Name: manufacturing abdominal aorta hydrogel tissue-mimicking phantoms for ultrasound elastography validation
Uploaded: 2018-09-19T13:30:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation at JoVE.com

هذا العمل كان يدعمها المركز الوطني "النهوض بالعلوم متعدية الجنسيات" من "المعاهد الوطنية للصحة" من خلال "جائزة رقم" UL1 TR000042 والمعهد الوطني للتصوير الطبية الحيوية والهندسة الحيوية للمعاهد الوطنية للصحة عن طريق رقم الجائزة R21 EB018432.

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

وتعرض هذه الورقة تقنية لتصنيع محاكاة الأنسجة أشباح لاستخدامها في اختبار الاستوجرافي أو مرونة التصوير الخوارزميات. يسمح الجمع بين استخدام CAD والطباعة 3D لتصميم كفء لأشباح محاكاة الابهر مع هندستها معقدة، تتجاوز أشباح أنبوبي، بما في ذلك التوسعات تضخمات. ويتم إنشاء الوهمية في الخطوات 4؛ 1 تصميم هندسة الوهمية، 2) طباعة أجزاء العفن الوهمية، 3) خلط من الحلول كريوجيل الذي سيتم في نهاية المطاف تحاكي خصائص الموجات فوق الصوتية والخصائص الميكانيكية للسفن الوهمية و 4) صب/الحقن كريوجيل الحل إلى العفن، إعداد بولي-ج مع دورات تجميد أذاب وإزالة شبح من العفن. استخدام كندي في يسمح في تصميم قوالب التي تم الحصول عليها في الخطوة 1 لوسائل بسيطة لتعديل التحديد هندسة الأشباح. طباعة أجزاء العفن يأخذ حاليا حوالي 5-8 ح تبعاً لحجم الطباعة وهكذا يمكن بسهولة إجراء تعديلات متكررة للقوالب.
في الخطوة 3، يتم إنشاء حلول كريوجيل لتقليد السفينة، وأنسجة الأوعية الدموية والخلفية مع كربونات الكالسيوم الجسيمات محاكاة مبعثر الولايات المتحدة من الأنسجة. ينبغي أن تكون الحلول كريوجيل أثارت قبل الاستخدام إذا استقروا جزيئات الكالسيوم من الخليط. سوف تحدد التركيز الدقيق لخليط كريوجيل الخصائص الميكانيكية النهائي الأشباح. وبالتالي، من المهم إنشاء العينات المستقلة لكل من الحلول التي تستخدم في السفينة الوهمية والخلفية. على الرغم من أن ليس جزء من البروتوكول هنا، قياسات مستقلة لمعامل مرونة العينة ينبغي الحصول على استخدام اختبار التوتر أونياكسيال. اختبار ميكانيكية مستقلة عينات بولي-c لأشباح 10%، 15%، 20% ونسبة 25 في المائة التي تم إنشاؤها في نتائج الممثل كان قياس معامل القص 17.4 كيلو باسكال ± 1.0، 48.3 كيلو باسكال ± 5.7، 95.1 كيلو باسكال ± 0.4 و 170.0 ± 4.1 الجيش الشعبي الكوري، على التوالي.
الخطوة 4 هو الخطوة الأكثر أهمية في خلق هذه الأشباح. على الرغم من دبابيس التسجيلات في المكان للحفاظ على أجزاء العفن في مواقعها الصحيحة بالنسبة للآخرين، من المهم التأكد من أن القالب لا تفصل أجزاء أثناء عملية صب. وهكذا، استخدام المشابك عقد العفن. النظر في أهم من الخطوة 4 تقليل فقاعات الهواء محاصرين في القالب قبل فترة تجميد أذاب الأولى. يكون من المفيد غالباً لتفكيك أحد جانبي القالب الخارجي وتفقد الوهمية بعد الأول تجميد أذاب دورة لضمان أنها شكلت بشكل صحيح. هذا يمكن أن يوفر الوقت الضائع في وضع الوهمية "سيئة" من خلال دورات إضافية. بمجرد تم إزالة شبح من العفن تماما، يمكن تخزينه في الماء لعدة أسابيع مع استمرار استخدام.
تم إنشاؤها أشباح ج بولي المتقدمة في هذا العمل على وجه التحديد تقليد صلابة بالموجات فوق الصوتية ومواد النسيج الابهري. يسمح استخدام البولي فينيل الكحول كريوجيل لمجموعة أوسع نطاقا من صلابة ميكانيكية ممكنة، لتقليد أفضل خصائص المواد المتغيرة النسيج الابهري مقارنة بالمطاط أكثر مثل المواد33،34. وبالإضافة إلى ذلك، استخدام المائية والاستثمار الصب يلتقط أفضل الخصائص الصوتية مسبوك المطاط أو المواد المطبوعة مباشرة 3D33،45. يمكن الحصول على المحاصرين بعض فقاعات الهواء في قوالب لدينا قبل فترة تجميد أذاب الأولى. وهذا يؤدي إلى حدوث فجوة في الوهمية ويؤدي إلى ضعف مادي أو التحف الصوتية. وبالتالي، يوصي بفحص أشباح الخروج من القالب بعد أول التجميد أذاب لتحديد إذا كان يجب إعادة تشغيل العملية. وبالإضافة إلى ذلك، وجدت الكتاب أن العفن الداخلي يمكن أن تحول في بعض الأحيان أثناء تجميد الجزء التوسعات الأشباح. في حالة حدوث ذلك، سيكون تعديل واحد من البروتوكول أعلاه لإنشاء 3D جزء مصممة، المطبوعة، أو خلاف ذلك بشدة عقد العفن التجويف الداخلي للقالب الخارجي الأمامي خلال تجميد هذا القسم. قد وجد الباحثون أن استخدام الجانب الخلفي من العفن الخارجي وفاصل 5 ملم بين الخلفي الخارجي العفن والعفن الداخلي يعمل جيدا لهذا الغرض.
الوهمية وضعت هنا يعتبر مثاليا لدراسة تأثير التغيرات في القطر، والتوسعات وسمك لومينال، أو التي يحتمل وجود خثرة في الأنسجة بتحرير ملفات CAD الأصلية. ومع ذلك، الأعمال السابقة أظهرت أيضا أنه يمكن تعديل هذا الأسلوب صناعة لإنتاج الهندسات الوهمية الخاصة بالمريض باستخدام صور التصوير المقطعي وتجزئة البرامج، بدلاً من تصميم كندي، لخلق 3D طباعة قوالب الوهمية 44-أن النتائج تظهر هنا إثبات أن الخوارزمية قادرة على تصور الاختلافات المصنعة في الخواص الميكانيكية للأقسام الوهمية. تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن هذه الأشباح استخدمت لاختبار تقنيات التصوير التي مقرها في الولايات المتحدة، أيضا متوافقة مع الرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي نظم التصوير، وأنها قد تستخدم أيضا يتجاوز غرض مرونة التصوير، لمجموعة واسعة مجموعة من تقنيات التصوير الرواية والطرائق.

