Overvågning af Wall Mekanik Under Stent Deployment i en beholder

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-inducerede arterielle belastning fordelinger er karakteriseret ved anvendelse af en optisk overflade stamme målesystem. Denne visualisering teknik bruges til at få indblik i konsekvenserne af stent implantation på værten fartøjet.

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

Kliniske studier har rapporteret forskellige restenosis satser for forskellige udformninger af stents 1. Det antages, at stent-inducerede stamme koncentrationer på arterievæggen føre til vævsbeskadigelse, der initierer restenose 2-7. Denne hypotese skal yderligere undersøgelser, herunder bedre kvantificering af ikke-ensartet stamme fordeling på arterien efter stent implantering. En ikke-kontaktoverflade stamme målemetode til stentet arterien er præsenteret i dette arbejde. ARAMIS stereo optisk overflade belastning målesystem bruger to optiske højhastigheds kameraer til at fange bevægelsen af hvert referencepunkt, og løse tredimensionelle stammer over den deformerer overfladen 8,9. Som mesh stenten i en latex beholder med et tilfældigt kontrasterende mønster sprøjtet eller trækkes på sin ydre overflade er overfladen stamme optegnes ved hvert øjeblik deformationen. De beregnede belastning fordelinger kan derefter anvendes til at forstå local læsion svar, validere beregningsmodeller, og formulere hypoteser for yderligere in vivo-undersøgelse.

Protocol

1. Forberedelsen af ​​latexen Vessel

  1. Fastsætte begge ender af latex fartøjet modhager slangeforbindelser, som er fastgjort på en stabil arbejdsbord.
  2. Måle arealet af interesse på latex fartøjet for at bestemme synsfelt. Det område af interesse for en stent test bør være centreret mellem de barbed slangekoblinger og omfatter cirka en tomme på hver side af stenten for at observere de stammer uden for stentet området.
  3. Optage afstand fra den udvendige kant af en modhage slangemuffe midten sted mellem konnektorer, som også er den omtrentlige midte af latexen beholderen. Oversætte afstand oven på kateteret ved måling fra midten af ​​stenten op kateteret. Derefter markerer kateter med en markør.
  4. Fjern latex skibet fra barbed slangekoblinger.
  5. Fremstille latexen beholderen ved sprøjte området af interesse med en stokastisk mønster af hvidt og sort sprøjtemaling eller mærkningområdet af interesse med tilfældige prikker ved hjælp af permanent markør. For mindre prøver og finere stokastisk mønster er påkrævet.

2. In vitro Test System og kalibrering af ARAMIS System

  1. Vælge den kalibrering panel, der er lidt større end arealet af interesse målt i trin 1.
  2. Placer kalibrering panelet mellem barbed slangekoblinger på området af interesse og sikre, at området af interesse god belysning.
  3. Juster afstanden mellem to kameraer, afstand fra prøven, og kameraet højden baseret på kalibrering udvalgt panel. Hver kalibrering panel er anderledes, derfor ARAMIS brugermanualen skal konsulteres for at afgøre disse afstande.
  4. Åbn et nyt projekt i ARAMIS ved at vælge "Filer", derefter "Nyt projekt". Klik derefter på "Sensor"-fanen og vælg "Kalibrering", derefter "fuld kalibrering".
  5. Den ARAMIS software vil nu gå brugeren gennem de skridt til at kalibrere t han kameraer.
  6. Med blænden helt åben, fokuserer kameraet på kalibreringen panelet ved at løsne sætskruen på kameraet og dreje linsen. Når fokus, spænd sætskruen og lukke hullet.
  7. Tag den første billede af kalibreringsprocessen. Fortrænges eller rotere kalibrering panelet i henhold til demonstrationen på computeren, indtil billedet er fokuseret på computerskærmen. Tage det andet billede. Gentage denne proces for resten af ​​kalibrerings billeder.
  8. Når alle de kalibre billederne er taget, vil ARAMIS billedbehandling analyse software beregne kalibreringsindstillingerne. Kalibreringen skal gentages, hvis kalibreringen afvigelsen er større end 0,04. Eventuelle justeringer af fokus på kameraet eller afstanden mellem kameraerne vil gøre kalibreringsprocessen ugyldig.
  9. Fjern kalibrering panelet og læg malede latex skibet tilbage på de barbed slangekoblinger.
titlen "> 3. prætest at undgå uforholdsmæssigt store baggrundsstøj

  1. Bestem antallet af billeder per sekund, som ønskes til testen. Øget frames per sekund vil producere mere ensartede stamme resultater.
  2. Justere lukkerhastighed til mindre end en ramme per sekund, og således at ingen rød er vist på billedet.
  3. Tag 5 billeder.
  4. Tilføj starte punkter på billedet serien og beregne testen.
  5. Mens du holder "Ctrl", skal du klikke på midten af ​​prøven for at observere baggrundsstøj. Hvis før-prøve støjen er over 75 mikropåvirkning kalibreringsprocessen skal fortrydes.

4. Stent Deployment

  1. Vælge mængden af ​​billeder ønskes at tage under testen. 200 billeder, vil være tilstrækkeligt til stenten ekspansion.
  2. Gradvist indsætning af kateteret i latexen beholderen, og ved hjælp af markøren indikatoren på kateteret til at lede stentindsætning indtil den når den centrale beliggenhed.
  3. Begynd at tage billeder med ARAMIS.
  4. For ballonen-stent, stige gradvist ballonen tryk for at udvide stenten, indtil ballonen er fuldt ekspanderet, derefter gradvist sænke trykket i ballonen til nul, og ballonen tømmes og fjernes sammen med kateteret.
  5. Til selvekspanderende stent fjernes gradvis kappen, indtil stenten er fuldt ekspanderet, derefter gradvist trække kateteret.

5. Billeder Analyse

  1. Historiske spændingsforløb af et specifikt punkt på fartøjet
    1. Opret en scene punkt ved at holde "ctrl"-tasten og klikke på området af interesse.
    2. Vælge den type belastning, der ønskes, dvs stamme i X, Y, XY, stor belastning, mindre stamme eller Mises stamme.
    3. Plottet i det nederste højre hjørne viser stammen ved punktet vælges over varigheden af ​​testen.
  2. Rumlig belastning langs en ​​bestemt vej af fartøjet
    1. Create en flertrins punkt linje ved at klikke på "sektioner" fanen, og derefter "Opret sektion". Vælge en linie i billedet parallelt med X-aksen ved Y er lig med nul. Dette vil skabe en række fase point i en linje.
    2. Når flertrins linje skabte plottet i det nederste hjørne vil vise en række linjer på en grund. Hver linje repræsenterer stammen på et eksempel i gang langs længden af ​​sektionen.
  3. Skabe en best fit cylinder til at analysere udvidelseshastighed og radius af fartøjet
    1. I den øverste værktøjslinjen vælge "primitive", derefter "bedste fit cylinder".
    2. Vælg en lille del af billedet ved hjælp af "udvælger overflade" værktøj på det rigtige værktøj bar.
    3. ARAMIS softwaren vil generere et tredimensionelt best fit cylinder.
    4. Billederne kan derefter cirkuleres gennem at observere, hvordan diameteren af ​​latexen fartøjet forskellig.
  4. Evaluering af afstanden mellemto punkter
    1. Under "analyse" fanen, klik på "punkt til punkt afstand".
    2. Vælge en længde på billedet, der ønskes til analyse ved at vælge to punkter.
    3. Billederne kan derefter cirkuleres gennem at observere ændringen i afstanden mellem de to punkter over tid.

