Monitorização da Mecânica de parede durante a implantação de stent em um vaso

Bioengineering

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Summary

Stent induzidas distribuições de deformação arteriais são caracterizados utilizando um sistema óptico superfície medição da deformação. Esta técnica de visualização é usado para obter insights sobre o impacto do implante de stent no vaso hospedeiro.

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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

Os ensaios clínicos têm relatado taxas de reestenose diferentes para diferentes desenhos de stents 1. Especula-se que as concentrações de stent induzidas estirpe na parede arterial levar a lesão do tecido, o que inicia a restenose 2-7. Esta hipótese necessita investigações adicionais incluindo quantificações melhores de distribuição não uniforme tensão sobre a artéria após a implantação do stent. A não-contato de superfície método de medição tensão para a artéria com stent é apresentada neste trabalho. Estéreo ARAMIS óptico superfície sistema de medição de tensão utiliza duas câmaras ópticas de alta velocidade para capturar o movimento de cada ponto de referência, e resolver três estirpes dimensionais sobre a superfície deformando 8,9. Como um stent de malha é implantado dentro de um vaso de látex com um padrão aleatório contrastante pulverizado ou desenhada na sua superfície exterior, a estirpe de superfície é registada a cada instante da deformação. As distribuições de deformação calculados podem então ser utilizados para compreender o LOcal resposta lesão, validar os modelos computacionais, e formular hipóteses para posterior estudo in vivo.

Protocol

1. Preparação do Navio Latex

  1. Fixar as duas extremidades do recipiente de látex para conexões de mangueira farpadas, que são fixados sobre uma bancada resistente.
  2. Medir a área de interesse em látex vaso para determinar o campo de visão. A área de interesse para um teste de stent deve ser centrado entre os conectores de mangueira farpadas e incluem aproximadamente uma polegada de cada lado do stent, a fim de observar as estirpes fora da área do stent.
  3. Gravar a distância entre a extremidade externa de uma ligação de mangueira farpado para o local central entre os conectores, que é também o centro aproximado do vaso de látex. Traduzir a distância no cateter através da medição a partir do centro do stent para cima do cateter. Em seguida, marcar o cateter com um marcador.
  4. Remover o vaso de látex dos conectores de mangueira farpado.
  5. Preparar o vaso de látex por pulverização da área de interesse, com um padrão de tinta de pulverização estocástica branco e preto ou marcaçãoa área de interesse com pontos aleatórios usando marcador permanente. Para amostras de menores dimensões e de padrão estocástica mais fina é necessária.

2. Sistema de Teste in vitro e calibração do sistema ARAMIS

  1. Seleccione o painel de calibração que é ligeiramente maior do que a área de interesse medida no passo 1.
  2. Coloque o painel de calibração entre os conectores de mangueira farpadas na área de interesse, e assegurar que a área de interesse, é bem iluminada.
  3. Ajustar a distância entre duas câmaras, a distância a partir da amostra, ea altura da câmara com base no painel de calibração seleccionado. Cada painel de calibração é diferente, portanto, o manual do usuário ARAMIS terá que ser consultado para determinar essas distâncias.
  4. Abra um novo projeto no ARAMIS selecionando "File", depois em "New Project". Em seguida clique em "Sensor" e selecione "Calibração", então "Calibration Full".
  5. O software ARAMIS agora vai andar o usuário através dos passos para calibrar t ele câmeras.
  6. Com a abertura da lente totalmente aberta, o foco da câmera no painel de calibração, soltando o parafuso de ajuste da câmera e rotação das lentes. Uma vez focado, reapertar o parafuso de ajuste e fechar a abertura.
  7. Tome a primeira imagem do processo de calibração. Deslocar ou rodar o painel de calibração de acordo com a demonstração no computador, até que a imagem está focada no ecrã do computador. Tome a segunda imagem. Repetir este processo para o restante das imagens de calibração.
  8. Depois de todas as imagens de calibração são tomadas, o software de análise de imagem ARAMIS irá calcular as configurações de calibração. O processo de calibração deve ser repetido, se o desvio de calibração é maior do que 0,04. Quaisquer ajustes feitos para o foco da câmera ou a distância entre as câmeras gerará a nulidade de processo de calibração.
  9. Remova o painel de calibração e coloque o recipiente de látex pintado de volta para os conectores de mangueira farpado.
título "> 3. Pré-teste para evitar o ruído de fundo excessivo