تمدد الأوعية الدموية الابهري البطني (AAA) هي التوسعات المحورية للشريان الاورطي التي تحدث على وجه التفضيل قرب التشعب الابهر1. السبب الدقيق لتشكيل أأأ غير معروف، على الرغم من أن العديد من النظريات تشير إلى أن الآلية المرضية المتعددة العوامل، مع العوامل الوراثية والسلوكية والفسيولوجية والبيئية التي تسهم في2،3. بينما يمكن الحصول على تشخيص الشريان الاورطي البطني باستخدام تقنيات التصوير غير الغازية، التنبؤ بخطر تمزق الخاصة بالمريض ليس ك الدقيق4،،من56. الإصلاح الجراحي يمكن أن تقلل من خطر تمزق الابهر، لكن المنطوق إصلاح الشريان الاورطي يحمل نسبة عالية من معدلات الاعتلال والوفيات المرتبطة بها7. استخدام الممارسات الجراحية الحالية "معايير الحد الأقصى للحجم"، أو الحد الأقصى المطلق من تمدد الأوعية الدموية، قطره للتنبؤ بالمخاطر المريض من تمزق. ولسوء الحظ، كذلك ثبت أن تمدد الأوعية الدموية لا تزال تصدعات أدناه أحجام مقبولة سريرياً للإصلاح الجراحي، مما يعني أن المرضى الذين يعانون من تمدد الأوعية الدموية في أي الحجم تحمل بعض المخاطر من تمزق8،9، 10 , 11 , 12 , 13-بالإضافة إلى ذلك، من المعروف أن التقارير التاريخية من خطر تمزق هي تقديرات الزائد المحتمل من خطر تمزق الحقيقية، مما يعني أن العديد من المرضى الذين يتعرضون لخطر العمليات الجراحية دون فائدة13. إجراء تقييم أكثر دقة لخطر تمزق الخاصة بالمريض مطلوب للمساعدة التجهيزة نسبة المخاطر والمنافع المريض يمر بإصلاح تمدد الأوعية الدموية في الجراحة.
فقد ثبت أن التوزيع المكاني الإجهاد داخل أأأ ذا أهمية حاسمة في تحديد إمكانية تمزق وقد تكون مؤشرا أفضل من القطر الأقصى14،،من1516،17 , 18-استخدام معظم الدراسات الأخيرة أن التحقيق وميكانيكا تمزق AAA الهندسات مجزأة من صور التصوير المقطعي (CT) محسوبة بالأشعة السينية، ومتوسط السكان الخواص الميكانيكية للنسيج الابهري تقاس السابقين فيفو. ثم يتم استخدام العناصر المحدودة (FE) نماذج للتنبؤ بجدار السفينة تؤكد15،14،16،،من1718. ومع ذلك، لأنه يتم تحديد الخواص الميكانيكية بعد الختان الأنسجة، الواضح عما إذا كانت النماذج الناتجة بدقة تصوير الناتجة في فيفو الخاصة بالمريض وتشدد على. هذه الدراسات عادة ما تحمل السفينة متجانسة الخصائص المادية الجدار ولا تستأثر متغايرة جداً بنية الجدار الابهري وخثره19،،من2021،22 ،،من2324،25.
ويستخدم التصوير بالموجات فوق الصوتية على أساس مرونة سريرياً لتشخيص ومراقبة مجموعة متنوعة من الأمراض الأمراض26. هذه التكنولوجيا توفر وسيلة غير الغازية لاستجواب التفاعلات الفيزيائية للأنسجة الرخوة. وقد استخدمت تصوير مرونة الأوعية الدموية في الولايات المتحدة كعامل مساعد التصوير طريقة للتقييم السريري في الولايات المتحدة في الفحص ورصد AAAs. المزيج من هذه الأساليب يوفر معلومات هندسية على حد سواء، مثل القطر والطول، فضلا عن بيانات الميكانيكية، مثل صلابة النسبي وتباين صلابة. بينما تتطلب مرونة العديد من تقنيات التصوير تحميل خارجي للحث تشوه أنسجة القابلة لقياس، الاقتراح الأنسجة التي تقاس هنا هو الناجمة عن التغيرات في ضغط الابهر الناجمة عن قلب ينبض. تم نشر أساليب عديدة لحل مكانياً حقول سلالة في تشويه السفن، بيد دراسات التحقق من صحة هذه الطرق كانت محدودة للمرضى البشر، ونماذج حيوانية، أو السابقين فيفو الأنسجة العينات27،28 ،،من2930،،من3132. وحتى الآن، تسمح بعض الأساليب إبداعات الهندسات مخصص مع خصائص المواد المتنوعة مكانياً27،29.
نقدم هنا طريقة صنع لنا أشباح متوافقة، ومحاكاة الأنسجة التي يمكن تكييفها لمجموعة متنوعة من الهندسات الابهري ذات الصلة، وخصائص المواد للتحقق تقنيات الاستوجرافي الولايات المتحدة. على الرغم من أن المجموعات السابقة كانت قادرة على تصميم أشباح هندسة معقدة لتقليد AAA هندستها باستخدام 3D الطباعة التكنولوجيا33،34، المطاط للطباعة معروفة ليكون توهين عالية إلى الولايات المتحدة، ولا تملك وسيلة لوقت لاحق بهم خصائص المواد. أشباح مصنوعة من كريوجيل البولي فينيل الكحول (PVA-ج)، التي ثبت سابقا أن تكون مثالية لمحاكاة نسيج وعائي خصائص35. يمكن استخدام هذه الأشباح في الولايات المتحدة، والرنين المغناطيسي، والاستوجرافيك التصوير36،،من3738. تم تصميم هندسة الابهر وبالمثل لمحاكاة النموذج تم إنشاؤها بواسطة فورب et al. 14. السفينة قطر 22.5 mm اسمية ولديه انتفاخ التوسعات التي هي الإنتفاخ 64 مم منذ وقت طويل، 47 مم في القطر وغريب الأطوار (β = 0.6)14 في الجانب الأمامي من الوهمية. المقطع الأخير يقلد التشعب حرقفي يبلغ قطرها القاصي من 15 ملم. الوهمية قد اختار أن يكون سمك ثابت من حوالي 5 مم. راغافان ذكرت et al. في دراسة صغيرة أن سمك سفينة AAA يتراوح بين 0.23-4.26 مم، بمتوسط قيمة 1.48 مم39. تم اختيار سمك سفينة اسمية في نهاية هذا الطيف أكبر هنا لتصنيع الشواغل مع التوقع بأن تحسن سوف تحسين تقنيات الطباعة 3D سمك الحد الأدنى الوهمية التي قادرة على أن يكون مصبوب. تم تصميم قوالب الوهمية في كندي وتطبع 3D باستخدام الطابعات المتوفرة تجارياً والشعيرة.
القوالب حقن مملوءة بالحل بولي-ج وتعرض لسلسلة من دورات تجميد/ذوبان الجليد (-20 درجة مئوية و + 20 درجة مئوية) تشابك البوليمر بولي-ج وبلمره الهلام. معامل مرونة بولي-ج يسيطر عليه تغيير تركيز العدد من دورات تجميد أذاب أو هلام بولي-ج. المقطع التوسعات العفن الوهمية الخسارة المطلوبة لإزالة من التجويف الداخلي للسفينة. تم إنجاز هذا باستخدام الكحول البولي، خيوط طابعة 3D (PVA). على الرغم من مشابهة كيميائيا في مسحوق بولي-ج، خيوط بولي بلمرة لا عند المجمدة، وعلى هذا النحو، يمكن أن يذوب في الماء بعد أن تم تعيين بولي-ج. يتم طباعة قوالب نماذج إضافية لإنشاء عينات اختبار الشد، في تكوين "كلب العظام"، مع تركيز بولي-ج نفسه. الخضوع لدورات تجميد/ذوبان الجليد في نفس هذه القوالب وهي المستخدمة لاختبار الشد لقياس معامل مرونة الأقسام الوهمية بشكل مستقل. وقد صنعت مادة خلفية مع جيم بولي ليونة، لمحاكاة الأنسجة من40،ريتروبيريتونيوم41. وقد صنعت هذه الخلفية الوهمية كأنبوب أسطواني أكسيسيميتريك متجانسة مع قطرها داخلي 4 سم وقطرها خارجي 16.5 سم وطوله 16.5 سم. وكان مصنوعة من حل بولي 5% وتعرض لمجموعة من تجميد أذاب دورتين.
توضع في الخلفية وشبح أشباح AAA النهائي ومتصلة، عبر أنبوب التجهيزات والمشابك، لمضخة مياه الفسيولوجية مصممة لتشوه الأشباح مع تدفقات دوري الفسيولوجية والضغوط. تم تعيين سرعة مضخة لتسليم حوالي 6-7 الجيش الشعبي الكوري ضغط نبض بمعدل حوالي 1 هرتز-الترا صورة الصوت متواليات من أشباح تشويه جمعت، وتم حساب الضغط الضغط تطبيع لتحديد الاختلافات في مكانياً تختلف الخصائص الميكانيكية. الممثل نتائج الضغوط التي تعرض صور سلالة تم تسويتها داخل منطقة السفينة. الفروق الإقليمية المتزايدة في سلالة تم تسويتها من أشباح ايربان أشد، بالنسبة إلى فانتوم متجانسة، إظهار الاختلافات في صلابة السفينة وقدرتنا على قياس ذلك.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:983px;" width="982">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">PLA filament</td>
			<td style="width:369px;">MatterHackers, MatterHackers.com</td>
			<td style="width:179px;">MEEDKTKU</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">PVA filament</td>
			<td style="width:369px;">MatterHackers, MatterHackers.com</td>
			<td style="width:179px;">M4MJTECR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">LeakSeal</td>
			<td style="width:369px;">RPM International Inc., Rustoleum.com</td>
			<td style="width:179px;">265495</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">Polyvinyl alcohol powder (Elvanol 71-30)</td>
			<td style="width:369px;">DowDuPont Inc., ChemistryStore.com</td>
			<td style="width:179px;">SKU: 81015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Calcium Carbonate Powder</td>
			<td style="width:369px;">greenwaybiotech.com via amazon.com</td>
			<td style="width:179px;">Amazon: B00HFFCBYQ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">Tacky Wax</td>
			<td style="width:369px;">bards.com via amazon.com</td>
			<td style="width:179px;">Bards: BB759 
			Amazon: B016KBDYRS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Rostock max 3D Printer</td>
			<td style="width:369px;">SeeMeCNC, seemecnc.com</td>
			<td style="width:179px;">SKU: 84459</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Onshape CAD software</td>
			<td style="width:369px;">OnShape, onshape.com</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Mattercontrol printer software</td>
			<td style="width:369px;">MatterHackers, MatterHackers.com</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:268px;">Mikro-Cath pressure catheter and device</td>
			<td style="width:369px;">Millar, Inc., millar.com</td>
			<td>4501016/B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">BNC digital acquisition</td>
			<td>National Instruments Corporation, ni.com</td>
			<td style="width:179px;">NI USB-6251 BNC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">clear cast acrylic sheet</td>
			<td align="left">mcmaster-carr Supply Company, mcmaster.com</td>
			<td>8560K274</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:268px;">Cole-Parmer Stopcocks with Luer Connections; 3-way; male lock, Non-sterile</td>
			<td style="width:369px;">Cole-Parmer, coleparmer.com</td>
			<td style="width:179px;">EW-30600-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BD Disposable Syringes (60 mL, Luer lock)</td>
			<td style="width:369px;">Cole-Parmer, coleparmer.com</td>
			<td style="width:179px;">EW-07945-28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">6 Inch Ratchet Bar Clamp / 12 Inch Spreader</td>
			<td>Tekton, Inc., www.tekton.com</td>
			<td style="width:179px;">39181</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Tygon PVC Clear Tubing</td>
			<td align="left">mcmaster-carr Supply Company, mcmaster.com</td>
			<td>6516T53</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">MTS Qtest Q/5</td>
			<td style="width:369px;">MTS Systems Corperation, www.mts.com</td>
			<td style="width:179px;">4501016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">MTS 5N Load Cell</td>
			<td style="width:369px;">MTS Systems Corperation, www.mts.com</td>
			<td style="width:179px;">4501016/B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:268px;">Abaqus FEA</td>
			<td style="width:369px;">Dassault Syst&#232;mes, 3ds.com</td>
			<td style="width:179px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing abdominal aorta hydrogel tissue-mimicking phantoms for ultrasound elastography validation

الاستوجرافي (الولايات المتحدة) بالموجات فوق الصوتية، أو التصوير بمرونة، هو عامل مساعد التصوير التقنية التي تستخدم صور الولايات المتحدة متسلسلة من الأنسجة الرخوة قياس حركة الأنسجة والاستدلال أو تحديد خصائص النشاط الحيوي الأساسي. للبطن تمدد الأوعية الدموية الابهري (AAA)، قد تكون خصائص النشاط الحيوي مثل التغيرات في الأنسجة معامل مرونة والتقديرات من الإجهاد أنسجة ضرورية لتقييم الحاجة إلى التدخل الجراحي. تمدد الأوعية الدموية الابهري البطني الولايات المتحدة elastography يمكن أن تكون أداة مفيدة رصد التطور AAA والتعرف على التغيرات في النشاط الحيوي الخصائص المميزة للمرضى المعرضة للخطر.
هدفا أولياً في تطوير أسلوب elastography AAA لنا هو التحقق من أن أسلوب باستخدام نموذج ذات صلة فعلياً مع خصائص المواد المعروفة. نقدم هنا عملية لإنتاج AAA محاكاة الأنسجة أشباح مع الهندسات ذات الصلة فعلياً وخصائص المواد المعدلة مكانياً. تهدف هذه الأنسجة أشباح لتقليد خصائص الولايات المتحدة، ومعامل التحويل المادي، والهندسة لتمدد الأوعية الدموية الابهري البطني. الأنسجة أشباح مصنوعة باستخدام كريوجيل البولي فينيل الكحول (PVA-ج) ومصبوب أجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها باستخدام الحاسوب (CAD) تصميم البرمجيات باستخدام. يتم التحكم معامل الأشباح بتغيير تركيز بولي-ج وعن طريق تغيير عدد دورات تجميد أذاب المستخدمة إلى بلمرة في كريوجيل. أشباح AAA متصلة بمضخة الفسيولوجية، مصممة لتشوه الأشباح مع ضغط دوري الفسيولوجية والتدفقات. تسلسل الصور الصوت فائقة من أشباح تشويه المسموح بها لحساب الضغط الضغط تطبيع المكانية وتحديد الخواص الميكانيكية لجدار الوعاء. وترد نتائج الممثل لإجهاد الضغط تطبيع.

