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

Dit werk was ondersteund door het National Center for Advancing translationeel Wetenschappen van de National Institutes of Health door Award nr. UL1 TR000042 en het National Institute of Biomedical Imaging en Bioengineering van de National Institutes of Health door Award nr. R21 EB018432.

1. download STL modellen uit de NIH 3D Print-uitwisseling
<ol><li>Navigeer naar de NIH 3D Print Exchange (3dprint.nih.gov) en typ Gesimuleerd Aneurysmal aorta Phantom schimmel in de zoekopdracht en druk op de enter-toets.</li>
	<li>In de volgende lijst opvraagt voor het zoeken, vinden de model " 3DPX-009210" en klik op dat item.</li>
	<li>Klik op de downloadknop en vervolgens klikt u op het bestand Aneurysmal aorta Phantom Mold.zip gesimuleerd van de drop-down lijst voor downloaden zulks vijl.</li>
	<li>Dubbel klik het gedownloade bestand om unzip het en opslaan van de resulterende bestanden (InnerDistSTL.stl, InnerProxSTL.stl, OuterAntSTL.stl, OuterPostSTL.stl, BackgroundMoldSTL.stl en SampleMoldSTL.stl) op de computer die wordt gebruikt voor 3D printen in stappen 2.1-2.7. Opmerking: Men kan elk van de bestanden vermeld in stap 1.4 afzonderlijk uitwijkmogelijkheid downloaden.</li>
</ol>2. 3D printen van mallen
<ol><li>De 3D-printer interfacesoftware niet openen en gebruik de knop verbinden verbinding maken met de printer.</li>
	<li>De gedownloade STL-bestand OuterAntSTL.stl (Figuur 1een, blauw) in de 3D-printing software importeren. Selecteer de knop bewerken in de 3D printing software, en oriënteren van het deel van de schimmel door te klikken op het menu draaien en vervolgens te klikken op de X, Yof Z knoppen als u wilt uitlijnen van de lange as parallel aan de print bed met de buiten de schimmel geconfronteerd met het print bed. Klik op de knop Opslaan en vervolgens klikt u op de knop afdrukken en afdrukken van het deel van de schimmel met behulp van polylactic acid (PLA) plastic filament op een enkele extruder.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57984/57984fig1.jpg"> Figuur 1 : CAD vertegenwoordiging van Phantom, achtergrond en monster mallen. (a) - b 3D CAD beelden van het vaartuig schimmel en oriëntatie van onderdelen voor montage. Registratie spacers (i), pinnen (ii), gaten (iii) en het gat vullen worden weergegeven. (c) een tekening van innerlijke lumen markeren de innerlijke vaartuig afmetingen. (d) CAD-weergave van de monster-mallen. (e) CAD-weergave van de achtergrond phantom schimmel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57984/57984fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="3"><li>Herhaal stap 2.2 voor het OuterPostSTL.stl bestand (Figuur 1een, rood).</li>
	<li>Hetzelfde proces van stap 2.2, het STL-bestand InnerDistSTL.stl (Figuur 1een, witte) importeren met het 3D printing software en selecteer de knop "Bewerken" en klik in de draaien menu op de X, Yof Z knoppen uitlijnen van de lange as loodrecht op het print bed and zodanig dat de registratie-pin (i) is in contact met het print bed. Klik op de knop Opslaan en vervolgens klikt u op de knop afdrukken en afdrukken van het deel van de schimmel met behulp van PLA plastic filament op een enkele extruder. Opmerking: Dit deel met de ondersteunende structuur niet afgedrukt. Doe niet meer dan 30% "infill" voor dit gedrukte deel.</li>
	<li>De STL-bestand SampleMoldSTL.stl (Figuur 1d) in de 3D-printing software importeren. Selecteer de knop bewerken en klik in het menu draaien op de X, Yof Z knoppen wilt uitlijnen van het deel dat de binnenkant van de mal van het print bed boven ligt. Klik op de knop Opslaan en vervolgens klikt u op de knop afdrukken en afdrukken van het deel van de schimmel met behulp van PLA plastic filament op een enkele extruder. Opmerking: Dit deel met de ondersteunende structuur niet afgedrukt. Afdrukken van 3 of meer monster mallen.</li>
	<li>De STL-bestand BackgroundMoldSTL.stl (Figuur 1e) in de 3D-printing software importeren. Selecteer de knop "Bewerken" en klik in het menu draaien op de X, Yof Z knoppen als u wilt het deel uitlijnen zodat de bodem van de mal (dat wil zeggen, het gesloten einde van de cilinder) wordt geconfronteerd met het print bed. Klik op de knop Opslaan en vervolgens klikt u op de knop afdrukken en afdrukken van het deel van de schimmel met behulp van PLA plastic filament op een enkele extruder. Opmerking: Dit deel met de ondersteunende structuur niet afgedrukt.</li>
	<li>De STL-bestand InnerDistSTL.stl (Figuur 1een, geel) in de 3D-printing software importeren. Selecteer de knop "bewerken" en klik in het menu draaien op de X, Yof Z knoppen als u wilt het deel uitlijnen zodat de lengteas loodrecht op het print bed staat en bifurcatie registratie pinnen (i) staan de Print bed. Klik op de knop Opslaan en vervolgens klikt u op de knop afdrukken en afdrukken van het deel van de schimmel met behulp van polyvinyl zuur (PVA) plastic filament op een enkele extruder.</li>
	<li>Verwijder eventuele dragermateriaal uit de 3D gedrukte delen van stappen 2.1-2.7 (Figuur 2een). Opmerking: Het is niet nodig om te verwijderen van de ondersteunende structuur uit de buitenste schimmel delen als ze niet met de vergadering van de schimmel interfereren.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57984/57984fig2.jpg"> Figuur 2 : Vaartuig Phantom schimmel vergadering en definitieve vaartuig Phantom. (a) de laatste gedrukte mal van innerlijke en uiterlijke lumen mallen. De distale einde van de innerlijke lumen afgedrukt in een oplosbaar PVA plastic en is aangesloten op het proximale einde van de mal van de innerlijke lumen met vervormbare wax. (b) buis aangesloten op de poort van de injectie van de buitenste lumen schimmel en de spuit stop. (c) de innerlijke lumen schimmel na spray coating van flexibele sealant. (d) montage van Ardennen kant van de buitenste lumen schimmel en de schimmel van de innerlijke lumen met PVA-c (roodgeverfde ramsvellen) toegevoegd voor stijve aneurysma spoken. (e) een volledige vaartuig schimmel geassembleerd en geklemd. (f) vervormbare wax toegepast op de naden van de buitenste lumen mal om te voorkomen dat PVA-c uit de mal lekken. (g) definitieve PVA-c phantom na 5 vorst/dooi cycli en verwijdering van de schimmel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57984/57984fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
3. Hydrogel voorbereiding
<ol><li>Meng 22.2 g PVA-c poeder in 200 mL leidingwater (10% van de massa) in een bekerglas van glas. Magnetron de oplossing aan de kook en roer. Herhaal deze stap totdat alle van het PVA-poeder wordt opgelost en de oplossing doorschijnend verschijnt.</li>
	<li>Schorten 0.4 g calciumcarbonaat poeder (0,2% van de massa) in 10 mL water en toevoegen aan de oplossing van stap 2.1 als echografie scatterers op te treden. Meng grondig. Dekking van de oplossing en laat het afkoelen tot kamertemperatuur (RT). Opmerking: Voor homogene phantoms overslaan naar stap 3.5</li>
	<li>Meng 17.6 g PVA-c poeder in 100 mL leidingwater (15% massaprocent of desgewenst) in een bekerglas van afzonderlijke glas. Magnetron de oplossing aan de kook en roer. Herhaal deze stap totdat alle het PVA-poeder wordt opgelost en de oplossing doorschijnend verschijnt.</li>
	<li>Schorten 0.4 g calciumcarbonaat poeder (0,2% van de massa) in 5 mL water en voeg aan de oplossing van stap 2.3. Meng grondig. Dekking van de oplossing en laat het afkoelen tot de RT.</li>
	<li>Meng 183.7 g PVA-c poeder in 3,5 L van leidingwater (5 massapercenten) in een aparte grote pot. Breng de oplossing aan de kook en roer. Haal de pot van het vuur zodra het PVA-poeder wordt opgelost en de oplossing doorschijnend verschijnt.</li>
	<li>Schorten 7.4 g calciumcarbonaat poeder (0,2% van de massa) in 10 mL water en voeg aan de oplossing van stap 2,5. Meng grondig. Dekking van de oplossing en laat het afkoelen tot de RT.</li>
</ol>4. assemblage van mallen
<ol><li>Sluit ongeveer 100 mm van de flexibele slang aan de poort van de injectie van de buitenste lumen schimmel. Koppelen aan het andere uiteinde van de buis, een afsluiter met spuit verbindingen (Figuur 2b).</li>
	<li>Houd de pennen van de registratie van de innerlijke lumen schimmel en vervormbare wax gebruikt, houden het uitpuilende deel van het schip van de innerlijke lumen schimmel op het rechte schip deel van de mal innerlijke lumen.</li>
	<li>In een goed geventileerde plaats, een spray-on flexibele rubber-coating van toepassing op het aneurysmal einde van de innerlijke lumen mal om te voorkomen dat de hydrogel oplossen van het PVA schimmel deel tijdens de molding proces (Figuur 2c). Opmerking: Voor homogene phantoms overslaan naar stap 4.6.</li>
	<li>Met de grootste zijde van het aneurysmal deel van de buitenste mal naar beneden, door de Ardennen te vullen met 15 mL van de oplossing die is gemaakt in stap 3.3-3.4 (Figuur 2b,). Plaats de delen verzamelde innerlijke schimmel in de voorste buitenste schimmel deel (Figuur 2d). Gebruik elastiekjes om het innerlijke lumen deel op zijn plaats houden. Opmerking: In Figuur 2, PVA-c is roodgeverfde ramsvellen voor zichtbaarheid.</li>
	<li>Bevriezen van de vergadering van de schimmel in een vriezer van-20 ° C voor 12u en verwijderen uit de diepvries. Op naar stap 4.6 verplaatsen zonder dat de oplossing in de mal vergadering dooi.</li>
	<li>Tijdens het wachten voor de schimmel om te bevriezen (stap 4.4), een royaal bedrag van vervormbare was van toepassing op het oppervlak van de achterkant van een afgedrukte monster mal en klem het op een plat plastic vel gesneden aan de minimale grootte van ongeveer 100 mm 60 mm met 10 mm (Figuur 3een). Vul de ruimte tussen de schimmel en de plastic folie met de dezelfde PVA-oplossing gebruikt bij stap 4.3. Het bevriezen van de steekproef schimmel in de dezelfde vriezer (-20 ° C) als de mal van het schip in stap 4.4.</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57984/57984fig3.jpg"> Figuur 3 : Proeven van schimmel en eindmonster en achtergrond Phantoms. (a) geklemd monster schimmel en doorzichtige plastic blad. PVA-c is gegoten in de mal van de steekproef en luchtbellen aan de oppervlakte zijn toegestaan. (b) PVA-c monster na de laatste vorst/dooi cyclus. (c) experimentele U.S. imaging installatie van phantom gekoppeld aan simulator pomp en geplaatst op de achtergrond PVA-c phantom. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57984/57984fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="7"><li>Monteren en klem samen het gehele schip schimmel in de afdrukstand die is weergegeven in Figuur 1een en 1b (Figuur 2e). Lijn de naden van de mallen van de buitenste lumen een vervormbare wax gebruiken om ervoor te zorgen dat de hydrogel niet tijdens de injectie (Figuur 2f lekken doet).</li>
	<li>Vul een 60 mL spuit met de PVA-c oplossing gemaakt in stap 3.1 en 3.2. Met het einde van de bifurcatie van de schimmel omhoog door het PVA-c oplossing te injecteren in de mal vergadering vermijden luchtbellen in de ingespoten oplossing. Opmerking: Als geen lekken zich tijdens de injectie voordoen, pauzeert injectie en patch lekkende gebieden met vervormbare wax. Herhaal de spuit injecties om de PVA-c oplossing vult de mal.</li>