  1. Determinar o número de quadros por segundo, que é desejado para o teste. Aumento quadros por segundo irá produzir resultados estirpe mais uniformes.
  2. Ajustar a velocidade do obturador para menos de 1 quadro por segundo e de modo que nenhum vermelho é exibido na imagem.
  3. Take 5 imagens.
  4. Adicionar iniciar pontos sobre a série de imagem e calcular o teste.
  5. Enquanto estiver segurando "ctrl", clique no centro da amostra para observar o ruído de fundo. Se o pré-teste do ruído é superior a 75 microstrain o processo de calibração deve ser refeito.

4. Implantação de stent

  1. Selecione a quantidade de imagens desejadas para tomar durante o teste. 200 imagens será suficiente para a expansão do stent.
  2. Gradualmente inserir o cateter para dentro do vaso de látex, e usando o indicador de marcador no cateter para guiar a inserção do stent até que atinja o local central.
  3. Comece a tirar fotos com ARAMIS.
  4. Para o stent balão expansível, aumentar gradualmente a pressão de balão para expandir stent até que o balão está totalmente expandido, em seguida, diminuir gradualmente a pressão do balão a zero eo balão é esvaziado e retirado juntamente com o cateter.
  5. Para o stent auto-expansão, gradualmente remover a bainha até que o stent está totalmente expandido, em seguida, gradualmente retrair o cateter.

5. Análise de Imagens

  1. História estirpe de um ponto específico no vaso
    1. Criar um ponto de palco, segurando a tecla "Ctrl" e clicando na área de interesse.
    2. Seleccione o tipo de estirpe que é desejada, isto é, na estirpe X, Y, XY, a estirpe maior, estirpe menor, ou estirpe Mises.
    3. A trama, no canto inferior direito irá exibir a estirpe no ponto seleccionado ao longo da duração do teste.
  2. Estirpe espacial ao longo de um caminho específico do navio
    1. CrEATE uma linha ponto de múltiplos estágios, clicando em "seções" guia, em seguida, "criar" seção. Seleccionar uma linha paralela à imagem para o eixo X, com Y igual a zero. Isto irá criar uma série de pontos de estágio em uma linha.
    2. Após a linha de vários estágios é criado o enredo no canto inferior irá mostrar uma série de linhas em um gráfico. Cada linha representa a estirpe menos um exemplo no tempo ao longo do comprimento da secção.
  3. Criando um cilindro melhor ajuste para analisar a taxa de expansão e raio do vaso
    1. Na barra de ferramentas superior selecione "primitivas", então "cilindro melhor ajuste".
    2. Selecione uma pequena parte da imagem usando o "selecionar através da superfície" ferramenta na barra de ferramenta certa.
    3. O software ARAMIS irá gerar uma de três cilindros melhor ajuste dimensional.
    4. As imagens podem então ser reciclados através observar como o diâmetro do vaso de látex é variável.
  4. Avaliando a distância entredois pontos
    1. Sob a guia clique em "análise" em "ponto a ponto à distância".
    2. Seleccionar um comprimento sobre a imagem que é desejado para análise, seleccionando dois pontos.
    3. As imagens podem então ser reciclados através de observar a mudança na distância entre os dois pontos ao longo do tempo.

6. Os resultados representativos

As hastes do stent expandir para o exterior da parede do vaso, as estirpes será geralmente maior em torno de localização do stent. A Figura 1 é um exemplo de mapeamento de tensão durante o processo de recuo do balão expansível stent, bem como a história estirpe principal em um ponto específico. Os pontos pretos na Figura 1 são pontos de referência, que foram utilizados pelas câmeras de alta velocidade para capturar e controlar os deslocamentos desses pontos de referência sobre a conduta. Com base no movimento gravada de pontos de referência, o software será então utilizada para calcular as tensões da conduta ou umny outro objeto alvo. Estirpe Major, também referida como a tensão máxima principal, é calculada como se segue:

Equação 1

É claro que o stent implantado levou à distribuição não uniforme tensão sobre a superfície do vaso. Isto poderia ser explicado pelo carregamento de recuo a partir de extremidades-constrangido conduta de látex ea estrutura de malha de stent. Este campo estirpe corresponde à fase inicial de recuo do stent, tal como identificado pelo marcador Cruz Vermelha na imagem de baixo da Figura 1. A curva tensão-história importante de um ponto específico 10 demonstraram fases distintas de implante de stent. A expansão do balão ocorre a partir de aproximadamente 10 a 12 segundos, e de recuo do stent após a deflação do balão ocorre entre 12 e 14 segundos.

A Figura 1
Figura 1.

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Discussion

A estéreo óptico superfície sistema de medição de tensão é utilizado para medir as estirpes locais sobre a superfície deformar para ambos os dentro e fora-de-plano movimentos sem contactar com a amostra. Este sistema usa duas câmeras de alta velocidade óptica para tirar fotos de um padrão aleatório contrastando colocar na superfície para a construção de medições precisas dos movimentos de cada ponto, com uma alta precisão de resolver tensões superficiais.

Deve notar-se que o padrão desejado contrastante precisa adere à superfície suficientemente suficientes para fornecer medições precisas. Além disso, a área da amostra alvo necessário bem iluminada, sem brilho, para as câmaras de distinguir os movimentos do padrão contrastante. Caso contrário, as imagens capturadas brilho irá criar regiões de dados vazio. Duas fontes de luz, em extremidades opostas do recipiente de látex, um ângulo de aproximadamente em ângulos de 45 graus em relação ao tubo é recomendada. Uma tinta de pulverização plana em vez de umpintura de lustro para o padrão estocástico também irá ajudar a reduzir a quantidade de brilho.

Apresentamos aqui um protocolo de medições de superfície da estirpe utilizando um vaso escarnecido, o que poderia ser usado para testar o mapeamento estirpe não uniforme sobre a embarcação heterogénea nativo. Ex vivo estudo vasos nativo irá ser incubadas em solução fisiológica para manter a actividade celular. A caneta de jacto de tinta preta comum poderia ser usado para corar um vasculatura real, o qual tem sido utilizado na artéria femoral de coelho por Squire et al 10. Este sistema de medição óptico superfície cepa poderia então capturar o movimento de pontos de referência através da janela transparente. Medições de superfície de tensão utilizando ex vivo vasos nativos com avaliações histológicas dos vasos proporcionará mais conhecimento sobre o mecanismo de lesão da artéria com stent. As três estirpes de superfície tridimensionais demonstrados neste trabalho também pode ser estendido para se obter o mapa de tensão em qualquer lugara amostra de teste heterogénea, incluindo a sua superfície interior, bem como em toda a espessura do vaso por meio de análise numérica adicional.

O apresentado estéreo óptico superfície sistema de medição de tensão é um dos métodos muito únicos que podem capturar e medir as estirpes locais observados sobre toda a superfície deformar sem realmente em contacto com o espécime e com alta precisão para ambos os dentro e fora-de-plano movimentos da superfície. Ele foi comparado com os sistemas de medição de tensão outros, tais como ultra-sonografia intravascular (IVUS) de imagens, bem como teste de inflação 11,12. O teste de inflação tradicional é útil para a obtenção da estirpe média ao longo do teste da conduta 11, no entanto, não pode proporcionar a estirpe dimensional três locais capturado pelo sistema óptico de medição de superfície estirpe neste trabalho. A elastografia IVUS 12 poderá obter o mapa de tensão bidimensional toda a seção transversal do navio, e mantenha grandepotencial de aplicação clínica. O sistema óptico demonstrado neste trabalho tem sua única vantagem, fornecendo três cepas de superfície tridimensionais e deslocamentos em superfícies irregulares, especialmente as decorrentes de formas irregulares ou entidades heterogêneas.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

Este estudo foi financiado em parte pelo Nebraska NASA Space Grant e National Science Foundation, 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

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References

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