تظهر الصور الممثل ب-وضع السفينة محاكاة أشباح لضغوط الحد الأدنى والحد الأقصى تقاس بالقسطرة (الشكل 4ب ج 4، على التوالي). ويرد in%/kPa سلالة تطبيع ضغط (اليوروف/PP) لأربعة أشباح المصنعة المختلفة (الشكل 5). الشكل 5 يبين سلالة تطبيع الضغط المقاسة ضمن فانتوم متجانسة المصنعة بنسبة 10 في المائة حسب الكتلة الحل بولي-ج. كانت نسبة الضغط المتوسط تقاس خلال ربع الخلفي (أسفل الصورة) الوهمية لإجهاد متوسط في الربع الأمامي (أعلى الصورة) 0.92. الشكل 5 يظهر ب اليوروف/PP للوهمية التي تم تصنيعها المقطع التوسعات فانتوم مع 15% من الحل الشامل بولي-ج وما تبقى من شبح تم استخدام 10% من كتلة بولي-ج. تم العثور على نسبة الخلفي الأمامي بسلالة لهذا الوهمية إلى 1.87. الشكل 5 ج يظهر اليوروف/PP للوهمية غير متجانسة مع 20 في المائة حسب الكتلة بولي-c، مع الخلفي الأمامي سلالة نسبة 4.23. الشكل 5 ويبين د اليوروف/PP للوهمية غير متجانسة مع 25% حسب الكتلة بولي-c، مع الخلفي الأمامي سلالة نسبة 7.37.
وتبين النتائج المعروضة هنا أن أشباح الابهر البطني تم إنشاؤها مع هندستها معقدة ومتفاوتة مكانياً خصائص المواد. تم تصميم الهندسيات الوهمية، أو على وجه التحديد، وقد فعلت قوالب الوهمية باستخدام برامج الكمبيوتر التي تسهل التعديلات الهندسة الوهمية (الشكل 1 و 1b). قوالب يمكن سهولة 3D مطبوعة وتجميعها والعفن مجمع الهندسيات يمكن طباعتها باستخدام خيوط بولي وإزالتها، على غرار فقدت الشمع تقنيات الصب. يمكن أن تكون مضغوطة بشكل حيوي أشباح السفن النهائية وهي مستقرة تحت الأحمال الكبيرة(الشكل 4). أشباح تتوافق مع الموجات فوق الصوتية، والتصوير (الشكل 4باء و جيم 4) خصائص المواد محاكاة ستيفنيسيس الابهر البطني. الاختلافات في نسب سلالة في الأمامي للمناطق الخلفية من الصور سلالة إثبات أن المناطق التي لها خصائص مادية مختلفة (الشكل 5) واختبار ميكانيكية مستقلة على العينات قياس قيم الضبط بهم بواقي القص كل منهما.

Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation at JoVE.com

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

هنا يصف لنا طريقة لتصنيع أشباح التوسعات، الابهري محاكاة الأنسجة لاستخدامها في اختبار الموجات فوق الصوتية الاستوجرافي. الاستخدام المشترك للتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) وثلاثي الأبعاد (3D) الطباعة تقنيات إنتاج الابهري أشباح مع هندستها المعقدة، ويمكن التنبؤ به للتحقق من صحة الاستوجرافيك التصوير الخوارزميات مع التجارب التي تسيطر عليها.

تصنيع الشريان الاورطي البطني المائية الأنسجة محاكاة أشباح للتحقق من صحة الاستوجرافي بالموجات فوق الصوتية

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في تقييم الخوارزميات المتأصلة في مجال التصوير بالموجات فوق الصوتية الوعائية ، عن طريق محاكاة الأوعية ذات الصلة سريريًا مع هندستها المعقدة وخصائص المواد المتغيرة مكانًا. والميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تؤسس منهجية لتصنيع الأنسجة بسهولة تحاكي الأشباح مع معلمات هندسية قابلة للتوابل بالإضافة إلى خصائص ميكانيكية متفاوتة مكانياً. قد تقدم تقنية التصنيع هذه قدرتنا على تشخيص تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني من خلال التحقق من صحة طريقة لقياس الخواص الميكانيكية المتغيرة الكامنة في المرض.(إثبات العملية سيكون (لوك سيبولسكي، فني من مختبري لإعداد الهيدروجيل، مزيج 22.2 غراما من مسحوق PVA-C في 200 ملليلتر من ماء الصنبور في كوب زجاجي، وميكروويف الحل لغليان. ثم يحرك ويغلي الحل مرة أخرى حتى يتم حل كل من PVA.المقبل, تعليق 0.4 غراما من مسحوق كربونات الكالسيوم في 10 ملليلتر من الماء وخلط تعليق كربونات الكالسيوم تماما في محلول PVA كما تشتت الموجات فوق الصوتية. ثم، تغطية الحل لتبريد درجة حرارة الغرفة. جعل حل آخر PVA-C مع 17.6 غرام من مسحوق PVA-C في 100 ملليلتر من ماء الصنبور في كوب زجاجي آخر مع الغليان والتحريك حتى الحل واضح.ثم إضافة 0.4 غرام من مسحوق كربونات الكالسيوم في خمسة ملليلتر من تعليق الماء بالموجات فوق الصوتية مبعثر إلى حل PVA-C الثاني. مزيج الحل النهائي PVA-C مع 193.7 غراما من مسحوق PVA-C و 3.5 لتر من ماء الصنبور في وعاء كبير وتقديم الحل إلى الغليان، وإزالة وعاء من الحرارة مرة واحدة يتم تعليق تماما PVA في الحل. ثم إضافة 7.4 غرام من مسحوق كربونات الكالسيوم في 10 ملليلتر من تعليق الماء إلى وعاء والسماح للمحلول لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة.لتجميع القوالب، نعلق نهاية واحدة من حوالي 100 قطعة ملليمتر من أنابيب مرنة لمنفذ حقن قالب تجويف الخارجي واربط ديك وقف مع وصلات حقنة إلى الطرف الآخر. باستخدام الشمع تشوه، محاذاة دبابيس التسجيل من قالب التجويف الداخلي والتمسك جزء السفينة انتفاخ من القالب التجويف الداخلي إلى جزء السفينة مستقيمة من القالب التجويف الداخلي. في منطقة جيدة التهوية، وتطبيق رذاذ على طلاء المطاط مرنة نهاية تمدد الأوعية الدموية من القالب التجويف الداخلي لمنع الهيدروجيل من حل جزء قالب PVA أثناء عملية صب.مع الجانب الأكبر من جزء تمدد الأوعية الدموية من القالب الخارجي التي تواجه لأسفل، ملء انتفاخ مع 15 ملليلتر من 17.6 غرام PVA-C الحل ووضع أجزاء العفن الداخلي تجميعها في الجزء الخارجي الأمامي العفن باستخدام عصابات المطاط لعقد جزء التجويف الداخلي في مكان. ثم ضع تجميع العفن في ثلاجة ناقص 20 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. وفي الوقت نفسه، تطبيق كمية سخية من الشمع تشوه على السطح الخلفي من قالب عينة مطبوعة ومشابك قالب عينة إلى ورقة بلاستيكية مسطحة قطع إلى الحد الأدنى لحجم حوالي 100 في 60 في 10 ملليمتر.ثم، ملء المسافة بين القالب والبلاستيك ورقة مع حل PVA 17.6 غرام ووضع القالب في الفريزر ناقص 20 درجة مئوية. دون السماح للحل في قالب الجمعية الأولى ذوبان تجميع ومشبك معا قالب السفينة بأكملها بطانة طبقات من قالب التجويف الخارجي مع الشمع تشوه لضمان أن هيدروجيل لا تسرب أثناء الحقن. ملء حقنة 60 ملليلتر مع 22.2 غرام PVC الحل وعقد نهاية التشعب من العفن حتى حقن محلول PVA-C في الجمعية العفن.