Övervakning av Wall Mechanics Under stentutveckling i ett kärl

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-inducerade arteriella stam distributioner kännetecknas använder en optisk yta systemet töjningsmätning. Denna visualisering teknik används för att få insikt i hur stentimplantation på värden fartyget.

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

Kliniska prövningar har rapporterat olika restenos priser för olika stentkonstruktioner 1. Det spekuleras att spänn-inducerade stam koncentrationer på artärväggen leda till vävnadsskada, vilket initierar restenos 2-7. Denna hypotes behöver ytterligare undersökningar, inklusive bättre kvantifieringar av icke-enhetlig stam fördelning på artären efter stentimplantation. En icke-kontaktytan stam mätmetod för den stentade artären presenteras i detta arbete. ARAMIS stereo optisk yta töjningsmätning Systemet använder två optiska höghastighetskameror att fånga rörelsen i varje referenspunkt, och lösa tredimensionella stammar över deformeras ytan 8,9. Som ett nät stent distribueras till en latex kärl med ett slumpmässigt kontrasterande mönster sprutas eller dras på dess yttre yta, ytan stammen registrerades vid varje ögonblick av deformationen. De beräknade stam fördelningar kan sedan användas för att förstå local lesion svar, validera beräkningsmodeller, och formulera hypoteser för vidare in vivo studier.

Protocol

1. Framställning av latexen Vessel

  1. Fix båda ändarna av latex fartyget hullingförsedda slanganslutningar, som är fastsatta på en stadig arbetsbänk.
  2. Mäta i området av intresse på latexen kärlet för att bestämma synfältet. Området av intresse för en stent test bör vara centrerad mellan de hullingförsedda slangkopplingar och innefattar ungefär en tum på vardera sidan av stenten för att observera de stammar utanför den stentade området.
  3. Registrera avståndet från ytterkanten av en hullingförsedd slanganslutningen till centrum läge mellan kontakterna, vilket är det ungefärliga centrumet för latexen kärlet. Översätta den sträcka på katetern genom att mäta från centrum av stenten in katetern. Markera sedan katetern med en markör.
  4. Ta bort latex fartyg från de hullingförsedda slangkopplingar.
  5. Förbered latex fartyget genom att spraya det intressanta området med en stokastisk mönster av vitt och svart sprayfärg eller märkningområdet av intresse med slumpmässiga prickar med permanent märkpenna. För mindre prover och finare stokastisk mönster krävs.

2. In vitro testsystem och kalibrering av ARAMIS System

  1. Välja kalibreringen panel som är något större än området av intresse mäts i steg 1.
  2. Placera kalibreringen panelen mellan hullingförsedda slanganslutningar i området av intresse och se till att området av intresse är väl upplyst.
  3. Justera avståndet mellan två kameror, avståndet från provet och kameran höjd baserat på den valda kalibreringen panelen. Varje kalibrering panelen är annorlunda, därför ARAMIS instruktionsbok måste konsulteras för att bestämma dessa avstånd.
  4. Öppna ett nytt projekt i ARAMIS genom att välja "File", sedan "Nytt projekt". Klicka sedan på "Sensor"-fliken och välj "Kalibrering", sedan "Full Calibration".
  5. Den ARAMIS mjukvaran kommer nu gå användaren genom stegen för att kalibrera t han kameror.
  6. Med objektivets bländare är helt öppen, fokusera kameran på kalibreringen panelen genom att lossa ställskruven på kameran och vrida linsen. När fokuserade dra åt ställskruven och stäng öppningen.
  7. Ta den första bilden av kalibreringen. Förskjutning eller rotera kalibreringen panelen enligt demonstrationen på datorn, tills bilden är fokuserad på datorskärmen. Ta den andra bilden. Upprepa denna process för resten av kalibrering bilderna.
  8. När alla kalibrerings bilder tas, kommer ARAMIS bildanalys programvara för beräkning av kalibreringsinställningarna. Kalibreringsprocessen bör upprepas om kalibreringen avvikelsen är större än 0,04. Eventuella justeringar gjorts i fokus för kameran eller avståndet mellan kamerorna kommer att göra det tomrum kalibreringen.
  9. Ta bort kalibreringen panelen och placera målade latexen fartyget tillbaka till de hullingförsedda slangkopplingar.
titeln "> 3. provkörning för att undvika överdriven bakgrundsstörning

  1. Bestäm antalet bildrutor per sekund som önskas för testet. Ökade bilder per sekund ger jämnare stam resultat.
  2. Justera slutartiden till mindre än 1 bildruta per sekund och så att ingen röda visas på bilden.
  3. Ta 5 bilder.
  4. Lägg startar punkter på bildserie och beräkna testet.
  5. Samtidigt som du håller "Ctrl", klicka i mitten av provet för att observera bakgrundsljudet. Om denna provkörning ljudet är över 75 mikroeffekt kalibreringen måste göras om.

4. Stent Deployment

  1. Välj antal bilder önskade att ta under provet. 200 bilder kommer att räcka för stenten expansion.
  2. Gradvis föra in katetern in i kärlet latexen, och med användning av markör indikator på katetern för att styra införande av stenten tills den når den centrala platsen.
  3. Börja ta bilder med ARAMIS.
  4. För ballong-expanderbar stent, gradvis öka ballongtryck att expandera stenten tills ballongen är helt expanderad, sedan gradvis minska trycket i ballongen till noll och ballongen är tömd och dras tillbaka längs med katetern.
  5. För den självexpanderande stenten, gradvis avlägsna höljet tills stenten helt expanderad, sedan gradvis dras katetern.

5. Bilder Analys

  1. Sila historien om en specifik punkt på fartyget
    1. Skapa en etapp genom att hålla "Ctrl"-knappen och klicka på området av intresse.
    2. Välj den typ av stam som önskas, dvs stam i X, Y, XY, större stam, mindre stam eller Mises stam.
    3. Handlingen i det nedre högra hörnet visas stammen vid den punkt valts under hela testet.
  2. Spatial stam längs en ​​viss väg fartyget
    1. Create en linje flerstegs punkt genom att klicka på "avsnitten" fliken och sedan "skapa sektion". Välja en linje i bilden parallellt med X-axeln vid Y är lika med noll. Detta kommer att skapa ett antal steg punkter i en linje.
    2. Efter att flerstegs linjen skapas tomten i det nedre hörnet visas en serie linjer på en tomt. Varje linje representerar töjningen vid en instans i tiden utmed längden av sektionen.
  3. Skapa en bästa anpassning cylinder för att analysera expansionshastigheten och radie av kärlet
    1. I den övre menyraden välj "primitiva", sedan "bästa passform cylinder".
    2. Välj en liten del av bilden med "Välj genom ytan" verktyg till höger verktygsfältet.
    3. Den ARAMIS mjukvaran kommer att generera en tredimensionell bästa passform cylinder.
    4. Bilderna kan sedan cirkuleras genom att observera hur diametern hos latexen kärlet varierar.
  4. Utvärdering av avståndet mellantvå punkter
    1. Under "analys" fliken klicka på "punkt till punkt distans".
    2. Välja en längd på bilden som önskas för analys genom att välja två punkter.
    3. Bilderna kan sedan cirkuleras genom att observera förändringen i avståndet mellan de två punkterna över tiden.

6. Representativa resultat

De stent struts expanderar utåt kärlväggsgener kommer stammar vara allmänt högre runt stenten plats. Figur 1 är ett exempel på stam kartläggning under rekylen processen ballong-stent, liksom stora stam historia på en specifik punkt. De svarta prickarna i fig 1 är referenspunkter, vilka används av de höghastighetskameror att fånga och hålla reda på förskjutningar av dessa referenspunkter på ledningen. Baserat på den registrerade rörelser av referensvärden, kommer mjukvaran sedan användas för att beräkna de stammar av ledningen eller ettNY andra riktade objekt. Högsta sträckning, även hänvisad till som den maximala huvudsakliga stam, beräknas enligt följande:

Ekvation 1

Det är tydligt att den implanterade stenten ledde till icke-enhetlig fördelning stam på kärlytan. Detta skulle kunna förklaras genom det återgående belastning från ändarna tvingas-latex ledningen och den nätstruktur av stenten. Denna stam fältet motsvarar det inledande skedet av stent rekyl som identifierats av Röda Korset markören i botten bilden i figur 1. Den stora stammen-history kurvan av en särskild punkt 10 visade urskiljbara stadier av stentimplantation. Ballongen expansionen sker från ca 10 till 12 sekunder och stent rekyl efter tömning av ballongen sker mellan 12 och 14 sekunder.

Figur 1
Figur 1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Stereo optiska ytan töjningsmätning system används för att mäta de lokala stammar över den deformerande ytan för både in-och ur-plana rörelser utan att kontakta provet. Detta system använder två snabba optiska kameror för att ta bilder av ett slumpmässigt kontrasterande mönster att sätta på ytan för att konstruera noggranna mätningar av rörelser varje punkt, med en hög noggrannhet för att lösa ytan stammar.

Det bör noteras att den erforderliga kontrasterande mönster behöver häftar vid ytan tillräckligt tillräckligt för att åstadkomma noggranna mätningar. Dessutom behöver den riktade prov området vara väl upplyst, utan att blända, för kamerorna att skilja de rörelser kontrasterande mönster. Annars kommer de tagna bländning bilderna skapar regioner void data. Två ljuskällor, vid motsatta ändar av latexen kärlet, vinklade vid ungefär 45 graders vinkel i förhållande till röret är att rekommendera. En platt sprayfärg snarare än englans färg för den stokastiska mönstret kommer också att bidra till att minska mängden bländning.

Här presenterar vi ett protokoll av mätningar yta stam med en hånade fartyg, som skulle kunna användas för att testa olikformiga stammen mappning på den heterogena nativt kärl. Ex vivo infödda fartyg Studien kommer att inkuberas i fysiologisk lösning för att upprätthålla den cellulära aktiviteten. Den gemensamma svart bläckpatron skrivstiftet skulle kunna användas för att färga en verklig vaskulatur, som har använts på den femorala artären för kanin av patronen et al 10. Denna optiska ytan stam mätsystem kan sedan fånga rörelse referenspunkter genom transparent fönster. Surface stam mätningar med ex vivo infödda fartyg med histologiska bedömningar av de fartyg kommer att ge mer insikt om skadan mekanism stentförsedda artär. Den tredimensionella ytan stammar har visats i detta arbete kan också utsträckas för att erhålla den stam kartan var som helst iden heterogena testprov innefattande dess inre yta samt i hela tjockleken av kärlet genom ytterligare numerisk analys.

Den presenterade stereo optiska ytan töjningsmätning är en av de mycket unika metoder som kan fånga och mäta de lokala stammarna observerades över hela deformeras ytan utan att kontakta provet och med hög noggrannhet för både in-och ut-of-planet rörelser av ytan. Det jämfördes med andra system töjningsmätning som intravaskulärt ultraljud (IVUS) avbildning samt inflation testet 11,12. Den traditionella inflationen Testet är användbart för att få den genomsnittliga stammen längs testet ledningen 11, men inte kan ge den tredimensionella lokala stam fångad av den optiska ytan stammen mätsystem i detta arbete. Den IVUS elastografi 12 kunde få den tvådimensionella stammen kartan hela tvärsnittet av fartyget, och har en storpotential för klinisk applikation. Det optiska systemet visas i detta arbete har sin unika fördelen genom att tredimensionell yta stammar och förskjutningar på oregelbundna ytor, i synnerhet de som följer av oregelbundna former eller inhomogena organ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Inga intressekonflikter deklareras.

Acknowledgements

Denna studie stöddes delvis av NASA Nebraska Space Grant och National Science Foundation enligt bidragsavtal nr 0.926.880.

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