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摘要

Stent implants in stenosed arterial curvatures are prone to "Type IV" failures involving the complete transverse fracture of stents and linear displacement of the fractured parts. We present a protocol for detection of secondary flow (vortical) structures in a curved artery model, downstream of clinically relevant "Type IV" stent failures.

摘要

动脉网络在人血管包括目前普遍存在血管复杂的几何形状（树枝，曲率和扭曲）的。二次流结构，由于离心力的作用，不良压力梯度和流入特性的共同作用发生弯曲动脉涡流模式。这样的流动形态由搏动和生理流入条件的多次谐波很大的影响，并且尺寸强度形特性变化很大相比非生理（稳定和振荡）流1 - 7。

二次流结构可能最终影响血液传播颗粒的壁面剪切应力和暴露时间对动脉粥样硬化，再狭窄，血小板的宣传和血栓形成4进展- 6，8 - 13因此，要检测和检定这些结构在实验室的能力。 -controlled条件precurs或者进一步的临床研究。

一个常见的​​手术治疗动脉粥样硬化是支架植入术，开辟了通畅血流狭窄动脉。但随之而来的气流扰动由于支架安装导致多尺度二次流形态4 - 6逐步高阶复杂如在相干不对称和损失可以通过随后的支架故障相-à-相那些未扰动流5下被诱导。这些支架的失败被列为基于故障因素和临床严重度14"类型I至IV"。

这项研究提出了预计将在弯曲动脉模型来完成横向支架断裂和骨折部位的线性位移（"IV型"）的复杂的二次流结构的实验研究的协议。实验方法包括粒子图像测速的实现（2C-2ðPIV）技术，与典型的颈动脉流入波形，折射率匹配的血液模拟工作流体相的平均测量15 - 18使用流的物理概念，临界点理论和新型达到二次流结构的定量化识别小波变换应用到实验数据PIV 5，6，19算法- 26。

引言

二次流结构是发生在内部流动的几何形状与弯曲，例如弯曲管道和渠道涡流模式。这些涡结构的出现是由于离心力的作用，不良压力梯度和流入特性的共同作用。在一般情况下，二次流结构出现在弯曲的管道作为下稳定流入对称迪安型涡流的平面的横截面，并振荡流入条件下对称迪安和莱恩型涡流。1 - 3二次流形态有很大的影响搏动搏动和多个谐波，生理条件的流入。相比于非生理（稳定振荡）流量1这些结构取得明显不同的大小强度，形状特征- 6在动脉粥样硬化病变的发展是由高频剪切振荡的存在，在地区的影响经历了低平均剪切27,28 。二次流的结构可能影响疾病，如动脉粥样硬化和可能的进展，介导内皮反应由于通过改变壁剪切应力和血源性粒子的曝光时间脉动血流。

动脉粥样硬化的常见治疗，造成阻塞性病变动脉狭窄的并发症，是支架植入。支架骨折植入的支架导致进一步的并发症，如支架内再狭窄（ISR），支架内血栓形成和动脉瘤形成9的结构破坏- 13支架断裂被分为不同的失败"类型I至IV"，其中"IV型"特征的最高临床严重性和被定义为与支架的片段14的线性位移沿着支架支杆的完全横向断裂。在本研究中提出的协议描述了一种experimenta一个理想化的"IV型"支架在弯曲的动脉断裂模型下游二次流结构的可视化l的方法。

建议的协议有以下四个基本特征:

设计和实验室规模的支架模型的制造:支架的几何描述可以与一组自膨胀螺旋（弹簧或螺旋）的使用镍钛诺金属丝29（镍和钛的合金）相关的交织在一起。支架和其支柱直径的长度取决于动脉损伤临床植入5中遇到的长度尺度。支柱直径的参数变化和绕组（或沥青）的上升沿导致各种几何结构的支架。中选择了3D打印支架设计参数汇总如表1所示。

相匹配的血液模拟工作流体的制备用的血液动粘度和试验段的折射率:需要为了使非侵入速度测量到弯曲动脉测试部分光学连接。因此，牛顿血液-模仿工作流体与血管模型的折射率和理想情况下，一个动态粘度，匹配的人类血液被用来获得精确的血液流量测量16 - 18日，30日在此研究中使用的工作流体被报道由Deutsch 等人 。 （2006），其含有79％饱和的碘化钠水溶液（碘化钠），20％的纯甘油和1％的水（按体积计）16。

用于检测使用的双组分，二维粒子图像测速（2C-2D PIV）相干二次流结构的实验装置:实验设计成在下游的各种平面剖地点获取相平均二次流速度数据海峡的组合aight和实施弯曲支架部分的理想化"Ⅳ型"支架断裂5，6，9，14。使用粒子图像测速仪（PIV）技术有关获得次级流速场的协议步骤涉及一个PIV系统，其包括的激光（光片）的源，光学聚焦和照射流，一个特殊的交叉相关电荷耦合器件（CCD传感器或相机）和示踪粒子的区域，以通过一个很短的时间间隔内的光片（被照射Δt的见表4）31，32。

在该协议的步骤假设以下几点:首先，校准，实验，通过双帧，单次曝光的记录计算的图像的双组分，二维（2C-2D）PIV系统的设置。其次，2C-2D PIV系统由每个记录期间获得的两个图像帧之间执行互相关计算示踪粒子的平均位移。 BR的PIV规格和图像采集软件的IEF总结示于材料和设备表。三，操作激光所需的所有安全防范措施，根据主办机构提供的指导原则，随后由经过培训的实验室工作人员。作者建议参考文献。 31和32为在空气动力学，加氢和微流体动力学，相关峰值检测和位移估计，材料和示踪粒子的密度，并测量噪声和精度执行，功能和PIV技术的应用一个全面的理解。还要注意的是激光和摄像机可由PIV数据采集计算机（ 图3A）和数据处理软件来控制。

使用下面的协议说明中生成利用图2C-2D PIV相平均次级流速测量:数据采集和后处理用于相干结构检测 。后期处理数据ING参与连贯二次流结构检测采用以下三种方法:连续小波变换， figure-introduction-2104 5，6，19 - 24，26。

作者指出的速度梯度张量本质上是一个3×3的矩阵，
figure-introduction-2252 。

协议提出获取二维实验测量（从图2C-2D PIV技术）的方法。因此，与速度梯度张量充分实验访问将无法达到使用这种方法。速度梯度张量对每一个像素figure-introduction-2416 PIV的图像figure-introduction-2483应该是一个2×2矩阵， figure-introduction-2555 。 Z-元件涡quation 6"SRC ="/文件/ ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg"/>对于每个像素figure-introduction-2686使用速度梯度张量的反对称部分计算figure-introduction-2762 。其结果将是涡的2D阵列figure-introduction-2836可在等值线图被可视化。笔者强烈建议参考。 25雄辩的讨论，实验获得对提高涡耗散，应变率和连贯的结构检测知识的速度梯度张量。此外，作者不要试图探讨上述相干结构检测方法之间的相互关系，并提出参考。 23，24对这一主题进行全面的讨论。

在该协议中的步骤的焦点是二次流（涡流）的定量识别STructures（也称为相干结构）。相干结构检测即的三种方法， figure-introduction-3098和小波变换的涡figure-introduction-3166应用于速度场的数据对检测多尺度，多力理想化的"IV型"支架断裂的下游二次流结构的出现。

该 figure-introduction-3310 定义了一个涡流作为空间区域，其中涡张量的欧几里得范数支配该菌株19，23，速率的24 .The速度梯度矩阵分解成对称的（应变率）和非对称（旋转）的部件。应变率矩阵的特征值计算; figure-introduction-3492 。应变速率的规范然后计算; 。涡从反对称部分计算的。拟涡能或z分量涡广场， figure-introduction-3654 ）然后被计算。该figure-introduction-3724终于计算; figure-introduction-3791 。整个集的等高线图figure-introduction-3862同的异区figure-introduction-3927 ，将表明二次流结构19。

该figure-introduction-4059 ，也被称为"回旋强度"是由局部速度梯度张量的临界点分析进行的涡流识别方法和其相应的特征值20 - 24 。在每个像素中的速度梯度张量的本征值figure-introduction-4206计算。特征值应该是这样的形式， figure-introduction-4283 。的等高线图figure-introduction-4353同的异区figure-introduction-4418将表明二次流结构20 - 22。

小波变换方法利用具有光滑的物理和光谱的空间分析功能（或波），是可以受理（或具有零均值），并具有有限figure-introduction-4584 5，6，26，通过进行卷积一个扩张或收缩与2D涡字段小波，小波变换的涡figure-introduction-4692场是C产生具有广泛的规模和优势5，6，二维小波变换的涡场的26。熵相干结构omprising计算估计最优小波规模在所有的相干结构得到充分的解决。这个熵估计涉及一组概率figure-introduction-4858对于每个像素figure-introduction-4925这样figure-introduction-4988中，归一化模平方与在单元m的像素相关联的涡中，n 5,6。在图6以图形方式的程序的步骤。放置在小波的选择的限制中详细参考呈现。 26.该协议的步骤介绍了使用二维Ricker子波相干结构检测的过程。对于使用该W的理由子波的旋涡模式匹配，提出在文献。其中引用5,6和相关引用。

研究方案

1.设计和支架模型的制备

注:以下步骤已经遵循创建直线和曲线支架的实验室规模的模型。两个支架模型的安装将体现一个"Ⅳ型"断裂（碎裂和断裂支架份线性位移）。

注:作者使用Pro / ENGINEER软件在研究的时间创造了支架几何CAD模型。下面的过程是广义可能不包括通用于所使用的CAD软件方面。用其他CAD软件也可以使用。接下来的步骤是适用于，在研究时使用的作者，并从制造商的网站已经适应了CAD软件。对于作者所使用的快速成型机进一步的描述，请参见材料清单。为支架设计的参数方程和初始化值在钽介绍竹叶提取1和图1D和1E是快速成型后的直线和曲线的支架模型的例子。

  1. 通过定义参数方程和在笛卡尔（XYZ）坐标系统初始化左和右螺旋的参数（ 表1）创建直支架的几何形状。
    1. 产生在大约一直基准线或z轴，用公式的平面圆形阵列的一组10等间隔左转螺旋。 1，2，3和5 表1所示，与匝数的初始化值
      （ figure-protocol-584 ），沥青，支架丝厚度（ figure-protocol-658 ）和支架的标称直径（ figure-protocol-731 ）（ 图1A和表1）。
    2. 重复步骤1.1.1使用公式。 1，2，4和5，以产生一个10均布左螺旋圆形图案（ 图1A）。
    3. 生成通过组合或组装的左，右转动螺旋绕一公共轴线（ 图1A）直支架几何形状。
  2. 通过定义参数方程和初始化左和右螺旋的参数在圆筒（R-β-X）的坐标系或约弯曲基准线（ 表1）创建弯曲支架的几何形状。重复步骤1.1.1 - 1.1.2使用公式先前初始化参数。 1，2，6和7。
    1. 产生的弯曲支架几何结合或组装的左，右转动螺旋弯曲绕一公共轴线（R）和对着的角figure-protocol-1157在原点（ 图1B）。
  3. 创建一个从直线和曲线支架CAD模型的高分辨率立体光刻（STL）文件。
    1. 选择 '导出>"从"文件菜单模式"。选择"STL"选项。设置"弦高"0集"角度控制"为1。申请"确定"创建STL文件。注:'角控制"的价值规定镶嵌的沿面量小半径和设置可以是0和1之间。
  4. 制造使用的材料和设备表中所列的材料在图1C所示的快速成型机在支架上的模型。
    1. 启动3D打印软件（见材料清单）。点击"插入"，找到3D打印机的计算机上的STL文件，并选择需要的文件。在屏幕上拖动鼠标以放置STL文件的3D渲染在屏幕上的虚拟平台（'纸盘'）。
    2. 选择合适的单位"毫米"（选项:"毫米"或"英寸"），从文件菜单中的选项卡。选择成品为"雾"的质量（运系统蒸发散:"磨砂"或"光泽"）。选择"纸盒设置>验证"从文件菜单标签。
    3. 认准"验证成功"消息，继续下一步。如果验证是不成功的1.3重复步骤 - 1.4.2，直到成功验证的实现。
    4. 选择"纸盒设置>构建'从文件菜单标签将文件发送到3D打印机制造的。
      注意:"弦高"的值控制模型表面的细分程度。它影响模型的准确度和文件大小将由最小值自动更换。弦高值小导致从文件大小权衡实际零件几何偏差少。验证检查需要确保该部分是在制造阶段，连续的和无效的任何结构异常。

2.准备运动粘度 - 和屈光在DEX-匹配的血液模拟液

注:以下步骤将产生近600毫升的血液模拟解决方案。化学试剂和溶剂与溶液制备中使用的相关属性的摘要是在材料清单提出。相关的材料特性，建议实验室设备和体积计算的准则在表2中，分别为3和4，给出。

  1. 制备碘化钠（NAI）的饱和溶液。
    1. 倒入500ml的去离子H 2的O到2,000毫升烧杯中。放置在磁搅拌器的烧杯中。
    2. 衡量一个置零的重量平衡≈860摹碘化钠和新增100摹增量放入烧杯中搅拌的同时，等待目前除了添加下一个之前完全溶解。记录温度在每个此外，由于去离子水的饱和度的方法2 O与碘化钠是略微exothermic。冷藏的溶液，作为必要维持它在RT（≈25℃）。
    3. 加小的NaI增量（≈5-10G）高达20克，直到溶液饱和。记录每次加入的质量和温度。完成时从磁力搅拌器饱和的NaI溶液中除去烧杯中。
  2. 测量饱和碘化钠溶液的密度（ figure-protocol-2489 ）。
    1. 加入10 mL饱和碘化钠溶液，从步骤2.1使用注射器（或体积吸管）一个零刻度50ml烧杯中，确保有没有气泡。记录的质量和体积增加。
    2. 计算每个除了用公式的密度。 8（ 见表3）。重复此步骤4-5次。平均记录密度。返回溶液到批在步骤2.1制得的饱和的NaI溶液。
  3. 估计血液模仿溶液的总体积。 < OL>
  4. 测量在步骤2.1中制备的饱和碘化钠溶液的质量，并计算其体积（ figure-protocol-2798 ）使用公式。 9.估计血液模仿溶液的总体积（ figure-protocol-2883 ）和甘油的部分体积（ figure-protocol-2956 ）和去离子水（ figure-protocol-3026 ），以下面的等式来添加。 10，11和12（ 见表3）。
  • 备血模拟解决方案。
    1. 制备通过在磁力搅拌器上均质混合血液类似物溶液含有79％的饱和的NaI溶液，20％甘油和1％的去离子水（按体积计）。
    2. 放置在烧杯上磁力搅拌器饱和的NaI溶液和以小的增量添加甘油（88 / 51288eq38.jpg"/>），使用注射器（或刻度或体积移液管），直到甘油的整个体积（ figure-protocol-3319 ）在步骤2.3计算被添加。对于每一个figure-protocol-3399迭代中，记录添加了体积，并等待直到溶液是明显均质化之前加入甘油的下一增量。
    3. 饱和碘化钠溶液和甘油完全均匀后，加入figure-protocol-3525使用注射器（或毕业或体积吸管）。继续在磁力搅拌器搅拌，直到血液模拟的解决方案是明显均化。
  • 表征血液模拟流体在标准环境温度和压力（25℃，1个大气压）。
    1. 测量使用标准乌氏粘度计或同等测量仪器的运动粘度（ν）。运动粘度可以通过使用刻度或体积移液管加入甘油的小，测量的量进行调整。
    2. 测量使用折射计对折射率（n）。折射率可通过使用刮刀加入硫代硫酸钠的无水的微量调节。
      注意:作者报告的动力粘度，ν= 3.55厘沲 （3.55×10 -6 m 2的秒-1±2.8％）和血液模拟流体的折射率，n = 1.45（±3.4％）5,6。

    • 3.安排下游的"IV型"支架失败的二次流速度场测量实验

    注意:胶合在一起的两个丙烯酸块，每个块以及提供用于入口和出口管上180°弯曲通道加工的180°弯曲动脉试验部分包括如图1F，图3A和 3B。选择用于测试部分的材料保证具有光学可访问性。作者报告在测试部分用作≈1.49145,6（ 见表2）的材料的折射率。

    1. 安装在由丙烯酸的体现形式的理想化的IV型骨折方案中的弯曲动脉试验段的步骤1制造的支架，将会导致支架和零散部件的直线位移的一个完整的横向断裂（ 见图1F，3A和3B）。
      1. 放置直支架的弯曲动脉试验段的上游（ 见图1F和3B）。为了确保直线和弯曲支架之间的间距是'3倍"的管（D 管 = 12.7毫米）的直径，将45°弯曲支架曲率内侧一端在入口到弯曲管（ 图2B）。
    2. 第组装È实验装置由如图所示的实验装置（ 图2）的在光学平台上（ 图3A）的示意图的直丙烯酸管连接到180°弯曲动脉试验段的入口和出口。

    4.采集二次流速度场的

    注意:在该协议的以下描述使用粒子图像测速仪（PIV）技术涉及采集二次流速度场的图3B（示意图）表明，有四个位置（45°，90°，135°和180°）。具有角凹口，以促进激光片投影，使平面剖次级流速。的协议的步骤涉及为90°的位置获得的测量。如果激光片放置在45°的位置，摄像机被放置在135°位置到获得对二次流光接入我asurements在45°位置。

    注意:下面的步骤是广义可能不包括通用于所述图像采集和后处理软件以及所使用的仪器控制软件方面（见材料清单）。可用的其他图像和数据获取包也可在协议中使用。

    1. 打开使用位于激光电源的ON / OFF开关的激光器。照亮小纸条以可视化的激光表。调整激光板材厚度（约2mm）的可视化，通过将激光聚焦板位于激光源的光学系统。
    2. 放置沿90°的测量区域中的激光片使得片材垂直于光学平台上。将相机接近0°或180°的位置来获得光接入由激光片照射的剖面图。
    3. 使用图像采集和后处理软件来调整对准激光和摄像机视摄像机的领域，以充分地捕捉弯曲动脉的圆形横截面的图像（ 见图3A）和降低粒子失真。通过检查的视场的软件生成的图像执行由'试错"的取向。使用位于激光电源的控制开关关闭激光，并确保相机开启取下镜头盖。
    4. 在PIV数据采集计算机上启动图像采集和后期处理软件，并登录为"专家用户"。创建从文件菜单中一个新的项目，指定"项目名称"，并根据"项目类型"选择"PIV"选项。从文件菜单中选择"新建"来初始化一个新的PIV记录会话。在"设置"上的图像采集和后处理软件部分选择"设备"。
    5. 导航到"录音"对话框中的屏幕上，激活"摄像机1"复选框，并选择"单帧（T1A）"选项。选择激光"单选按钮"在图像采集和后处理软件设置被设置为ON。按"EXT"和位于激光电源的"高功率"开关启动激光电源，在外部供电模式。
    6. 选择图像采集和后处理软件'抢'开始采集图像PIV观察计算机屏幕上。移动照相机轻微的手动调整在光学平台上，并调整焦点，以优化摄像机的位置以最大化视图场的，减少模糊和图像失真。
    7. 选择图像采集和后处理软件设置"停止"单选按钮，停止采集数据PIV，不进行任何进一步的调整相机。取向过程是在此阶段完成。
      注意:在这个阶段的激光脉冲由图像控制采集和后处理软件，并且可以通过在软件中的设置改变脉冲频率或"曝光"来进一步控制。因为它是由图像采集和后期处理软件控制的激光会自动停止。不要关闭图像采集和后处理软件作为当前项目将用于在接下来的步骤以获取PIV数据。
    8. 通过下面的步骤来确保阶段性的PIV数据是使用从与双脉冲激光和摄像机同步泵的仪器控制计算机的时间触发脉冲产生收购使用2C-2D PIV系统的二次流场的图像。
      注意:可编程的泵被连接到所述泵仪器控制计算机，并且由仪器控制软件程序的控制。随后的步骤涉及通过图像采集PIV计算机上设置的软件控制模块和后期处理和泵的仪器控制计算机我们ING仪器控制软件。
      1. 打开使用位于泵的ON / OFF开关的可编程的泵。启动泵的仪器控制计算机的仪器控制程序。
      2. 加载的文本文件具有电压 - 时间波形的值与基准触发器（T / T = 0），表示生理（颈动脉）上流速波形到仪器控制软件保持生理Womersley数figure-protocol-6244并且，最大雷诺兹figure-protocol-6313和Dean figure-protocol-6380号码（ 图4A）。
      3. 设置"振幅"为1（伏特），"DC偏移"为0（伏），对时间的步数"1000和仪器控制软件接口屏幕上的"时间段"为4（秒）。
      4. 确认外部鲍威在步骤4.5激光功率源上r模式，仍然激活。按"EXT"和"高功率"开关位于激光电源上，如果需要的话。
      5. 点击下的图像采集和后处理软件中的"设置"部分的"新记录"后，选择"设备"。导航到的图像采集和后处理软件（PIV电脑）的"记录"对话框中，激活"摄像机1"复选框，然后选择"双倍帧（T1A + T1B）"选项来设置激光射击双脉冲模式。
      6. 选择上的图像采集和后处理软件中的"录制"对话框，"时间"选项，选择"触发源"并将其设置为"外部周期性触发器"从泵的仪器控制模块触发信号进行同步。下选择"设置"上的图像采集和后处理软件送节"Aquisit"挞设置PIV采集。
      7. 导航到在图像采集和后处理软件的"记录顺序"对话框。添加下使用提供的软件界面上相应的选项卡"记录序列"A"表扫描"子类别。填充使用"编辑表扫描"，"追加扫描"和输入时间值从0毫秒，并且在40毫秒的时间间隔4000毫秒结束表创建的。对应于表中的每个时间条目输入Δt的值。进入每个值后按键盘上的"Enter"键。
      8. 导航到在图像采集和后处理软件的"记录顺序"对话框。下添加步骤4.8.7创建了"表扫描""图像采集"子类别。设置"图像数"为200，激活复选框"显示图像，同时记录"，然后选择"立即开始"。
      9. 塞莱克拉"设备"下的"设置"部分，并确认激光设置为"ON"与相应的电源设置。导航到"激光控制"进行确认。该PIV系统现在已准备好采集数据。
      10. 选择泵的仪器控制计算机上的仪器控制软件界面上的"RUN"单选按钮将流体供应到使用步骤4.8.2-4.8.3一个触发脉冲每4秒一起提供的投入实验。
      11. 选择"开始记录"在设置的每个时间实例获取使用触发信号从泵仪器控制，直至预定数的平面速度字段（200，足以达到统计收敛5，6，31，32）相逐测量在表扫描（见步骤4.8.7），在90°的位置进行。
      12. 按激光电源，一旦记录上的"停止"就完成了。关闭泵和相机，并将相机镜头合作版本。选择泵的仪器控制计算机仪器控制软件界面上的"停止"单选按钮。
      13. 目测实验装置，如果有必要测厚仪泄漏的级别，请收集泄漏的液体，以确保所有设备均已关机或可以留在待机状态下，两者是适当的。在图像采集和后处理软件关闭记录会话。

    5.相干检测二次流结构

    注意:使用图像采集和后处理软件和一组命令行功能（基于MATLAB的工具箱，PIVMat 3.01）进口，后处理和分析来自PIV系统5，6，33双组分向量场。

    1. 创建包含内部流动几何即 ，圆形的，平面的横截面面积的掩模。
      1. 选择在步骤4.4创建的项目，现在已经在每个获得的数据PIV在步骤4.8.7指定的时间实例。此外，选择包含整个数据PIV合奏的对话框中的任何数据。
      2. 按照说明，在"补充编码文件 - 创建一个面具"。
    2. 通过选择在项目窗口中的文件菜单中的"批处理"图标创建一个张贴处理例程，而一些PIV数据集被默认选中。用'操作列表"A将出现对话框应该在相同的顺序在以下步骤中提到来填充。
      1. 按照说明，在"补充编码文件 - 创建一个张贴处理例程"。
    3. 计算相位平均和RMS次要流速，和涡度字段。
      1. 从组"统计"，并在对话框中点击"参数":选择操作"矢量场结果向量的统计数据"。激活"平均V"和"RMS V'复选框UND呃了"向量场"部分。选择操作'腐-Z Eyx - EXY'选自'提取标量场:旋转及剪切"，以确定在平面截面二维涡。
    4. 启动后处理整个PIV数据并生成速度，RMS速度，涡漩和强度的步骤5.3和5.4创建的操作相平均数量。
      1. 在项目窗口下的任何PIV数据"单击鼠标右键"，选择"超回路列车>所有集"，并选择选项"添加所有'下'可用设置:"部分，以确保整个PIV数据合奏被选中。
      2. 从下拉菜单中选择'参数''过滤器:"部分。选择"批量处理"项下选择"操作:"部分。点击"执行"，开始PIV数据的"超回路列车"后处理。
    5. 计算纷飞强度figure-protocol-8505 ）字段来检测使用图像采集和后处理软件二次流结构。选择操作从集团的旋涡强度''中提取标量场:旋转及剪切"。
      1. 重复步骤5.4.1-5.4.2执行"超回路列车"后处理。
    6. 检测相干结构由figure-protocol-8691和连续小波变换的涡场figure-protocol-8762通过创建用户定义的MATLAB函数，并使用基于3.01-PIVmat MATLAB功能（请参阅"补充编码文件 - MATLAB代码"示例代码）。
      1. 通过初始化比例因子产生的数据从代表一个二维Ricker子波下列公式的2D阵列figure-protocol-8943公式。 13为任意值（见"补充编码文件 - MATLAB代码"）。
        figure-protocol-9045
      2. 执行二维卷积或涡傅立叶乘法figure-protocol-9128从步骤5.4的数据，与2D Ricker子波函数（式13）生成小波变换的涡量场figure-protocol-9244在初始化的比例因子figure-protocol-9314 。 （请参见"补充编码文件 - MATLAB代码"）。
      3. 计算熵figure-protocol-9417小波变换的涡场figure-protocol-9485由公式表示。 14（请参阅"补充编码文件 - MATLAB代码"）。
        figure-protocol-9588
      4. 改变缩放因子来figure-protocol-9667并产生表示二维Ricker子波（式13）的数据的新的二维阵列（参见图6）。
      5. 重复步骤5.6.1 - 5.6.4，对于大范围的比例因子（ figure-protocol-9824见在图6中的反馈环路。
      6. 建立信息熵的阴谋figure-protocol-9931与小波比例因子figure-protocol-9999在步骤5.6.5（ 见图6）。找到一个最佳的小波尺度figure-protocol-10103 ，通常对应于香农熵当地最低figure-protocol-10178 。重复步骤5.6.4在最佳小波尺度（SEË熵VS 图6小波尺度图）。
      7. 创建小波变换涡的等高线图figure-protocol-10313在对应于信息熵的最优值的小波比例因子figure-protocol-10392 。

    结果

    在图7A-D呈现的结果的后处理的二次流的速度数据之后产生（参见图5，图6）从图3A所示2C-2D PIV系统获得的。供给到与理想化"Ⅳ型"支架断裂弯曲动脉试验段的流入条件是在图4B所示的颈动脉波形。我们以前的研究已经证明二次流结构的敏感性减速条件在各种脉动流入波形的一定范围Womersley数字内

    讨论

    本文介绍的协议描述了采集中使用粒子图像测速技术（PIV）和相干结构检测方法，即，连续小波变换高保真的实验数据， figure-discussion-81 ，适合于涡和切主导的流动鉴定。从以理想化"IV型"断裂的存在生理流入实验数据的分析表明，与复杂的流体动力效应，如流动结构不对称性和变异在时空分布不能从简单的流体动力学理论预测的次要流结构。...

    披露声明

    没有利益冲突的声明。

    致谢

    作者承认，从美国国家科学基金会资助CBET-0909678和资金从GW中心仿生学仿生与工程（COBRE）的支持。我们感谢同学，克里斯托弗Popma先生，李亚男Penna的女士，香农·卡拉汉女士，Shadman Hussain先生，穆罕默德·R. Najjari先生，和杰西卡Hinke女士的帮助在实验室和马蒂厄Barraja先生协助CAD图纸。

    材料

    NameCompanyCatalog NumberComments
    Acrylic tubes and sheetMcMaster-Carr Supply CompanyInlet and outlet pipes and material of the curved artery test section
    Object24 Desktop 3D printerStratasysDesktop rapid prototyping machine. http://www.stratasys.com
    VeroWhitePlus Opaque materialStratasysBuilding material for Object24 Desktop 3D printer
    Fullcure 705StratasysNon-toxic gel-like photopolymer Support material for Object24 Desktop 3D printer
    Ubbelohde viscometerCole ParmerYO-98934-12Toward measurement of kinematic viscosity of the blood-analog fluid
    VELP scientifica - ESP stirrer VELP ScientificaF206A0179Magnetic stirrer
    Ohaus Scout Pro SP 601 The Lab DepotSP4001Weigh scale
    RefractometerAtagoPAL-RIToward measurement of refractive index of blood-analog fluid
    Beakers, pipettes, syringes and spatulaSigma-Aldrich CLS710110,  CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216Toward handling materials required for blood-analog solution preparation
    Sodium IodideSigma-Aldrich383112-2.5KG Crystalline
    GlycerolSigma-AldrichG5516-1LLiquid
    Deionized Water--Liquid
    Sodium thiosulfate anhydrousSigma-Aldrich72049-250GPowder
    PIV Recording mediumLaVisionImager Intense 10HzPIV Image acquisition CCD camera
    PIV Illumination sourceNew Wave ResearchSolo III-15PIV Laser source, Nd:YAG laser, 532 nm, dual pulse 70 mJ/pulse
    PIV Imaging softwareLaVisionDaVis 7.2PIV data acquisition and instrument control
    PIV Seeding materialThermo-scientific  Flouro-MaxRed fluorescent polymer microspheres (≈ 7 µm); Dry dyed polystyrene (DVB) fluorescent microspheres emit bright and distinct colors when illuminated by the light of shorter  wavelengths than the emission wavelength. 

    参考文献

    1. Dean, W. R. Note on the motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 208-223 (1927).
    2. Dean, W. R. The streamline motion of a fluid in a curved pipe. Phil Mag. 7, 673-695 (1928).
    3. Lyne, W. H. Unsteady viscous flow in a curved pipe. J. Fluid. Mech. 45, 13-31 (1970).
    4. Glenn, A. L., Bulusu, K. V., Shu, F., Plesniak, M. W. Secondary flow structures under stent-induced perturbations for cardiovascular flow in a curved artery model. Int. J. Heat Fluid Fl. 35, 76-83 (2012).
    5. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Secondary flow morphologies due to model stent-induced perturbations in a 180° curved tube during systolic deceleration. Exp. Fluids. 54, 1493 (2013).
    6. Bulusu, K. V., Hussain, S., Plesniak, M. W. Determination of secondary flow morphologies by wavelet analysis in a curved artery model with physiological inflow. Exp. Fluids. 55, 1832 (2014).
    7. Womersley, J. R. Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known. J. Physiol. 127, 553-563 (1955).
    8. Sheriff, J., Bluestein, D., Girdhar, G., Jesty, J. High-shear stress sensitizes platelets to subsequent low-shear conditions. Ann. Biomed. Eng. 38 (4), 1442-1450 (2010).
    9. Popma, J. J., Tiroch, K., Almonacid, A., Cohen, S., Kandzari, D. E., Leon, M. B. A qualitative and quantitative angiographic analysis of stent fracture late following sirolimus-eluting stent implantation. Am. J. Cardiol. 103 (7), 923-929 (2009).
    10. Kim, S. H., et al. A fractured sirolimus-eluting stent with a coronary aneurysm. Ann. Thorac. Surg. 88, 664-665 (2009).
    11. Adlakha, S., et al. Stent fracture in the coronary and peripheral arteries. J. Interv. Cardiol. 23 (4), 411-419 (2010).
    12. Alexopoulos, D., Xanthopoulou, I. Coronary stent fracture: How frequent it is? Does it matter. Hellenic J. Cardiol. 52, 1-5 (2011).
    13. Nair, R. N., Quadros, K. Coronary stent fracture: A review of the literature. Cardiac. Cath. Lab Director. 1, 32-38 (2011).
    14. Jaff, M., Dake, M., Popma, J., Ansel, G., Yoder, T. Standardized evaluation and reporting of stent fractures in clinical trials of noncoronary devices. Catheter Cardiovasc. Interv. 70, 460-462 (2007).
    15. Holdsworth, D., Norley, C. J., Frayne, R., Steinman, D. A., Rutt, B. K. Characterization of common carotid artery blood-flow waveforms in normal human subjects. Physiol. Meas. 20 (3), 219-240 (1999).
    16. Deutsch, S., Tarbell, J. M., Manning, K. B., Rosenberg, G., Fontaine, A. A. Experimental fluid mechanics of pulsatile artificial blood pumps. Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 65-86 (2006).
    17. Yousif, M. Y., Holdsworth, D. W., Poepping, T. L. A blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models. Exp. Fluids. 50, 769-774 (2011).
    18. Budwig, R. Refractive index matching methods for liquid flow investigations. Exp. Fluids. 17, 350-355 (1994).
    19. Hunt, J. C. R., Wray, A. A., Moin, P. Eddies, stream, and convergence zones in turbulent flows. Center for Turbulence Research. , (1988).
    20. Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields. Exp. Fluids. 29, 275-290 (2000).
    21. Chong, M., Perry, A. E., Cantwell, B. J. A general classification of three-dimensional flow fields. Phys. Fluids A. 2 (5), 765-777 (1990).
    22. Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow. J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).
    23. Haller, G. An objective definition of a vortex. J. Fluid Mech. 525, 1-26 (2005).
    24. Chakraborty, P., Balachander, S., Adrian, R. J. On the relationships between local vortex identification schemes. J. Fluid Mech. 535, 189-214 (2005).
    25. Wallace, J. M. Twenty years of experimental and direct numerical simulation access to the velocity gradient tensor: What have we learned about turbulence. Phys. Fluids. 21, 021301 (2009).
    26. Farge, M., Guezennec, Y., Ho, C. M., Meneveau, C. Continuous wavelet analysis of coherent structures. Center for Turbulence Research, Proceedings of the Summer Program. , 331-348 (1990).
    27. Himburg, H. A., Friedman, M. H. Correspondence of Low Mean Shear and High Harmonic Content in the Porcine Iliac Arteries. ASME J. Biomedical Eng. 128, 852-856 (2006).
    28. Dai, G., et al. Distinct endothelial phenotypes evoked by arterial waveforms derived from atherosclerosis-susceptible and -resistant regions of human vasculature. PNAS. 101 (41), 14871-14876 (2004).
    29. Hanus, J., Zahora, J. Measurement and comparison of mechanical properties of nitinol stents. Physica Scripta. 118, 264-267 (2005).
    30. Segur, J. B., Oberstar, H. E. Viscosity of glycerol and its aqueous solutions. Ind. Eng. Chem. 43, 2117-2120 (1951).
    31. Adrian, R. J., Westerweel, J. . Particle image velocimetry. , (2011).
    32. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. . Particle image velocimetry - A practical guide, 2nd ed. , (2007).
    33. Moisy, F. . PIVmat 3.01 software. , (2013).
    34. Ruppert-Felsot, J. E., Praud, O., Sharon, E., Swinney, H. L. Extraction of coherent structures in a rotating turbulent flow experiment. Physical Review E. 72, 016311 (2005).
    35. Bulusu, K. V., Plesniak, M. W. Shannon entropy-based wavelet transform methods for autonomous coherent structure identification in fluid flow field data. Entropy. 17 (10), 6617-6642 (2015).

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