السماح للعفن شيدت حديثا لتعيين لمدة 30 دقيقة مع التنصت لطيف كل 10 دقائق للسماح لأي فقاعة الهواء لترتفع إلى أعلى القالب. ثم، تجميد الجمعية العفن بأكمله لمدة 12 ساعة. وفي الوقت نفسه، وتجميع المشبك قالب عينة أخرى وقطع ورقة بلاستيكية مسطحة كما هو موضح، وملء الفضاء بين القالب والبلاستيك ورقة مع حل PVA 22.2 غرام، وتجميد القالب لمدة 12 ساعة.في نهاية الاحتضان تجميد، ذوبان كل من العفن لمدة 12 ساعة في درجة حرارة الغرفة، تليها أربعة أكثر 24 ساعة تجميد وذوبان الدورات. بعد دورة التجميد الخامسة، قم بإزالة عينات اختبار PVA-C من قوالبها وتقليم أي كريوجل زائد من العينات للتخزين في حاوية مختومة من خمسة في المائة من محلول مياه التبييض في درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك، قم بإزالة وعاء PVA-c من قالب التجويف الخارجي، وفصل الجزء المستقيم من التجويف الداخلي عن الجزء الخارجي من التجويف.ثم قطع تباعدات التسجيل من نهاية bifurcated من الجزء تمدد الأوعية الدموية من القالب التجويف الداخلي لفضح خيوط PVA المطبوعة ووضع PVA المطبوعة جزء في حمام مائي في درجة حرارة الغرفة إلى حل جزء تمدد الأوعية الدموية PVA. بعد حل وإزالة الجزء المطبوع PVA من داخل السفينة الوهمية تخزين الوهمية في حاوية مختومة من خمسة في المئة من حجم محلول المياه المبيض في درجة حرارة الغرفة. ملء قالب الخلفية مع ما يقرب من 3.3 لتر من 183.7 غرام PVA-C حل وملء قالب عينة مع 183.7 غرام PVA-C حل وتجميد وذوبان الخلفية وعينة قوالب لمدة 24 ساعة.بعد ذوبان الثانية، وإزالة عينة الخلفية وخلفية الوهمية من قوالب وتخزينها في حاوية مختومة من 5 في المئة الطازجة من حجم محلول المياه التبييض في درجة حرارة الغرفة. لاختبار الأشباح والعينات، ضع السفينة والأشباح الخلفية في حمام مائي كبير واستخدام مشبك أنابيب لإرفاق نهاية السفينة الأكبر إلى إخراج مضخة المياه الديناميكية الدموية. وضع شبح السفينة في شبح الخلفية واستخدام الأنابيب المشابك لإرفاق نهايات ثنائية من الوهمية إلى مدخل لمضخة الدم.وضع القسطرة استشعار ضغط الحالة الصلبة في نظام مضخة نهاية السفينة بالقرب من مدخل مضخة الدم وتشغيل مضخة الدم الديناميكا بحيث الضغوط من تشكيلات Walde هي بين الحد الأدنى من صفر كيلوباسكال وبحد أقصى 7.5 كيلوباسكال. ثم استخدام نظام الموجات فوق الصوتية ومحول محدب مع تردد مركز ما يقرب من خمسة ميغاهرتز لجمع صور الموجات فوق الصوتية من الخلفية والسفن الوهمية في المقطع في موقع الحد الأقصى لقطر السفينة تسجيل بيانات الضغط باستخدام نظام اقتناء الرقمية. هنا، كما تمثل الصور ب وضع السفينة محاكاة الأشباح للحد الأدنى والحد الأقصى من الضغوط التي تقاس بالقسطرة تظهر.في هذا مصنعة شبح كان النسبة من الضغط معدّلة طبيعيّ سلالة يقاس ضمن الربع خلفيّة من الشبح إلى ال يتوسّط إجهاد في الربع أماميّة كان 0.92. في هذا الشبح المصنعة، تم إجراء القسم تمدد الأوعية الدموية من الشبح مع 15 في المئة من قبل حل كتلة PVA-C والباقي من الوهمية تم باستخدام 10 في المئة من قبل كتلة PVA-C وتم تحديد نسبة من الخلفية وإلى سلالة الأمامية لتكون 1.87. هنا، ولدت الوهمية غير المتجانسة مع 20 في المئة من قبل كتلة PVA-C مع نسبة سلالة الخلفية إلى الأمامية من 4.23 وهذا 25 في المئة من قبل كتلة PVA-C الشبح غير متجانسة أظهرت في الخلفية لسلالة الأمامية من 7.37.كما هو موضح، يمكن الضغط على أشباح السفينة النهائية بشكل ديناميكي وهي مستقرة تحت الأحمال الكبيرة. في حين تحاول هذه العملية التصنيع، من المهم للحفاظ على تسجيل جميع المقاطع العفن. إذا لم يتم تركيب أجزاء العفن بشكل صحيح أجزاء رقيقة من جدار السفينة قد ينتج.استخدام البولي فينيل الكحول cryogel يسمح لمجموعة واسعة من قيم صلابة لمحاكاة خصائص المواد المتغيرة من الأوعية الدموية. بعد الأسلوب المبين في هذا الإجراء، يمكن إنشاء هندسات وهمية أخرى واختبارها باستخدام قوالب CAD مماثلة أو قوالب محددة المريض من صور CT محسنة على النقيض من السفن. وقد تم تصميم أشباح cryogel وضعت هنا خصيصا للتصوير بالموجات فوق الصوتية، ومع ذلك، فهي متوافقة أيضا مع الإقامة المغناطيسية والكمبيوتر tomogrophy أنظمة التصوير ويمكن استخدامها للتحقق من صحة مجموعة واسعة من تقنيات التصوير.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

