiffes zu analysieren
    1. In der oberen Menüleiste wählen Sie "Primitiven", dann "Best-Fit-Zylinder".
    2. Wählen Sie einen kleinen Ausschnitt des Bildes mit der "Auswahl durch Fläche"-Tool auf der rechten Werkzeugleiste.
    3. Das ARAMIS-Software generiert eine dreidimensionale Best-Fit-Zylinder.
    4. Die Bilder können dann wieder eingeschaltet werden durch zu beobachten, wie der Durchmesser des Latex Behälter variiert.
  4. Auswertung der Abstand zwischenzwei Punkte
    1. Unter der "Analyse"-Registerkarte, klicken Sie auf "Punkt zu Punkt Abstand".
    2. Internationale Länge auf das Bild, die für die Analyse durch die zwei Punkte gewünscht wird.
    3. Die Bilder können dann wieder eingeschaltet werden durch die Änderung des Abstands zwischen den beiden Punkten im Laufe der Zeit zu beobachten.

6. Repräsentative Ergebnisse

Die Stentstreben erweitern die Gefäßwand nach außen, wird im Allgemeinen höher sein Stämmen rund um Stents Standort. Abbildung 1 ist ein Beispiel für Stamm-Mapping während der Rückstoß Prozess der Ballon-Stent, sowie große Belastung Geschichte an einem bestimmten Punkt. Die schwarzen Punkte in Abbildung 1 sind Bezugspunkte, die von den High-Speed-Kameras verwendet wurden, zu erfassen und zu verfolgen, die Verschiebungen dieser Referenzpunkte auf der Leitung. Basierend auf den erfassten Bewegung der Bezugspunkte, die Software wird dann verwendet, um die Stämme von der Leitung oder ein zu berechnenny andere zielgerichtete Objekt. Wichtige Stamm, der auch als der maximale Hauptspannung bezeichnet wird, wird wie folgt berechnet:

Gleichung 1

Es ist klar, dass die implantierten Stents zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung auf dem Schiff Oberfläche geführt. Dies könnte durch den Rückstoß beim Laden von Enden-Latex eingeschränkt Leitung und der Netzstruktur des Stents erläutert. Dieser Stamm Feld entspricht der Anfangsphase der Stent Rückstoß, wie von der Rot-Kreuz-Marker in der unteren Bild von Abbildung 1 identifiziert. Der große Stamm-Geschichte Kurve von einem bestimmten Punkt 10 demonstriert unterscheidbare Stadien der Stent-Implantation. Die Expansion des Ballons tritt von etwa 10 bis 12 Sekunden und Stent Rückstoß nach dem Entleeren des Ballons tritt zwischen 12 und 14 Sekunden.

1
Abbildung 1.

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Discussion

Der Stereo-optischen Oberfläche Dehnungsmessung System wird verwendet, um die lokalen Stämme über die Oberfläche verformt sowohl für die in-und out-of-Plane-Bewegungen zu messen, ohne Kontakt mit der Probe. Dieses System verwendet zwei optischen Hochgeschwindigkeits-Kameras Bilder von einem zufälligen Muster kontrastierender indem auf der Oberfläche, genaue Messungen der Bewegung jedes Punkts zu konstruieren, mit einer hohen Genauigkeit zu lösen Oberflächenspannungen zu nehmen.

Es sei darauf hingewiesen, dass die erforderliche kontrastierenden Musters an der Oberfläche ausreichend genug, um genaue Messungen zur Verfügung stellen müssen werden. Darüber hinaus brauchen die gezielte Probe-Bereich gut beleuchtet sein, ohne zu blenden, für die Kameras die Bewegungen des kontrastreichen Muster zu unterscheiden. Andernfalls werden die aufgenommenen Bilder zu erstellen Blendung nichtig Daten Regionen. Zwei Lichtquellen, die an gegenüberliegenden Enden des Latex Behälter, in etwa bei 45 Grad-Winkel relativ zu dem Schlauch abgewinkelt wird empfohlen. Eine flache Sprühfarbe eher als einLack für die stochastische Muster wird auch dazu beitragen, die Menge der Verringerung der Blendung.

Hier stellen wir ein Protokoll der Oberfläche Stamm Messungen mit einem verspottet Gefäß, das verwendet werden, um die ungleichmäßige Belastung Zuordnung auf dem heterogenen nativen Behälter testen könnte. Ex-vivo-Studie nativen Schiffe in physiologischer Lösung inkubiert werden, um die zelluläre Aktivität zu erhalten. Der gemeinsame schwarzen Stift Inkjet verwendet werden, um eine echte Blutgefäßen, die auf der Femoralarterie von Kaninchen wurde durch Squire et al 10 verwendet zu färben. Diese optische Oberfläche Dehnungsmessung System könnte dann erfassen die Bewegung der Bezugspunkte durch transparente Fenster. Randfaserdehnung Messungen mit Ex-vivo-nativen Gefäße mit histologischen Beurteilung der Gefäße wird mehr Einblick auf den Mechanismus der Verletzung gestenteten Arterie bieten. Die dreidimensionale Oberfläche Stämme in dieser Arbeit gezeigt, kann auch erweitert, um die Belastung Karte dar erhaltendie heterogene Probe einschließlich der Innenfläche als auch über die Dicke des Gefäßes durch weitere numerische Analyse.

Das vorgestellte Stereo optischen Oberfläche Dehnungsmessung System ist eines der sehr einzigartige Methoden, die Erfassung und Messung der lokalen Stämme über die ganze Oberfläche beobachtet verformen kann, ohne wirklich auf die Probe und mit hoher Genauigkeit sowohl für die in-und out-of-Plane-Bewegungen der Oberfläche. Es wurde mit anderen Dehnungsmessung Systeme wie intravaskulären Ultraschall (IVUS), sowie die Inflation Test 11,12 verglichen. Die traditionelle Inflation Test ist nützlich für den Erhalt der gemittelte Belastung entlang der Leitung 11 Test, aber es kann nicht die dreidimensionale lokale Belastung durch die optische Oberfläche Dehnungsmessung System in dieser Arbeit erfasst. Die IVUS Elastographie 12 könnte die zweidimensionale Karte Stamm über den gesamten Querschnitt des Gefäßes zu erhalten, und halten großePotenzial für die klinische Anwendung. Das optische System in dieser Arbeit gezeigt hat seinen einzigartigen Vorteil, indem sie dreidimensionale Oberfläche Spannungen und Verschiebungen auf unebenen Flächen, insbesondere aus der unregelmäßigen Formen oder inhomogenen Körpern.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgements

Diese Studie wurde teilweise durch die NASA Weltraum Nebraska Grant und National Science Foundation unter dem Förderkennzeichen 0926880 Nr. unterstützt.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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