	<li>Laat de mal te zitten voor 30 min, tikken de mal zachtjes elke 10 min zodat alle luchtbellen te stijgen naar de top van de schimmel. De injectie spuit Herhaal indien nodig naar boven uit de mal. Bevriezen van de vergadering van de gehele schimmel voor 12u en verwijderen uit de vriezer. Toestaan dat de vergadering van de schimmel te ontdooien op RT voor 12u.</li>
	<li>Terwijl wachten voor de schimmel om te bevriezen (stap 4.8), assembleren en klem een ander monster schimmel en plat plastic folie gesneden als beschreven stap in 4.5 (Figuur 3een). Vul de ruimte tussen de schimmel en de plastic folie met de dezelfde PVA-oplossing gebruikt bij stap 4.7. Bevriezen en ontdooien van de mal van het monster in de dezelfde vriezer (-20 ° C) en op hetzelfde moment als de mal van het schip in stap 4.8 en de mal van de steekproef van stap 4.5.</li>
	<li>Bevriezen en ontdooien van de mal van het schip en beide de monster mallen van stappen 4.5, 4.8 en 4,9 vier keer, voor een totaal vijf 24u - vorst/dooi cycli. Na de 5th vorst/dooi cyclus, de PVA-c testen monsters uit hun mallen (Figuur 3b) te verwijderen. Trim eventuele overtollige cryogel van de monsters en bewaar ze in een verzegelde container van een 5% door volume bleekwater/water oplossing op RT.</li>
	<li>Het PVA-c schip uit de buitenste lumen schimmel verwijderen. Zorgvuldig scheiden het rechte schip deel van de innerlijke lumen schimmel uit het aneurysmal deel en verwijderen uit het PVA-c schip. Snijd de registratie spacers vanaf het gespleten einde van het aneurysmal deel van de schimmel innerlijke lumen om de afgedrukte PVA gloeidraad bloot te stellen. Plaats in een waterbad op RT te ontbinden van het aneurysmal deel van het PVA. Opmerking: Dit kan 24 uur of langer duren, echter toe te voegen warm water aan het bad kan versnellen het proces van oplossen.</li>
	<li>Na oplossen en verwijderen van het PVA deel van de binnenkant van het vaartuig phantom afgedrukt, slaan de phantom in een verzegelde container van een 5% door volume bleekwater/water oplossing op RT.</li>
	<li>Vul de achtergrond schimmel met ongeveer 3.3 L van het PVA-c oplossing gemaakt in stappen 3.5 en 3.6. Bevriezen (-20 ° C) de schimmel van de achtergrond voor 12u en verwijderen uit de diepvries. Laat de mal te ontdooien op RT voor 12u en herhalen voor een totaal van 2 vorst/dooi cycli.</li>
	<li>Op hetzelfde moment als stap 4.13, opvulling een monster schimmel vergadering met dezelfde PVA-c oplossing gebruikt in stap 4.13 en zet het via de dezelfde vorst/dooi-monsters als de mal van de achtergrond.</li>
	<li>Na de 2nd dooi, verwijder de achtergrond monster en achtergrond phantom uit hun mallen en opgeslagen in een verzegelde container van een 5% door volume bleekwater/water oplossing op RT.</li>
</ol>5. phantom en de steekproef testen
<ol><li>Het vaartuig phantom en achtergrond phantom in een grote waterbad plaatsen. Sluit het grotere schip uiteinde aan de output van de hemodynamische water pomp42,43 met slang klemmen (Figuur 3c). Plaats het vaartuig phantom in de achtergrond phantom en koppelt vervolgens de gespleten uiteinden van de phantom aan de inlaat van de hemodynamische pomp met slang klemmen.</li>
	<li>Plaats een solid-state druk sensor katheter in het systeem van het vaartuig en de pomp in de buurt van de inlaat van de hemodynamische pomp. Voer de hemodynamische pomp zodanig dat de druk van de vervormingen van de wand tussen een minimum van 0 kPa en een maximale 7,5 kPa (Figuur 4een).</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57984/57984fig4.jpg"> Figuur 4 : Imaging Protocol. (a) de drukprofiel gemeten tijdens de phantom imaging installatie. (b) een representatief beeld van de B-modus van de phantom bij de minimale druk. (c) B-modus op de maximumdruk. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57984/57984fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="3"><li>Gebruik een echografie (ons) systeem en een convexe transducer met een center frequentie van ongeveer 5 MHz te verzamelen ons beelden van de achtergrond en vaartuig phantoms in doorsnede op de locatie van de diameter van de maximale vaartuig (Figuur 4b en 4 c ). De gegevens van de druk met behulp van een digitale acquisitiesysteem (Figuur 4een) opneemt. Opmerking: Details voor het uitvoeren van de Beeldacquisitie in deze stap kunnen worden gevonden in Mix et al.44.</li>
	<li>De schattingen van de verplaatsing met behulp van een niet-starre beeld registratie gebaseerde techniek, zoals beschreven in de Mix et al. verkrijgen 44. uit de metingen van de tweedimensionale (2D) verplaatsing veld (uik(x)), berekenen het 2D stam tensor veld (εijvan (x)) met een evaluatie van de symmetrische deel van het verloop van het veld verplaatsing: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57984/57984eq1.jpg">
</li>
	<li>Vervolgens berekent de maximale belangrijkste stam (εp) als de maximale belangrijkste component van de stam tensor veld met behulp van de volgende vergelijking: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57984/57984eq2.jpg">
</li>
	<li>Tot slot, het bepalen van het frame van de belangrijkste stam op de piek-druk en verdeel dit veld tensor stam door verschil in de maximale en minimale katheter druk (Figuur 4een), of de pols druk (PP), tot gemeten ruimtelijk opgelost Druk genormaliseerd beginsel stam (εpvan /PP).</li>
</ol><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57984/57984fig5.jpg"> Figuur 5 : Druk genormaliseerd stam Images. Representatieve beelden van de genormaliseerde stam (εpvan /PP) in%/kPa binnen het schip voor de homogene 10% door massale vaartuig phantom (a) en de heterogene spoken met een 15% door massa (b), 20% van de massa en 25% door massa anterieure gemeten druk aneurysmal sectie (top van schip). Dit cijfer is gewijzigd van Mix et al. 44. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57984/57984fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit document stelt een techniek voor de vervaardiging van weefsel nabootsen spoken voor het gebruik in testen elastography of elasticiteit imaging algoritmen. Het gecombineerd gebruik van CAD en 3D printen zorgt voor efficiënte ontwerp van aorta nabootsen phantoms met complexe geometrieën, buiten buisvormige spoken, met inbegrip van aneurysmal uitstulpingen. De oprichting van the phantom gebeurt in 4 stappen; 1) ontwerp van de phantom geometrie, 2) afdrukken van de phantom schimmel delen, 3) mengen van de cryogel-oplossingen die uiteindelijk na te de ultrasone kenmerken en de mechanische eigenschappen van de phantom vaartuigen en 4) gieten/injecteren van de cryogel bootsen zal oplossing in de mal, instellen van de PVA-c met cycli bevriezen-ontdooien en verwijdering van het spook van de schimmel. Het gebruik van CAD-in de in het ontwerp van de mallen verkregen in stap 1 maakt het mogelijk voor een eenvoudig middel precies wijzigen de geometrie van de spoken. Afdrukken van de schimmel delen momenteel neemt ongeveer 5-8 uur afhankelijk van de grootte van de afdruk en zo gemakkelijk kan worden gemaakt voor herhaalde wijzigingen aan de mallen.
In stap 3, worden de cryogel-oplossingen gemaakt waarmee het vaartuig, aneurysma en achtergrond weefsel wordt nagebootst met calciumcarbonaat deeltjes nabootsen van de spreiding van de V.S. van het weefsel. De cryogel oplossingen moeten vóór gebruik als de calcium-deeltjes hebben geregeld uit het mengsel worden bewogen. De exacte concentratie van het mengsel van de cryogel bepaalt de uiteindelijke mechanische eigenschappen van de spoken. Het is dus belangrijk om de onafhankelijke monsters van elk van de oplossingen die zijn gebruikt in de phantom vaartuig en achtergrond. Hoewel geen deel uit van het protocol hier, moeten onafhankelijke metingen van het monster de elasticiteitsmodulus worden verkregen met behulp van eenassige spanning testen. Onafhankelijke mechanische testen voor het PVA-c-samples voor de 10%, 15%, 20% en 25% phantoms gemaakt in de representatieve resultaten had gemeten afschuifmodulus 17.4 kPa 1.0, 48.3 kPa 5,7, 95.1 ± 0,4 kPa en 170,0 kPa 4.1, respectievelijk.
Stap 4 is de meest kritische stap in het creëren van deze spoken. Hoewel de registraties pinnen op zijn plaats zijn te houden van het delen van schimmel in hun juiste positie ten opzichte van de anderen, is het belangrijk ervoor te zorgen dat de schimmel delen niet tijdens de molding proces scheiden u. Dus, het gebruik van de klemmen te houden van de schimmel. De meest belangrijke overweging van stap 4 is ook het minimaliseren van de luchtbellen gevangen in de mal voorafgaand aan de eerste vorst-dooi cyclus. Het is vaak nuttig om één kant van de buitenste schimmel demonteren en inspecteren van de phantom na de eerste bevriezen-dooi cyclus om ervoor te zorgen dat het goed gevormd. Dit bespaart tijd verspild om een "slechte" phantom door extra cycli. Zodra de phantom heeft volledig uit de mal verwijderd, kan deze worden opgeslagen in water wekenlang met voortzetting van het gebruik.
Het PVA-c phantoms ontwikkeld in dit werk werden gecreëerd om na te bootsen specifiek de ultrasone en materiële stijfheid van de aorta weefsel. Het gebruik van polyvinylalcohol cryogel voorziet in een breder scala van mogelijke mechanische stijfheid, aan betere mimic de veranderende materiaaleigenschappen van aorta weefsel in vergelijking met meer rubber zoals materialen33,34. Bovendien, vangt het gebruik van hydrogel en investeringen gieten beter de akoestische eigenschappen van gegoten rubbers of direct 3D drukwerk33,45. Enkele luchtbellen kunnen krijgen gevangen in onze mallen vóór de eerste freeze-dooi cyclus. Dit kan leiden tot hiaten in de phantom en leiden tot materiële zwakte of akoestische artefacten. Dus is het aangeraden om te inspecteren de spoken uit de matrijs na de eerste bevriezen-ontdooien om te bepalen als het proces opnieuw moet worden opgestart. Bovendien, hebben de auteurs gevonden dat de innerlijke schimmel soms tijdens het bevriezen van het aneurysmal gedeelte van de spoken verschuiven kan. Als dit gebeurt, zou een wijziging van het bovengenoemde protocol zijn het creëren van een 3D-gedrukte, of anders ontworpen, deel om stevig vasthouden de innerlijke lumen schimmel aan de voorste en buitenste mal tijdens het bevriezen van deze sectie. De auteurs hebben gevonden dat het gebruik van de posterieure zijde van de buitenste schimmel en een 5 mm spacer tussen de achterste buitenste schimmel en de innerlijke schimmel goed voor dit doel werkt.
De phantom die hier ontwikkeld is ideaal voor het bestuderen van de invloed van veranderingen in de diameter van het aneurysmal, en luminal dikte of potentieel de aanwezigheid van trombose in het weefsel door de oorspronkelijke CAD-bestanden te bewerken. Vorige werk is echter ook gebleken dat deze productietechniek kan worden aangepast voor het produceren van patiënt-specifieke phantom geometrieën computertomografie beelden en segmentatie software gebruiken, in plaats van CAD-ontwerpen, maken de 3D afgedrukt phantom mallen 44. de resultaten hieronder tonen aan dat het algoritme kon visualiseren van de vervaardigde variaties in de mechanische eigenschappen van de phantom secties. Opgemerkt moet worden dat hoewel deze phantoms werden gebruikt voor het testen van de US-based beeldvormingstechnieken, ze zijn ook compatibel met magnetische resonantie en computertomografie beeldvormende systemen en dat ze ook kunnen worden gebruikt buiten het doel van elasticiteit imaging, voor een breed bereik van nieuwe beeldvormende technieken en modaliteiten.

Abdominale aorta-aneurysma (AAA) zijn focal uitbreidingen van de aorta die bij voorkeur in de buurt van de aorta bifurcatie1 optreden. De precieze oorzaak van de vorming van de AAA is onbekend, hoewel veel theorieën suggereren dat de pathogenese multifactoriële, met genetische, gedrags, hemodynamische en ecologische factoren die bijdragen van2,3. Terwijl de diagnose van een abdominale aorta aneurysma kan worden verkregen met behulp van niet-invasieve beeldvormende technieken, is de voorspelling van patiënt-specifieke breuk risico niet zo precies4,5,6. Chirurgische reparatie kan verminderen het risico van breuk van de aorta, maar operatieve reparatie van de aorta draagt een hoge mate van geassocieerde morbiditeit en mortaliteit7. Huidige chirurgische praktijken "maximumgrootte criteria", of maximale absolute diameter van het aneurysma, gebruiken om een patiënt risico van breuk te voorspellen. Helaas, het is goed opgezet dat een aneurysma nog onder maten klinisch aanvaardbaar voor chirurgische reparatie breuken, wat betekent dat patiënten met enige formaat aneurysma enig risico van breuk8,9, dragen 10 , 11 , 12 , 13. Daarnaast is het bekend dat historische rapporten van breuk risico waarschijnlijk overdreven ramingen van het echte breuk risico, wat betekent dat veel patiënten worden blootgesteld aan chirurgische risico zonder voordeel13. Een meer accurate beoordeling van het risico van de patiënt-specifieke breuk is nodig om te helpen een patiënt risico-batenverhouding ondergaan chirurgische aneurysma reparatie stratificeren.
Het is aangetoond dat de ruimtelijke verdeling binnen een AAA van cruciaal belang is bij het bepalen van de breuk potentieel en kan een betere indicator dan maximale diameter14,15,16,17 , 18. allermeest naar de recente studies die de mechanica van AAA breuk onderzoeken gebruik gesegmenteerde geometrieën van X-ray berekend tomografie (CT) beelden en bevolking gemiddeld mechanische eigenschappen van de aorta weefsel gemeten ex vivo. Eindige elementen (FE) modellen worden vervolgens gebruikt om te voorspellen van het vaartuig muur benadrukt14,15,16,17,18. Echter, aangezien de mechanische eigenschappen worden bepaald na de besnijdenis weefsel, het is onduidelijk of de resulterende modellen beschrijven nauwkeurig de resulterende in vivo patiënt-specifieke benadrukt. Deze studies meestal veronderstellen homogene vaartuig materiaaleigenschappen van de muur en niet goed voor de zeer heterogene structuur van de aorta muur en trombose19,20,21,22 ,23,24,25.
Echografie gebaseerde elasticiteit imaging is klinisch gebruikt voor het opsporen en volgen van een scala aan ziekte pathologieën26. Deze technologie biedt een niet-invasieve manier ondervragen van de fysieke interacties van zachte weefsels. Vasculaire elasticiteit beeldvorming van het Amerikaanse is gebruikt als een aanvulling imaging modaliteit aan klinische evaluatie van de VS in de screening en monitoring van AAAs. De combinatie van deze technieken zorgt zowel geometrische informatie, zoals de diameter en lengte, evenals mechanische gegevens, zoals de relatieve stijfheid en stijfheid variatie. Hoewel veel elasticiteit beeldvormingstechnieken een externe belasting vereisen voor het opwekken van de vervorming van een meetbare weefsel, wordt de beweging van het weefsel meetoplossingen hier veroorzaakt door veranderingen in de aorta druk veroorzaakt door het kloppend hart. Tal van methoden om te lossen ruimtelijk stam velden in het vervormen van de vaartuigen zijn gepubliceerd, validatieonderzoek van deze methoden is echter beperkt tot menselijke patiënten, dierlijke modellen of ex vivo weefsel monsters27,28 ,29,30,31,32. Tot op heden, toestaan paar methoden voor creaties van aangepaste meetkundes met ruimtelijk gevarieerde materiaaleigenschappen27,29.
Hier presenteren we een methode voor de productie van ons compatibel, weefsel nabootsen fantomen die kunnen worden aangepast naar een groot aantal relevante aorta geometrieën en materiaaleigenschappen voor validatie van Amerikaanse elastography technieken. Hoewel eerdere groepen kundig voor ontwerpen van complexe geometrie fantomen om na te bootsen AAA meetkundes met behulp van 3D printing technologie33,34 geweest, afdrukbare rubbers bekend is dat hebben een hoog demping naar VS en hoeft niet een middel om later hun de eigenschappen van het materiaal. Spoken bestaan uit cryogel polyvinylalcohol (PVA-c), die eerder gebleken te zijn ideaal voor het nabootsen van vaatweefsel eigenschappen35. Deze phantoms kunnen worden gebruikt in de VS, magnetische resonantie en elastographic imaging36,37,38. De geometrie van de aorta aneurysma werd ook ontworpen om die van het simulatiemodel gemaakt door Vorp et al. 14. het vaartuig heeft een nominale diameter van 22,5 mm en een aneurysmal uitstulping die is 64 mm uitstulping lang, 47 mm in diameter en excentriek (β = 0.6)14 aan de voorste kant van de phantom. De laatste sectie bootst de iliacale bifurcatie met een distale diameter van 15 mm. De phantom werd gekozen om een constante dikte van ongeveer 5 mm. Raghavan et al. gerapporteerd in een kleine studie dat de dikte van het vaartuig van AAA van 0.23-4.26 varieert mm, met een mediane waarde van 1,48 mm39. Een vaartuig van de nominale dikte op de grotere kant van dat spectrum werd hier gekozen voor het vervaardigen van bezorgdheid met de verwachting dat verbeterd 3D druktechnieken zal verbeteren de phantom minimumdikte welk vermag worden gevormd. Phantom mallen werden ontworpen in CAD en 3D afgedrukt met behulp van commercieel beschikbare printers en filamenten.
De mallen zijn injectie gevuld met de PVA-c oplossing en onderworpen aan een reeks van vorst/dooi cycli (-20 ° C en + 20 ° C) cross-link van het PVA-c polymeer te polymeriseren van de gel. De elasticiteitsmodulus van het PVA-c wordt gecontroleerd door het veranderen van de concentratie van het PVA-c-gel of het aantal cycli bevriezen-ontdooien. Het aneurysmal deel van de phantom vereist verlies schimmel te verwijderen uit de innerlijke lumen van het schip. Dit werd bereikt door het gebruik van een polyvinyl alcohol, 3D-printer filament (PVA). Hoewel chemisch gelijkaardig aan het PVA-c-poeder, de gloeidraad PVA doet niet polymeriseren wanneer bevroren en als zodanig kan worden opgelost in water, nadat de PVA-c is ingesteld. Extra monster mallen worden afgedrukt tot treksterkte testen exemplaren, in een "dog bone" configuratie, met dezelfde PVA-c concentratie. Deze mallen ondergaan de dezelfde vorst/dooi-cycli en worden gebruikt voor het testen van de treksterkte als onafhankelijk eenheid de elasticiteitsmodulus van de phantom secties. Een achtergrondmateriaal was vervaardigd met zachtere PVA-c, gemaakt om te simuleren van weefsels van het retroperitoneum40,41. Deze achtergrond phantom werd geproduceerd als een homogene Axiaalsymmetrische cilindrische buis met een inwendige diameter van 4 cm, een buitendiameter van 16,5 cm en een lengte van 16,5 cm. Het was gemaakt van een oplossing van 5% PVA en onderworpen aan een totaal van twee cycli bevriezen-ontdooien.
De definitieve AAA fantomen waren in de achtergrond phantom geplaatst en aangesloten, via pijpfittingen en klemmen, aan een hemodynamische waterpomp ter vervormen de spoken met fysiologische cyclische stromen en druk. Het toerental van de pomp is ingesteld op ongeveer een 6-7 kPa druk puls leveren met een snelheid van ongeveer 1 Hz. Ultra geluidsbeeld sequenties van de deforming phantoms werden verzameld, en de druk genormaliseerd stam was berekend om te identificeren van verschillen in de ruimtelijk gevarieerd mechanische eigenschappen. Representatieve resultaten van de druk genormaliseerde stam beelden binnen de regio van het schip worden gepresenteerd. De toenemende regionale verschillen in de genormaliseerde stam van de stijvere heterogene fantomen, ten opzichte van de homogene phantom, tonen de verschillen in de stijfheid van het vaartuig en ons vermogen om het te meten.