المغناطيسي منهجية Elastography الرنين لتقييم الأنسجة المهندسة النمو كونستركت

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Cultivation of Human Neural Progenitor Cells in a 3-dimensional Self-assembling Peptide Hydrogel

زراعة خلايا العصبية السلف في هيدروجيل 3 الابعاد الذاتي تجميع الببتيد

The  influence of 3-dimensional (3D) scaffolds on growth, proliferation and finally  neuronal differentiation is of great interest in order to find new ...

Manufacturing Devices and Instruments for Easier Rat Liver Transplantation

أجهزة التصنيع والادوات لتسهيل الجرذ زرع الكبد

Orthotopic rat liver transplantation is a popular model, which has been shown in a recent JoVE paper with the use of the "quick-linker" device. This ...

Construction of a Preclinical Multimodality Phantom Using Tissue-mimicking Materials for Quality Assurance in Tumor Size Measurement

بناء فانتوم تعدد الوسائط ما قبل السريرية باستخدام مواد الأنسجة، محاكاة لضمان الجودة في قياس حجم الورم

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for ...

Bioprinting Cellularized Constructs Using a Tissue-specific Hydrogel Bioink

Bioprinting Cellularized التركيبات باستخدام الأنسجة محددة هيدروجيل Bioink

Bioprinting has emerged as a versatile biofabrication approach for creating tissue engineered organ constructs. These constructs have potential use as ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

الإعداد الأمثل وبروتوكول لتصوير المجال المغناطيسي مع القياس التباطؤ في الموقع

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

مثبط لصناعة تقنية لتلفيق ميكروماتشينيس على أساس المائية مع مكونات مغناطيسيا استجابة سريعة وسهلة

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

تصنيع وتوصيف أشباح الأنسجة البصرية التي تتضمن حداتها

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

النسيج المستندة إلى [اغروس] محاكاة أشباح البصري للتحليل الطيفي الانعكاس منتشر

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Fabricating a Kidney Cortex Extracellular Matrix-Derived Hydrogel

اختﻻق الكلي لحاء خارج الخلية المستمدة من مصفوفة المائية

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust ...