Monitoring van de Muur Mechanics Tijdens stent in een bloedvat

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Stent geïnduceerde arteriële vervormingen gekenmerkt met een optische oppervlak stam meetsysteem. Deze visualisatie techniek wordt gebruikt om inzicht te krijgen in de impact van de implantatie van de stent op de host schip.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Klinische studies hebben gemeld verschillende restenose tarieven voor diverse stent ontwerpen 1. Er wordt gespeculeerd dat stent-geïnduceerde stam concentraties op de slagaderwand leiden tot weefselbeschadiging, die restenose 2-7 initieert. Deze hypothese moet nader onderzoek inbegrip van een betere kwantificering van de niet-uniforme belasting distributie op de slagader na stent implantatie. Een non-contact oppervlak stam meetmethode voor het gestente slagader wordt gepresenteerd in dit werk. ARAMIS stereo optisch oppervlak stam meetsysteem maakt gebruik van twee optische high speed camera's om de beweging van elk referentiepunt vast te leggen, en drie dimensionale stammen op te lossen over de vervorming van het oppervlak 8,9. Als mesh stent wordt ingezet in een latex vat met een willekeurig patroon contrasterende gespoten of getrokken op het buitenoppervlak is de oppervlakte spanning opgenomen op elk moment van de vervorming. De berekende vervormingen kan dan worden gebruikt om de lo begrijpencal laesie respons, validatie van de computationele modellen en hypothesen formuleren voor de verdere in-vivo-studie.

Protocol

1. Voorbereiding van de Latex Schip

  1. Plaats beide uiteinden van de latex vaartuig weerhaken slangverbindingen, die zijn bevestigd op een stevige werkbank.
  2. Meet de oppervlakte van de rente op latex schip naar het gezichtsveld te bepalen. Het gebied van belang voor een stent test het midden tussen de weerhaken slangaansluitingen en omvatten ongeveer een inch aan weerszijden van de stent om de stammen buiten het gestente gebied nemen.
  3. Neem de afstand van de buitenrand van een weerhaken slangaansluiting het midden gelegen tussen de aansluitingen, die ook ongeveer het midden van de latex vaartuig. Vertaling de afstand op de katheter door het meten van het centrum van de stent de catheter. Markeer vervolgens de katheter met een marker.
  4. Verwijder de latex schip uit de prikkeldraad slangaansluitingen.
  5. Bereid de latex schip door spuiten op het gebied van belang met een stochastisch patroon van witte en zwarte verf of markeringhet gebied van belang met willekeurige stippen met behulp van permanent marker. Voor kleinere monsters en fijnere stochastische patroon is vereist.

2. In vitro testsysteem en kalibratie van ARAMIS System

  1. Kies de kalibratie paneel iets groter is dan het gebied van belang gemeten in stap 1.
  2. Plaats de kalibratie paneel tussen de prikkeldraad slangaansluitingen op het gebied van belang en zorgen ervoor dat het gebied van belang goed verlicht is.
  3. De afstand tussen twee camera, de afstand van het monster en de camera hoogte gebaseerd op de gekozen kalibratie paneel. Elke kalibratie paneel is anders, daarom heeft het ARAMIS handleiding zal moeten worden geraadpleegd om deze afstanden te bepalen.
  4. Open een nieuw project in ARAMIS door te kiezen voor "Bestand", vervolgens "New Project". Klik vervolgens op de "Sensor" tabblad en selecteer "Kalibratie" en vervolgens "Full Calibration".
  5. De ARAMIS software zal de gebruiker nu lopen door de stappen om t te kalibreren hij camera's.
  6. Met het diafragma volledig open, de focus van de camera op de kalibratie paneel door het losdraaien van de stelschroef op de camera en het draaien van de lens. Eenmaal geconcentreerd, draai de schroeven los en sluit het diafragma.
  7. Neem het eerste beeld van de kalibratie. Verplaats of draai de kalibratie-paneel op basis van de demonstratie op de computer, tot het beeld is gericht op het computerscherm. Neem de tweede afbeelding. Herhaal dit voor de rest van de kalibratie beelden.
  8. Zodra alle van de kalibratie opnames worden gemaakt, zal de ARAMIS beeldvorming analyse software berekent de kalibratie-instellingen. De kalibratie proces moet herhaald worden indien de kalibratie afwijking groter is dan 0,04. Eventuele aanpassingen gedaan om de focus van de camera of de afstand tussen de camera's maken het kalibratie proces ongeldig.
  9. Verwijder de kalibratie-paneel en plaats de geschilderde latex schip op de prikkeldraad slangaansluitingen.
titel "> 3. Pretest te veel achtergrond ruis te voorkomen

  1. Bepaal het aantal frames per seconde dat gewenst is voor de test. Verhoogde frames per seconde zal meer uniforme stam resultaten.
  2. Stel de sluitertijd tot minder dan 1 frame per seconde en zodat er geen rood wordt weergegeven op de afbeelding.
  3. Take 5 beelden.
  4. Voeg beginnen punten op de afbeelding-serie en bereken de test.
  5. Terwijl "ctrl", klik op het midden van het monster aan het achtergrondgeluid te observeren. Als de pretest geluid is meer dan 75 microvervorming de kalibratie proces moet worden overgedaan.

4. Stent Deployment

  1. Kies het aantal beelden gewenst tijdens de test. 200 beelden is voldoende voor de stent expansie.
  2. Geleidelijk katheter in het vat latex, en met de marker indicator op de katheter om de stent leiden tot aan de centrale locatie.
  3. Begin het nemen van beelden met ARAMIS.
  4. Voor de ballon-expandeerbare stent, geleidelijk de ballon druk uit te breiden stent totdat de ballon is volledig uitgevouwen, geleidelijk de druk van de ballon naar nul te dalen en de ballon wordt opgeblazen en teruggetrokken samen met de katheter.
  5. Voor de zelf-stent, geleidelijk op te heffen de schede tot de stent volledig is uitgebreid; dan geleidelijk terug te trekken van de katheter.

5. Afbeeldingen Analyse

  1. Strain geschiedenis van een specifiek punt op het schip
    1. Maak een etappe door de "ctrl" toets ingedrukt en klik op het gebied van belang.
    2. Selecteer het type stam die gewenst is, bijvoorbeeld druk in de X, Y, XY, grote druk, kleine spanning of Mises stam.
    3. De plot in de rechterbenedenhoek geeft de stam op het punt geselecteerd over de duur van de test.
  2. Ruimtelijke rek langs een bepaalde baan van het vaartuig
    1. CrEATE een meertraps punt lijn door te klikken op de "afdelingen" tab, dan op "maak sectie". Kies een lijn op het beeld evenwijdig aan de X-as op Y gelijk is aan nul. Dit zal een aantal van de derde fase punten in een lijn.
    2. Na de meertraps lijn is gemaakt van de plot in de onderste hoek zal een reeks van lijnen op een perceel. Elke lijn geeft de spanning op een bijvoorbeeld in de tijd over de lengte van de sectie.
  3. Het creëren van een best passende cilinder voor de uitbreiding snelheid en de straal van het schip te analyseren
    1. In de bovenste werkbalk selecteert u "primitieven", dan "best fit cilinder".
    2. Selecteer een klein gedeelte van het beeld met behulp van de "te selecteren door middel van het oppervlak" tool op de juiste tool bar.
    3. De ARAMIS software zal een drie-dimensionale best fit cilinder.
    4. De beelden kan dan fietsen door te zien hoe de diameter van de latex vaartuig varieert.
  4. Het evalueren van de afstand tussentwee punten
    1. Onder de "analyse" tab klik op "punt om afstand te wijzen".
    2. Selecteer een lengte op het beeld dat is voor de analyse gewenst door het selecteren van twee punten.
    3. De beelden kan dan fietsen door de verandering in de afstand tussen twee punten te nemen.

6. Representatieve resultaten

De stent stutten vergroten de vaatwand buiten zal stammen algemeen hoger in stent locatie. Figuur 1 is een voorbeeld van stam mapping tijdens de terugslag proces ballon-expandeerbare stent, evenals grote belasting geschiedenis een bepaald punt. De zwarte stippen in figuur 1 zijn referentiepunten, die werden gebruikt door de high-speed camera's om vast te leggen en de verplaatsingen van deze referentiepunten volgen op de leiding. Gebaseerd op de opgenomen beweging van referentiepunten, zal de software dan worden gebruikt om de stammen van de pijp of berekenenny andere gerichte object. Grote stam, ook wel het maximum hoofdrek, wordt als volgt berekend:

Vergelijking 1

Het is duidelijk dat de geïmplanteerde stent tot niet-uniforme verdeling druk op het vat oppervlak. Dit kan worden verklaard door de terugslag het laden van de uiteinden-beperkt latex conduit en de mesh structuur van de stent. Deze soort veld komt overeen met de eerste fase van de stent terugslag, zoals vastgesteld door het rode kruis marker in de onderste afbeelding van figuur 1. De belangrijkste belasting-historie curve van een bepaald punt 10 aangetoond onderscheiden stadia van stent. De ballon uitbreiding plaatsvindt van ongeveer 10 tot 12 seconden en stent terugslag na het leeglopen van de ballon vindt plaats tussen 12 en 14 seconden.

Figuur 1
Figuur 1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De stereo optisch oppervlak stam meetsysteem wordt gebruikt om de lokale stammen meten over de vervormend oppervlak voor de in-en buiten-vlak bewegingen zonder contact van het preparaat. Dit systeem maakt gebruik van twee snelle optische camera opnamen van een willekeurig patroon contrasterende brengen op het oppervlak om nauwkeurige metingen van bewegingen van elk punt construeren met een hoge nauwkeurigheid te lossen oppervlak stammen.

Opgemerkt dat de vereiste contrasterende patronen zich aan het oppervlak voldoende genoeg om nauwkeurige metingen nodig. Bovendien behoeft de beoogde testgebied goed verlichte zonder verblinding de camera de bewegingen van de contrasterende patronen onderscheiden. Anders zal de vastgelegde schittering beelden te maken van gegevens vervalt regio's. Twee lichtbronnen, aan weerszijden van de latex vaartuig, een hoek van ongeveer 45 graden hoeken ten opzichte van de buis wordt aanbevolen. Een vlakke verf in plaats van eenglans verf voor de stochastische patroon zal ook helpen om de hoeveelheid verblinding te verminderen.

Hier vormen een protocol van oppervlakte spanning metingen met een spot vaartuig, die kunnen worden gebruikt om de ongelijkmatige belasting mapping testen op de heterogene oorspronkelijke vat. Ex vivo studie natieve vaartuigen worden geïncubeerd in fysiologische oplossing van het cellulaire activiteit te handhaven. De gemeenschappelijke zwarte inkjet stylus kan worden gebruikt om een echte vaatstelsel, die is op de femorale slagader van konijnen gebruikt door Squire et al. 10 vlek. Deze optische oppervlakte-stam meetsysteem kan dan vangen de beweging van referentiepunten door transparant venster. Oppervlakte spanning metingen met behulp van ex vivo inheemse schepen met histologische beoordeling van de schepen zal meer inzicht geven op de schade-mechanisme van gestente slagader. De drie dimensionale oppervlak stammen aangetoond in dit werk kan ook worden uitgebreid tot de stam kaart overal in het verkrijgenheterogene monster met het binnenoppervlak en over de dikte van het vat via verdere numerieke analyse.

De gepresenteerde stereo optische oppervlak stam meetsysteem is een van de zeer unieke methoden die gebruikt kunnen vangen en de lokale stammen gemeten over alle vervormen oppervlak te meten zonder daadwerkelijk contact opnemen met het model en met hoge nauwkeurigheid voor zowel de in-en out-of-plane bewegingen van het oppervlak. Het werd vergeleken met andere stam meetsystemen zoals intravasculaire ultrasound (IVUS) beeldvorming en de inflatie-test 11,12. De traditionele inflatie test nuttig om de gemiddelde spanning over de leiding 11 proef, maar kan niet de driedimensionale lokale belasting opgenomen door de optische oppervlak stam meetsysteem in dit werk. De IVUS elastografie 12 zou kunnen verkrijgen van de twee-dimensionale stam kaart in de dwarsdoorsnede van het schip, en ziet erpotentieel voor klinische toepassing. Het optische systeem gedemonstreerd in dit werk heeft zijn eigen unieke voordeel door middel van driedimensionale oppervlak van stammen en verplaatsingen op onregelmatige oppervlakken, met name die als gevolg van onregelmatige vormen of inhomogene lichamen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgements

Deze studie werd mede ondersteund door de NASA Nebraska Space Grant en National Science Foundation onder subsidie ​​nummer 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

  1. Fischman, D. L., Leon, M. B., Baim, D. S. A randomized comparison of coronary-stent placement and balloon angioplasty in the treatment of coronary artery disease. Stent Restenosis Study Investigators. N. Engl. J. Med. 331, 496-501 (1994).
  2. Abul Hasan Muhammad Bashar, T. K. Mechanical Properties of Various Z-Stent Designs: An Endovascular Stent-Grafting Perspective. Artificial Organs. 27, 714-721 (2003).
  3. Nuutinen, J. uha-P. ekka Mechanical properties and in vitro degradation of bioabsorbable self-expanding braided stents. Journal of Biomaterials Science -- Polymer Edition. 255-266 (2003).
  4. C. Schulz, R. A. Coronary stent symmetry and vascular injury determine experimental restenosis. Heart. 83, 462-467 (2000).
  5. Jiménez, J. M., Davies, P. F. Hemodynamically Driven Stent Strut Design. Annals of Biomedical Engineering. 1483, (2009).
  6. Johnston, C. R. The Mechanical Properties of Endovascular Stents: An In Vitro Assessment. Cardiovascular Engineering: An International Journal. 10, 128-135 (2010).
  7. Mejia, J. uan Evaluation of the effect of stent strut profile on shear stress distribution using statistical moments. Biomedical Engineering Online. 1-10 (2009).
  8. ARAMIS User Manual. GOM mbH. Braunschweig, Germany. (2009).
  9. GOM mbH. (n.d.). New ARAMIS/PONTOS 12M and HS sensors available. GOM: Optical Measuring Techniques. Available from: http://www.gom.com/news/history/single/article/new-aramispontos-12m-and-hs-sensors-available.html (2011).
  10. Chesler, N. C., Thompson-Figueroa, J., Millburne, K. Measurements of Mouse Pulmonary Biomechanics. Journal of Biomechanical Engineering. 126, 309-314 (2004).
  11. de Korte, C. L., Sierevogel, M. J., Mastik, F., Strijder, C., Schaar, J. A., Velema, E., Pasterkamp, G., Serruys, P. W., van der Steen, A. F. W. Identification of Atherosclerotic Plaque Components With Intravascular Ultrasound Elastography In Vivo A Yucatan Pig Study. Circulation. 105, 1627-1630 (2002).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics