Monitoraggio dei Mechanics parete durante la distribuzione stent in un recipiente

Bioengineering

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Summary

Stent indotte distribuzioni deformazione arteriosi sono caratterizzati usando un sistema ottico ceppo superficie di misurazione. Questa tecnica di visualizzazione è utilizzato per acquisire conoscenze in merito all'impatto della impianto di stent a bordo della nave host.

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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

Gli studi clinici hanno riportato tassi di restenosi differenti per vari modelli di stent 1. Si dice che stent indotti concentrazioni di sforzo sulla parete arteriosa portare a lesioni del tessuto, che avvia restenosi 2-7. Questa ipotesi richiede ulteriori indagini compresi meglio quantificazioni di distribuzione non uniforme di deformazione sulla arteria dopo l'impianto dello stent. Un non-contatto ceppo metodo di superficie di misurazione per l'arteria stent viene presentato in questo lavoro. Stereo ARAMIS superficie ottica sistema ceppo di misura utilizza due telecamere ottiche ad alta velocità per catturare il movimento di ciascun punto di riferimento, e risolvere i tre ceppi tridimensionali sulla superficie deformante 8,9. Come stent maglia viene distribuito in un recipiente lattice con un modello casuale contrastante spruzzato o disegnato sulla sua superficie esterna, il ceppo superficie viene registrato in ogni istante della deformazione. Le distribuzioni deformazione calcolati possono quindi essere utilizzate per comprendere la lorisposta lesione CAL, validare i modelli computazionali, e di formulare ipotesi per un ulteriore studio in vivo.

Protocol

1. Preparazione della nave Latex

  1. Fissare entrambe le estremità della nave lattice di connessione del tubo spinato, che sono fissati su un banco di lavoro robusto.
  2. Misurare l'area di interesse su nave lattice per determinare il campo di vista. L'area di interesse per un test stent dovrebbe essere centrato tra i connettori flessibile dentato e comprendono circa un pollice su ciascun lato dello stent per osservare i ceppi di fuori dell'area stent.
  3. Registrare la distanza dal bordo esterno di un connettore flessibile dentato alla posizione centrale tra i connettori, che è anche il centro approssimativo del vaso lattice. Tradurre la distanza sul catetere misurando dal centro dello stent il catetere. Quindi contrassegnare il catetere con un pennarello.
  4. Rimuovere la nave lattice dai connettori tubo spinato.
  5. Preparare la nave lattice spruzzando l'area di interesse con un modello stocastico di vernici spray bianco e nero o marcatural'area di interesse con puntini casuali usando pennarello indelebile. Per i campioni più piccoli e più sottile del modello stocastico è richiesto.

2. Sistema di test in vitro e taratura del sistema ARAMIS

  1. Selezionare il pannello di calibrazione che è leggermente più grande dell'area di interesse misurata nel passaggio 1.
  2. Posizionare il pannello di calibrazione tra i connettori tubo spinato nella zona di interesse e assicurare che l'area di interesse è ben illuminata.
  3. Regolare la distanza tra due telecamere, la distanza dal campione, e l'altezza telecamera basato sul pannello di calibrazione selezionata. Ogni pannello di taratura è diversa, quindi il manuale d'uso ARAMIS dovrà essere consultato per determinare queste distanze.
  4. Aprire un nuovo progetto in ARAMIS selezionando "File", poi "New Project". Successivamente clicca sulla scheda "Sensor" e selezionare "Calibration", quindi "Calibration Full".
  5. Il software ARAMIS ora a piedi l'utente attraverso i passi per calibrare t egli telecamere.
  6. Con l'apertura del diaframma completamente aperto, mettere a fuoco la fotocamera nel pannello di calibrazione svitando la vite di regolazione della fotocamera e ruotando l'obiettivo. Una volta focalizzato, riavvitare la vite di fermo e chiudere l'apertura.
  7. Prendere la prima immagine del processo di calibrazione. Spostare o ruotare il pannello di calibrazione secondo la dimostrazione del computer, fino a quando l'immagine viene focalizzata sullo schermo del computer. Prendere la seconda immagine. Ripetere la procedura per il resto delle immagini di calibrazione.
  8. Una volta che tutte le immagini di calibrazione vengono adottate, l'analisi ARAMIS software di imaging calcolerà le impostazioni di calibrazione. Il processo di calibrazione deve essere ripetuto se la deviazione di calibrazione è superiore a 0,04. Eventuali modifiche apportate per la messa a fuoco della fotocamera o la distanza tra le telecamere renderà il vuoto processo di calibrazione.
  9. Rimuovere il pannello di calibrazione e porre il recipiente dipinto lattice indietro sui connettori del tubo flessibile spinato.
titolo "> 3. Pretest per evitare un rumore eccessivo di fondo