6. Repræsentative resultater

Stentstiverne udvider karvæggen udad, stammer generelt være højere omkring stenten sted. Figur 1 er et eksempel på stamme kortlægning under tilbageslaget processen ballon-ekspanderbare stent, såvel som store historiske spændingsforløb på et bestemt punkt. De sorte prikker i figur 1, er referencepunkter, der blev brugt af de high-speed kameraer til at fange og holde styr på de forskydninger af disse referencepunkter på ledningen. Baseret på den registrerede bevægelse referencepunkter, vil softwaren derefter anvendes til at beregne stammer af ledningen eller enEthvert andet målrettet objekt. Stor belastning, der også betegnes som den maksimale primære stammen, beregnes som følger:

Ligning 1

Det er klart, at den implanterede stent førte til uensartet belastning fordeling på fartøjet overfladen. Dette kan forklares ved den rekyl belastning fra enderne-begrænset latex ledningen og netstruktur af stent. Denne stamme felt svarer til den indledende fase af stenten rekyl som identificeret ved det røde kryds markør i det nederste billede i figur 1. Den største stamme-historie kurve over et specifikt punkt 10 viste skelnes stadier af stent implantation. Ballonen ekspansion forekommer fra cirka 10 til 12 sekunder og stenten rekyl efter tømning af ballonen sker mellem 12 og 14 sekunder.

Figur 1
Figur 1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Stereo optisk overflade stamme målesystem anvendes til at måle de lokale belastninger over deformerende overfladen både ind-og ud-af-planet bevægelser uden at kontakte prøven. Dette system bruger to høj-hastigheds optiske kameraer til at tage billeder af et tilfældigt kontrasterende mønster sætte på overfladen at konstruere nøjagtige målinger af bevægelser i hvert punkt, med en høj nøjagtighed til at løse overflade stammer.

Det skal bemærkes, at den krævede kontrasterende mønster skal klæber til overfladen tilstrækkeligt nok til at tilvejebringe nøjagtige målinger. Desuden behøver det tilsigtede prøven område være godt oplyste, uden blænding, for kameraerne at skelne bevægelserne af kontrasterende mønster. Ellers vil de optagne blænding billederne skabe ugyldige data regioner. To lyskilder, ved modstående ender af latex fartøjet og en vinkel i tilnærmelsesvis 45 graders vinkel i forhold til røret anbefales. En flad spray maling snarere end englans maling for den stokastiske mønster vil også bidrage til at reducere mængden af ​​blænding.

Her udgør en protokol overflade stamme målinger under anvendelse af en spottet beholder, som kan anvendes til at teste uensartet belastning kortlægning af den heterogene native beholderen. Ex vivo native fartøjer undersøgelse vil blive inkuberet i fysiologisk opløsning for at opretholde den cellulære aktivitet. Fælles sorte inkjet pennen kan anvendes til at farve en reel vaskulatur, der er blevet anvendt på den femorale arterie fra kanin ved Squire et al 10. Denne optiske overflade belastning målesystem så kunne fange bevægelsen af ​​referencepunkter gennem gennemsigtigt vindue. Overflade stamme målinger ved hjælp af ex vivo indfødte fartøjer med histologiske vurderinger af de fartøjer vil give mere viden om skaden mekanisme stentet arterie. Den tredimensionale overflade stammer vist i dette arbejde kan også udvides til opnåelse af stammen kortet overalt iDen heterogene testprøve indeholdende sin indre overflade såvel som på tværs af tykkelsen af ​​beholderen gennem yderligere numerisk analyse.

Den fremlagte stereo optisk overflade stammen målesystem er en af ​​de meget unikke metoder, der kan indfange og måle de lokale stammer observeret over hele deformerer overfladen uden egentlig kontakt med prøven og med stor nøjagtighed for både ind-og ud-af-plane bevægelser af overfladen. Det blev sammenlignet med andre stamme målesystemer såsom intravaskulær ultralyd (IVUS) afbildning og inflationen test 11,12. Den traditionelle inflation test er nyttig til at opnå den midlede stammen langs prøvelederen 11, men den kan ikke tilvejebringe den tredimensionale lokale belastning indfanges af den optiske overflade stammen målesystem i dette arbejde. IVUS elastografi 12 kan opnå todimensionale stammen kort hele tværsnittet af beholderen, og holde storepotentiale for klinisk anvendelse. Det optiske system demonstreret i dette arbejde har sin unikke fordel, ved at give tre dimensionelle overflade stammer og forskydninger på uregelmæssige overflader, især som følge af uregelmæssige former eller inhomogene organer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklæret.

Acknowledgements

Denne undersøgelse blev støttet delvist af NASA Nebraska Space Grant og National Science Foundation under tilskud nr. 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