<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

Echografie (US) elastography, of elasticiteit imaging, is een aanvulling imaging techniek die gebruik maakt van opeenvolgende VS beelden van zachte weefsels te meten van de beweging van het weefsel en het afleiden of het kwantificeren van de onderliggende biomechanische eigenschappen. Voor abdominale aorta aneurysma (AAA), kunnen biomechanische eigenschappen zoals veranderingen in het weefsel van elasticiteitsmodulus en ramingen van de stress van het weefsel zijn essentieel voor de beoordeling van de noodzaak van de chirurgische ingreep. Abdominale aorta aneurysmata U.S. elastography zou een nuttig instrument om te controleren van AAA progressie en veranderingen in biomechanische eigenschappen die kenmerkend zijn voor hoog-risico patiënten identificeren.
Een voorlopige doelstelling bij de ontwikkeling van een AAA ons elastography techniek is de validatie van de methode met behulp van een fysiek relevante model met bekende eigenschappen van het materiaal. Hier presenteren we een proces voor de productie van AAA weefsel nabootsen phantoms met fysiek relevante geometrieën en ruimtelijk gemoduleerde materiaaleigenschappen. Deze weefsel phantoms willen nabootsen van de VS eigenschappen, materiële modulus en geometrie van de abdominale aorta aneurysmata. Weefsel phantoms zijn gemaakt met behulp van een cryogel van polyvinylalcohol (PVA-c) en gevormd met behulp van 3D gedrukte onderdelen gemaakt met behulp van computer aided design (CAD) software. De absolute waarde van de fantomen wordt gecontroleerd door het veranderen van de concentratie van PVA-c en door het aantal bevriezen-ontdooien cycli gebruikt om de cryogel te polymeriseren te wijzigen. De AAA-phantoms zijn verbonden met een hemodynamische pomp, ontworpen om te vervormen de spoken met de fysiologische cyclische druk en stroomt. Ultra geluidsbeeld sequenties van de deforming phantoms toegestaan voor de ruimtelijke berekening van de stam druk genormaliseerd en de identificatie van de mechanische eigenschappen van de vaatwand. Representatieve resultaten van de stam druk genormaliseerd worden gepresenteerd.

Vertegenwoordiger B-modus beelden van het vaartuig nabootsen phantoms worden weergegeven voor de minimale en maximale druk gemeten door de katheter (Figuur 4b en 4 c, respectievelijk). De druk-genormaliseerd stam (εpvan /PP) in%/kPa weergegeven voor vier verschillende vervaardigde phantoms (Figuur 5). Figuur 5 een toont de gemeten druk-genormaliseerd spanning binnen een homogene phantom vervaardigd met een 10% door massa PVA-c oplossing. De verhouding van de gemiddelde spanning gemeten in het achterste kwartaal (afbeelding onder) van de phantom aan de gemiddelde spanning in het anterior kwartaal (afbeelding boven) was 0.92. Figuur 5 b toont εp/PP voor een phantom waar het aneurysmal gedeelte van the phantom werd geproduceerd met een 15% door massa PVA-c oplossing en de rest van de phantom is gemaakt met behulp van de 10% van de massa PVA-c. De verhouding van posterior-anterior spanning voor deze phantom bleek te zijn van 1.87. Figuur 5 c toont εp/PP voor de heterogene phantom met 20% door massa PVA-c, met recentere anterior stam/ratio van 4.23. Figuur 5 d toont εp/PP voor de heterogene phantom met 25% door massa PVA-c, met recentere anterior stam/ratio van 7.37.
De resultaten die hier gepresenteerd blijkt dat abdominale aorta phantoms werden gemaakt met complexe geometrieën en ruimtelijk verschillende materiaaleigenschappen. Ontwerp van phantom geometrieën waren, of meer in het bijzonder, phantom mallen werden gedaan met behulp van computersoftware die phantom geometrie veranderingen (Figuur 1een en 1b vergemakkelijkt). Mallen kunnen gemakkelijk 3D afgedrukt en geassembleerd en complexe schimmel geometrieën kunnen worden afgedrukt met behulp van PVA gloeidraad en verwijderd, soortgelijke verloren-was gieten technieken. Het laatste schip fantomen dynamisch drukkend kunnen worden en stabiel onder grote belasting (Figuur 4een). Phantoms zijn compatibel met echografie imaging (Figuur 4b en 4 c) en de materiaaleigenschappen nabootsen van de abdominale aorta stiffnesses hebben. Variaties in de verhoudingen van de stam in de voorste posterieure regio's van de stam beelden laten zien dat de regio's verschillende materiaaleigenschappen (Figuur 5 hebben) en de exacte waarden van de onafhankelijke mechanische testen op de monsters kwantificeren hun respectieve schuintrekken moduli.

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

Hier beschrijven we een methode voor de vervaardiging van aneurysmal, aorta weefsel nabootsen spoken voor het gebruik in testen echografie elastography. Het gecombineerd gebruik van computer aided design (CAD) en 3-dimensionale (3D) afdrukken technieken produceren aorta phantoms met voorspelbare, complexe geometrieën voor het valideren van de elastographic imaging algoritmen met gecontroleerde experimenten.

Productie weefsel-nabootsen van abdominale Aorta Hydrogel Phantoms voor echografie Elastography validatie

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

Deze methode kan helpen bij het evalueren van de algoritmen die inherent zijn aan het gebied van vasculaire echografie elasticiteit, door niet-invasief klinisch relevante vaten na te bootsen met complexe geometrieën en ruimtelijk variërende materiaaleigenschappen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een methodologie vaststelt om gemakkelijk weefsel te produceren dat fantomen nabootst met afstembare geometrische parameters en ruimtelijk variërende mechanische eigenschappen. Deze productietechniek kan ons vermogen om abdominale aorta-aneurysma's te diagnosticeren bevorderen door een methode te valideren voor het meten van de veranderende mechanische eigenschappen die inherent zijn aan de ziekte.Het aantonen van de procedure, zal Luke Cybulski zijn, een technicus van mijn laboratorium. Om de hydrogels te bereiden, meng 22,2 gram PVA-c poeder in 200 milliliter kraanwater in een glazen beker, en magnetron de oplossing aan de kook. Roer en kook de oplossing opnieuw totdat alle PVA is opgelost.Vervolgens, schort 0,4 gram calciumcarbonaat poeder in 10 milliliter water en meng de calciumcarbonaat suspensie grondig in de PVA-oplossing als ultrasone verstrooiers. Bedek vervolgens de oplossing voor koeling tot kamertemperatuur. Maak een andere PVA-c oplossing met 17,6 gram PVA-c poeder in 100 milliliter kraanwater in een ander glazen bekerglas met koken en roeren tot de oplossing helder is.Voeg vervolgens 0,4 gram calciumcarbonaatpoeder toe in vijf milliliter waterechografie scatterer suspensie aan de tweede PVA-c oplossing. Meng een laatste PVA-c oplossing met 193,7 gram PVA-c poeder en 3,5 liter kraanwater in een grote pot en breng de oplossing aan de kook, verwijder de pot van het vuur zodra de PVA volledig is opgehangen in oplossing. Voeg vervolgens 7,4 gram calciumcarbonaatpoeder in 10 milliliter watersuspensie toe aan de pot en laat de oplossing afkoelen tot kamertemperatuur.Om de mallen te monteren, bevestig een uiteinde van ongeveer 100 millimeter stuk flexibele buizen aan de injectiepoort van een buitenste lumen mal en bevestig een stop pik met spuitverbindingen aan de andere kant. Met behulp van vervormbare was, lijn de registratie pinnen van de binnenste lumen schimmel en hechten het uitpuilende vat deel van de binnenste lumen schimmel aan het rechte vat deel van de binnenste lumen schimmel. Breng in een goed geventileerde ruimte een spray aan op flexibele rubbercoating het aneurysma-uiteinde van de binnenste lumenmal om te voorkomen dat de hydrogel het PVA-schimmelgedeelte oplost tijdens het gietproces.Met de grotere kant van het aneurysma gedeelte van de buitenste mal naar beneden gericht, vul de uitstulping met 15 milliliter van 17,6 gram PVA-c oplossing en plaats de geassembleerde binnenste vorm delen in de voorkant buitenste mal deel met behulp van elastiekjes om de binnenste lumen deel op zijn plaats te houden. Plaats vervolgens de mal assemblage in een min 20 graden Celsius vriezer voor 12 uur. Breng ondertussen een royale hoeveelheid vervormbare was aan op het achteroppervlak van een bedrukte monstermal en klem de monstervorm vast aan een platte plastic plaat die tot een minimale grootte van ongeveer 100 bij 60 bij 10 millimeter wordt gesneden.Vul vervolgens de ruimte tussen de mal en het plastic vel met de 17,6 gram PVA-oplossing en plaats de mal in de min 20 graden Celsius vriezer. Zonder de oplossing in de eerste mal assemblage dooi monteren en klemmen samen het hele vat schimmel langs de naden van de buitenste lumen schimmel met vervormbare was om ervoor te zorgen dat de hydrogel niet lekt tijdens de injectie. Vul een 60 milliliter spuit met de 22,2 gram PVC-oplossing en houd het bifurcatieeinde van de mal omhoog injecteer de PVA-c-oplossing in de malassemblage.Laat de nieuw gebouwde mal in te stellen voor 30 minuten met zachte tikken om de 10 minuten om een luchtbel te stijgen naar de top van de mal. Bevries vervolgens de hele mal assemblage voor 12 uur. Ondertussen monteren en klem een ander monster mal en platte plastic plaat gesneden zoals aangetoond, vul de ruimte tussen de mal en de plastic vel met de 22,2 gram PVA oplossing, en bevriezen de mal voor 12 uur.Aan het einde van de bevriezing incubatie, dooi beide mallen voor 12 uur bij kamertemperatuur, gevolgd door vier meer 24 uur bevriezen en ontdooien cycli. Na de vijfde vriesdooicyclus verwijdert u de PVA-c-testmonsters uit hun mallen en trimt u overtollige cryogel uit de monsters voor opslag in een verzegelde container van vijf procent in volume bleekwateroplossing bij kamertemperatuur. Verwijder vervolgens het PVA-c-vat uit de buitenste lumenmal, en verwijder zorgvuldig het rechte vat deel van de binnenste lumen schimmel uit het aneurysma gedeelte.Snijd vervolgens de registratie afstandhouders van het gespleten uiteinde van het aneurysmagedeelte van de binnenste lumenvorm om de gedrukte PVA-filament bloot te leggen en plaats het PVA-afgedrukte deel in een waterbad bij kamertemperatuur om het PVA-aneurysmale deel op te lossen. Na het oplossen en verwijderen van de PVA gedrukte deel uit de binnenkant van het vat fantoom op te slaan het fantoom in verzegelde container van een vijf procent in volume bleekwater oplossing bij kamertemperatuur. Vul de achtergrond mal met ongeveer 3,3 liter van de 183,7 gram PVA-c oplossing en vul een monster mal met 183,7 gram PVA-c oplossing en bevriezen en ontdooien van de achtergrond en monster mallen voor twee 24 uur cycli.Na de tweede dooi, verwijder de achtergrond monster en achtergrond fantoom uit hun mallen en bewaar ze in een verzegelde container van verse vijf procent door volume bleekwater oplossing bij kamertemperatuur. Voor het testen van de fantomen en monsters, plaats het vat en de achtergrond fantomen in een groot waterbad en gebruik buizenklemmen om het grotere vat einde hechten aan de output van de hemodynamische waterpomp. Plaats het vaattoom op de achtergrond en gebruik buizenklemmen om de gespleten uiteinden van het fantoom aan de inlaat aan de hemodynamische pomp te bevestigen.Plaats een solid state pressure sensor katheter in het systeem van de vat eindpomp in de buurt van de inlaat van de hemodynamische pomp en voer de hemodynamische pomp zodanig dat de druk van de Walde formaties zijn tussen een minimum van nul kilopascals en een maximum van 7,5 kilopascals. Gebruik vervolgens een ultrasone systeem en een convexe transducer met een centrumfrequentie van ongeveer vijf megahertz om echografiebeelden van de achtergrond en vattooms in dwarsdoorsnede te verzamelen op de locatie van de maximale vatdiameter die de drukgegevens registreert met behulp van een digitaal acquisitiesysteem. Hier worden beelden weergegeven in de B-modus van het vat dat fantomen nabootst voor de minimale en maximale druk gemeten door de katheter.In dit vervaardigde fantoom was de verhouding van de gemiddelde druk genormaliseerde stam die binnen het achterste kwart van het fantoom aan de gemiddelde spanning in het voorste kwart wordt gemeten 0.92. In deze vervaardigde fantoom, het aneurysma gedeelte van het fantoom werd gemaakt met een 15 procent door massa PVA-c oplossing en de rest van het fantoom werd gemaakt met behulp van de 10 procent door massa PVA-c en de verhouding van de achterste en voorste stam werd vastgesteld op 1,87. Hier werd het heterogene fantoom gegenereerd met een 20 procent door massa PVA-c met een achterste tot voorste stamverhouding van 4,23 en dit 25 procent door massa PVA-c heterogene fantoom toonde een achterste tot voorste stam van 7,37.Zoals aangetoond, kan het uiteindelijke vat phantoms dynamisch worden onder druk gezet en stabiel zijn onder grote belastingen. Tijdens een poging tot dit productieproces, is het belangrijk om de registratie van alle schimmelsecties te behouden. Als de vormdelen niet goed zijn gemonteerd, kunnen dunne delen van de vaatwand het gevolg zijn.Het gebruik van polyvinylalcohol cryogel zorgt voor een breed scala aan stijfheidswaarden om de veranderende materiaaleigenschappen van bloedvaten na te bootsen. Volgens de techniek die in deze procedure wordt getoond, kunnen andere fantoomgeometrie worden gemaakt en getest met behulp van vergelijkbare CAD-mallen of patiëntspecifieke mallen van contrastversterkende CT-beelden van bloedvaten. De hier ontwikkelde cryogel-fantomen zijn speciaal ontworpen voor echografie, maar ze zijn ook compatibel met magnetische verblijfs- en computertomogrophy-beeldvormingssystemen en kunnen worden gebruikt om een breed scala aan beeldvormingstechnieken te valideren.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Magnetic Resonance elastografie methodologie voor de evaluatie van Tissue Engineered Construct groei

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

Teelt van menselijke neurale progenitorcellen in een 3-dimensionale Zelf-assemblage Peptide Hydrogel

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

Productie apparaten en instrumenten voor eenvoudiger Rat Liver Transplantation

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

Bouw van een preklinisch Multimodaliteit Phantom Met Tissue-nabootsende Materialen voor Kwaliteitszorg in tumorgrootte Meting

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 Construeert met een tissue-specifieke Hydrogel 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

Geoptimaliseerde Setup en Protocol voor magnetische domein Imaging met In Situ Hysteresis meting

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

Additief fabricage techniek voor de Facile en snelle fabricage van Hydrogel gebaseerde Micromachines met magnetisch responsieve onderdelen

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

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

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

Agarose gebaseerde weefsel nabootsen van optische Phantoms voor Diffuse reflectie spectroscopie

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

Fabriceren van een nier Cortex extracellulaire Matrix afkomstige Hydrogel

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