  1. Determinare il numero di fotogrammi al secondo che è desiderata per la prova. L'aumento dei fotogrammi al secondo produrrà risultati ceppo più uniformi.
  2. Regolare la velocità dell'otturatore a meno di 1 fotogramma al secondo e così rossa che non viene visualizzata l'immagine.
  3. Prendere 5 immagini.
  4. Aggiungi iniziare punti sulla serie di immagini e calcolare il test.
  5. Tenendo premuto "ctrl", cliccare al centro del campione per osservare il rumore di fondo. Se il pretesto rumore è superiore al 75 microdeformazioni il processo di calibrazione deve essere rifatto.

4. Deployment stent

  1. Selezionare la quantità di immagini desiderate per prendere durante la prova. 200 immagini sarà sufficiente per l'espansione dello stent.
  2. Gradualmente inserire il catetere nel vaso lattice, e usando l'indicatore marcatore sul catetere per guidare l'inserimento dello stent fino a raggiungere la posizione centrale.
  3. Cominciare a prendere le immagini con ARAMIS.
  4. Per il palloncino espandibile stent, aumentare gradualmente la pressione palloncino per espandere stent finché il palloncino è completamente espansa; poi gradualmente diminuire la pressione del pallone a zero e il pallone viene sgonfiato ed estratto con il catetere.
  5. Per lo stent auto-espandenti, rimuovere la guaina gradualmente finché lo stent è completamente espanso; poi gradualmente ritrarre il catetere.

5. Analisi di Immagini

  1. Storia ceppo di un punto specifico sulla nave
    1. Creare un punto di stage tenendo premuto il tasto "ctrl" e cliccando sull'area di interesse.
    2. Selezionare il tipo di ceppo che si desidera, cioè nel ceppo X, Y, XY, lo sforzo maggiore, minore sforzo, o sforzo Mises.
    3. Il grafico in basso a destra verrà visualizzato il ceppo nel punto selezionato per tutta la durata del test.
  2. Deformazione spaziale lungo un percorso specifico della nave
    1. Create una linea punto multistadio facendo clic sulla scheda "sezioni", quindi "creare la sezione". Selezionare una riga sul parallelo dell'immagine all'asse X a Y è uguale a zero. Questo creerà un certo numero di punti di stage in una linea.
    2. Dopo la linea multistadio viene creata la trama nell'angolo in basso mostrerà una serie di linee su un grafico. Ciascuna linea rappresenta la deformazione in un caso nel tempo lungo la lunghezza della sezione.
  3. Creazione di un cilindro più adatta per analizzare tasso di espansione e raggio della nave
    1. Nella barra degli strumenti in alto selezionare "primitivi", quindi "cilindro best fit".
    2. Selezionare una piccola sezione della immagine utilizzando lo strumento "seleziona attraverso la superficie" nella barra degli strumenti di destra.
    3. Il software ARAMIS genererà un tre cilindri dimensionale best fit.
    4. Le immagini possono poi attraverso cicli di osservare come il diametro del vaso lattice è variabile.
  4. Valutare la distanza tradue punti
    1. Sotto il click "analisi" scheda sul "punto a punto a distanza".
    2. Selezionare una lunghezza sull'immagine che è desiderato per l'analisi selezionando due punti.
    3. Le immagini possono poi attraverso cicli per osservare la variazione di distanza tra i due punti nel tempo.

6. Risultati rappresentativi

I puntoni dello stent espandersi verso l'esterno della parete vascolare, ceppi sarà generalmente superiore intorno posizione stent. Figura 1 è un esempio di mappatura deformazione durante il processo di rinculo palloncino espandibile stent, così come la storia ceppo principale in un punto specifico. I punti neri in figura 1 sono punti di riferimento, che sono stati utilizzati dalle telecamere ad alta velocità per catturare e monitorare gli spostamenti di questi punti di riferimento sul condotto. Sulla base del movimento registrato di punti di riferimento, il software sarà poi utilizzato per calcolare i ceppi del condotto o unny altro oggetto di mira. Ceppo maggiore, anche denominato deformazione massima principale, viene calcolato come segue:

Equazione 1

È chiaro che lo stent impiantato portato a distribuzione non uniforme deformazione sulla superficie nave. Questo potrebbe essere spiegato con il carico da rinculo-estremità vincolata condotto lattice e la struttura della maglia dello stent. Questo campo di deformazione corrisponde alla fase iniziale di rinculo stent, come identificato dal marcatore croce rosso dell'immagine inferiore della figura 1. Il principale ceppo storia curva di un punto specifico 10 dimostrato fasi distinguibili di impianto dello stent. L'espansione pallone si verifica da circa 10 a 12 secondi e un recoil dello stent dopo lo sgonfiamento del pallone si verifica tra i 12 ei 14 secondi.

Figura 1
Figura 1.

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Discussion

Il sistema ottico stereo ceppo superficie di misurazione viene utilizzato per misurare le deformazioni locali sulla superficie deformando per entrambi i in e fuori dal piano movimenti senza contattare il campione. Questo sistema utilizza due telecamere ottiche ad alta velocità per scattare foto di un pattern casuale contrasto mettere sulla superficie di costruire misurazioni accurate del moto di ogni punto, con una elevata precisione di risolvere i ceppi di superficie.

Si noti che il modello richiesto contrasto necessario aderisce alla superficie sufficientemente abbastanza per fornire misure accurate. Inoltre, la zona campione mirato necessario essere ben illuminati, senza abbagliamento, per le telecamere per distinguere i movimenti di questa forma di contrasto. In caso contrario, le immagini catturate abbagliamento creerà aree dati vuoto. Due fonti luminose, alle estremità opposte della nave lattice, angolato di approssimativamente 45 gradi rispetto al tubo è raccomandato. Una vernice spray piatto piuttosto che unvernice lucida per il modello stocastico aiuterà anche a ridurre la quantità di abbagliamento.

Presentiamo qui un protocollo di misure di deformazione superficiale utilizzando un recipiente deriso, che potrebbe essere usata per testare la mappatura deformazione non uniforme sulla nave eterogeneo nativo. Ex vivo nativo navi studio verranno incubate in soluzione fisiologica per mantenere l'attività cellulare. Lo stilo comune getto d'inchiostro nero può essere utilizzato per colorare un sistema vascolare reale, che è stato usato l'arteria femorale di coniglio da Squire et al 10. Questo sistema ottico ceppo superficie di misura potrebbe quindi catturare il movimento dei punti di riferimento attraverso la finestra trasparente. Misure di deformazione superficiale che utilizzano le navi ex vivo nativi con le valutazioni istologiche delle navi forniranno un quadro più chiaro il meccanismo di lesione dell'arteria stent. I tre ceppi di superficie tridimensionali dimostrato in questo lavoro può anche essere esteso per ottenere la mappa in qualsiasi ceppoil campione eterogeneo compresa la sua superficie interna, nonché attraverso lo spessore del recipiente attraverso ulteriori analisi numerica.

Il presentato stereo ottico ceppo sistema misurazione è uno dei metodi molto particolari che possono catturare e misurare i ceppi locali osservate su tutta la superficie deformazione senza effettivamente contattare il campione e con elevata precisione sia per i in e fuori dal piano moti di superficie. Esso è stato confrontato con altri sistemi di misura di deformazione come ultrasuoni intravascolari (IVUS) imaging nonché prova gonfiaggio 11,12. Il test gonfiaggio tradizionale è utile per ottenere il ceppo mediata lungo il test condotto 11, ma essa non può fornire tre deformazione locale dimensionale catturato dal sistema di misurazione ottica superficie deformazione in questo lavoro. L'elastografia IVUS 12 potrebbe ottenere la mappa ceppo due dimensioni in tutta la sezione trasversale della nave, e tenere grandepotenziale per l'applicazione clinica. Il sistema ottico ha dimostrato in questo lavoro ha il suo vantaggio unico, fornendo tre ceppi di superficie tridimensionale e degli spostamenti su superfici irregolari, in particolare quelle derivanti da forme irregolari o enti non omogenei.

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Disclosures

Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.

Acknowledgements

Questo studio è stato sostenuto in parte dal Nebraska NASA Space Grant e National Science Foundation sotto Grant No. 0926880.

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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