Name: optical coherence tomography based biomechanical fluid-structure interaction analysis of coronary atherosclerosis progression
Uploaded: 2022-01-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression at JoVE.com

De auteurs willen graag de steun van de Universiteit van Adelaide, royal Adelaide Hospital (RAH) en het South Australian Health and Medical Research Institute (SAHMRI) erkennen. De COCOMO-ACS-studie is een door onderzoekers geïnitieerde studie die wordt gefinancierd door projectsubsidies van de National Health and Medical Research Council (NHMRC) van Australië (ID1127159) en de National Heart Foundation of Australia (ID101370). H.J.C. wordt ondersteund door een beurs van de Westpac Scholars Trust (Future Leaders Scholarship) en erkent de steun van de Universiteit van Adelaide, School of Mechanical Engineering en de beurs van het Department of Education, Skills and Employment Research Training Program (RTP). S.J.N. ontvangt een Principal Research Fellowship van de NHMRC (ID1111630). P.J.P. ontvangt een Level 2 Future Leader Fellowship van de National Heart Foundation of Australia (FLF102056) en Level 2 Career Development Fellowship van de NHMRC (CDF1161506).

De volgende gedeïdentificeerde gegevens werden geanalyseerd van een patiënt die werd gerekruteerd in de lopende COCOMO-ACS gerandomiseerde gecontroleerde studie (ACTRN12618000809235; Royal Adelaide Hospital HREC referentienummer: HREC/17/RAH/366), met aanvullende ethische goedkeuring verleend door Central Adelaide Local Health Network (CALHN) Research Services met het oog op biomechanische simulatie (CALHN Reference Number 14179). Figuur 1 geeft een overzicht van de volledige workflow die ...

Het gebruik van FSI-methoden om coronaire biomechanica te analyseren is nog steeds een ontwikkelingsveld van zowel numerieke modellering als klinische resultaataspecten. Hier hebben we de contouren beschreven van het opzetten van een patiëntspecifieke FSI-analyse, gebaseerd op de eindige element / eindige volumemethoden, met behulp van OCT- en angiografische beeldvorming. Hoewel de methode die we hier beschrijven een commerciële eindige elementenoplosser gebruikt, kan de procedure worden toegepast op elke FSI-compatibe...

Coronaire hartziekte (CAD) is het meest voorkomende type hartaandoening en een van de belangrijkste doodsoorzaken en economische lasten wereldwijd1,2. In de Verenigde Staten wordt ongeveer één op de acht sterfgevallen toegeschreven aan CAD3,4,terwijl de meeste wereldwijde sterfgevallen door CAD nu worden gezien in lage- en middeninkomenslanden5. Atherosclerose is de belangrijkste oorzaak van deze sterfgevallen, met plaqueruptuur of erosie die leidt tot occlusie van de kransslagader en acuut myocardinfarct (AMI)6. Zelfs na revascularisatie van monale coronaire laesies hebben patiënten een aanzienlijk risico op terugkerende ernstige cardiovasculaire bijwerkingen (MACE) na AMI, grotendeels als gevolg van de gelijktijdige aanwezigheid van andere niet-boosdoenlijke plaques die ook kwetsbaar zijn voor breuk7. Intracoronaire beeldvorming biedt de mogelijkheid om deze risicovolle plaques te detecteren8. Hoewel intravasculaire echografie (IVUS) de gouden standaard is voor het evalueren van plaquevolume, heeft het een beperkte resolutie om microstructurele kenmerken van kwetsbare plaque te identificeren in tegenstelling tot de hoge resolutie (10-20 μm) van optische coherentietomografie (OCT). Een dunne en ontstoken vezelige dop boven een grote lipidenpool is aangetoond dat het de belangrijkste handtekening is van een kwetsbare plaque9 en wordt het best geïdentificeerd en gemeten door OCT onder de momenteel beschikbare intracoronaire beeldvormingsmodaliteiten10. Belangrijk is dat OCT ook in staat is om andere hoogrisico plaquekenmerken te beoordelen, waaronder: lipideboog; macrofaaginfiltratie; aanwezigheid van thin cap fibroatheroma (TCFA), dat wordt gedefinieerd als lipiderijke kern met bovenliggende dunne vezelige dop (<65 μm); vlekkerige verkalking; en plaque microkanalen. OCT-detectie van deze hoogrisicokenmerken in niet-boosdoenlijke plaques na AMI is in verband gebracht met een tot 6-voudig verhoogd risico op toekomstige MACE11. Desondanks is het vermogen van angiografie en OCT-beeldvorming om te voorspellen welke coronaire plaques zullen vorderen en uiteindelijk scheuren of eroderen beperkt, met positief voorspellende waarden van slechts 20% -30%8. Dit beperkte voorspellende vermogen belemmert de klinische besluitvorming waaromheen niet-boosdoener plaques moeten worden behandeld (bijvoorbeeld door stenting)7,12.
Naast patiëntfactoren en de biologische kenmerken van plaque zijn ook biomechanische krachten in de kransslagaders belangrijke determinanten van plaqueprogressie en instabiliteit13. Een techniek die veelbelovend is om deze krachten uitgebreid te evalueren, is fluid-structure interaction (FSI)14-simulatie. Wall shear stress (WSS), ook wel endotheelschuifstress genoemd, is een traditioneel brandpunt geweest voor coronair biomechanicaonderzoek15, met een algemeen begrip dat WSS een etiologische rol speelt bij atherosclerosevorming16. Voornamelijk gesimuleerd met behulp van computational fluid dynamics (CFD) -technieken, zijn lage WSS-regio's geassocieerd met intimale verdikking17,vasculaire remodellering18 en de voorspelling van laesieprogressie19 en toekomstige MACE20. Recente ontwikkelingen in deze analyses suggereren de onderliggende WSS-vectorveldtopologie21en de multidirectionele kenmerkenervan 22als een betere voorspeller van atheroscleroserisico dan WSS-magnitude alleen. WSS vangt echter alleen een glimp op van het algehele biomechanische systeem aan de lumenwand, en net als beeldvormingsmodaliteiten kan geen enkele biomechanische metriek betrouwbaar atherosclerotische kenmerken met een hoog risico onderscheiden.
Verdere statistieken komen naar voren als potentieel belangrijk bij de vorming van atherosclerose. Intraluminale stromingskenmerken23 zijn zo'n voorbeeld, met spiraalvormige stroming, gekwantificeerd door middel van verschillende indices24, gesuggereerd als het spelen van een atheroprotectieve rol door het onderdrukken van verstoorde stroompatronen25,26. Hoewel CFD-technieken deze stroomkenmerken kunnen analyseren en een breed scala aan nuttige resultaten kunnen presenteren, houden ze geen rekening met de onderliggende interacties tussen de bloedstroom, slagaderstructuur en algemene hartbeweging. Deze vereenvoudiging van het dynamische systeem naar een stijve wand mist potentieel kritieke resultaten zoals vezelige dopspanning. Terwijl het debat zowel voor als tegen de noodzaak van FSI boven CFD voortduurt27,28,29, vergeten veel vergelijkingen de impact van de ventrikelfunctie op te nemen. Deze beperking kan worden overwonnen met FSI, die heeft aangetoond dat dynamische buiging en compressie uitgeoefend op de slagader door de invloed van de ventrikelfunctie een aanzienlijke invloed kan hebben op plaque en structurele stress van de slagader, evenals stromingsmetingen zoals WSS30,31,32. Dit is belangrijk omdat structurele spanningen ook een belangrijke metriek zijn voor het analyseren en voorspellen van plaqueruptuur33,34 en er is gesuggereerd om samen te lokaliseren met regio's van plaquetoename14,35. Het vastleggen van deze interacties zorgt voor een meer realistische weergave van de coronaire omgeving en de potentiële mechanismen van ziekteprogressie.
Om dit aan te pakken, schetsen we hier het proces van het ontwikkelen van een patiëntspecifieke geometrie van OCT-beeldvorming36 en het opzetten en uitvoeren van een VSI-simulatie van de slagader met behulp van een commerciële eindige elementenoplosser. Het proces om de lumen-, lipide- en buitenste slagaderwand handmatig te extraheren, wordt gedetailleerd beschreven vóór de driedimensionale computationele reconstructie van de slagader van de patiënt. We schetsen de simulatieopstelling, koppeling en het proces van het vergelijken van baseline en follow-up OCT-beeldvormingsparameters om de progressie van laesies te bepalen. Ten slotte bespreken we de nabewerking van numerieke resultaten en hoe deze gegevens klinische relevantie kunnen hebben door de biomechanische resultaten te vergelijken met laesieprogressie / regressie. De algemene methode wordt gedemonstreerd op niet-boosdoener, mild stenotische, lipiderijke plaques in de rechter kransslagader (RCA) van een 58-jarige Kaukasische mannelijke patiënt die zich presenteerde met een acuut niet-ST-elevatie myocardinfarct in de setting van hypertensie, type 2 diabetes mellitus, obesitas (BMI 32,6) en een familiegeschiedenis van premature CAD. Coronaire angiografie en OCT-beeldvorming werden uitgevoerd tijdens zijn eerste opname, en vervolgens 12 maanden later als onderdeel van een lopende klinische studie (COCOMO-ACS-studie ACTRN12618000809235). We verwachten dat deze techniek verder kan worden verfijnd en gebruikt voor het identificeren van coronaire plaques die een hoog risico lopen om vooruitgang te boeken.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ANSYS Workbench (version 19.0)</td>
			<td>ANSYS</td>
			<td></td>
			<td>Commercial finite element solver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB (version 2019b)</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>Commercial programming platform</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicroDicom/ImageJ</td>
			<td>MicroDicom/ImageJ</td>
			<td></td>
			<td>Open Source DICOM reader</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Visual Studio (version 2019)</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td></td>
			<td>Commercial Integrated Development Environment</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optical coherence tomography based biomechanical fluid-structure interaction analysis of coronary atherosclerosis progression

In dit artikel presenteren we een complete workflow voor de biomechanische analyse van atherosclerotische plaque in de coronaire vasculatuur. Met atherosclerose als een van de belangrijkste oorzaken van wereldwijde dood, morbiditeit en economische last, zijn nieuwe manieren nodig om de progressie ervan te analyseren en te voorspellen. Een dergelijke computationele methode is het gebruik van vloeistof-structuur interactie (FSI) om de interactie tussen de bloedstroom en slagader / plaque domeinen te analyseren. In combinatie met in vivo beeldvorming kan deze aanpak worden afgestemd op elke patiënt, wat helpt bij het onderscheiden van stabiele en onstabiele plaques. We schetsen het driedimensionale reconstructieproces, waarbij gebruik wordt gemaakt van intravasculaire Optische Coherentie Tomografie (OCT) en invasieve coronaire angiografie (ICA). De extractie van randvoorwaarden voor de simulatie, inclusief het repliceren van de driedimensionale beweging van de slagader, wordt besproken voordat de opstelling en analyse wordt uitgevoerd in een commerciële eindige elementenoplosser. De procedure voor het beschrijven van de zeer niet-lineaire hyperelastische eigenschappen van de slagaderwand en de pulsatiele bloedsnelheid / druk wordt beschreven, samen met het instellen van de systeemkoppeling tussen de twee domeinen. We demonstreren de procedure door een niet-boosdoener, mild stenotische, lipiderijke plaque te analyseren bij een patiënt na een hartinfarct. Gevestigde en opkomende markers gerelateerd aan atherosclerotische plaqueprogressie, zoals respectievelijk wall shear stress en lokale genormaliseerde helicity, worden besproken en gerelateerd aan de structurele respons in de slagaderwand en plaque. Ten slotte vertalen we de resultaten naar potentiële klinische relevantie, bespreken we beperkingen en schetsen we gebieden voor verdere ontwikkeling. De methode die in dit artikel wordt beschreven, is veelbelovend voor het helpen bij het bepalen van plaatsen met een risico op atherosclerotische progressie en kan daarom helpen bij het beheersen van de significante dood, morbiditeit en economische last van atherosclerose.

Representatieve resultaten worden gepresenteerd voor zowel gevestigde als opkomende biomechanische markers van atheroscleroseprogressie. Gevestigde statistieken zoals WSS en WSS-afgeleide resultaten (inclusief tijdgemiddelde wandschuifspanning (TAWSS) en oscillerende schuifindex (OSI)) worden gevisualiseerd in figuur 10. De wandschuifspanning over de hartcyclus wordt grotendeels aangedreven door de bloedsnelheid, maar de slagadergeometrie en de beweging / contractie ervan spelen een belangri...

Watch this Scientific Journal Video about Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression at JoVE.com

Optical Coherence Tomography Based Biomechanical Fluid-Structure Interaction Analysis of Coronary Atherosclerosis Progression

Er moet worden bepaald welke atherosclerotische laesies zich zullen ontwikkelen in de coronaire vasculatuur om de interventie te begeleiden voordat een hartinfarct optreedt. Dit artikel schetst de biomechanische modellering van slagaders uit optische coherentietomografie met behulp van vloeistof-structuurinteractietechnieken in een commerciële eindige elementenoplosser om deze progressie te helpen voorspellen.

Optische coherentie Tomografie gebaseerde biomechanische vloeistofstructuur interactie analyse van coronaire atherosclerose progressie

In this paper, we present a complete workflow for the biomechanical analysis of atherosclerotic plaque in the coronary vasculature. With atherosclerosis ...

Atherosclerose is een van de belangrijkste oorzaken van wereldwijde dood en morbiditeit, en de multifactoriële en complexe aard maakt een multidisciplinaire aanpak belangrijk. Nu is beeldvorming een krachtig hulpmiddel om zwarte morfologie te analyseren, maar het kan ons nog geen inzicht geven in de onderliggende mechanismen van werk. En dit is waar computationele simulatie om de hoek komt kijken.Vanuit het oogpunt van vloeistofdynamica weten we dat factoren zoals wandschuifstress in de bloedstroom van het dootheel en nieuwe transportprocessen die betrokken zijn bij de vorming van atherosclerose kunnen beïnvloeden. Maar om de specifieke mechanica van de patiënt echt te begrijpen, kunnen vloeistofstructuurinteractietechnieken, of episodisch kort, worden gebruikt om de interactie tussen bloedstroom, slagadermechanica en algemene hartfunctie te simuleren. En deze methodologie presenteert een aanpak om precies dit te doen, door de kransslagader van een patiënt te reconstrueren en biomechanisch te simuleren uit optische coherentietomografie, of kortweg OCT, en invasieve angiografie.Vervolgens bespraken we ook de klinische relevantieresultaten en de vergelijkingen voor follow-up beeldvorming. Nu zijn de fundamenten achter de methodologie gebouwd op de eindige elementen en eindige volumemethoden. En terwijl we hier de simulatiemethode demonstreren met behulp van de commerciële software, kan de ANSYS-procedure worden aangepast aan elke episodische software of codes.Match baseline en follow-up OCT-beelden, met behulp van anatomische oriëntatiepunten, zoals bifurcaties en met behulp van beelden die onmiddellijk proximaal beginnen met de meest distale bifurcatie en distale tot de meest proximale bifurcatie. De beelden tussen deze oriëntatiepunten moeten worden geanalyseerd Laad de eerste afbeelding in de digitizer en markeer de middelpunten en limieten van de katheter voor de schaal. Exporteer deze punten om later te gebruiken, markeer de rand van het lumen, begin vanaf dezelfde locatie in elke afbeelding en zorg ervoor dat u de rondingen van het lumen zo nauwkeurig mogelijk vastlegt.Laat een gat over de artefacten, omdat het reconstructieproces in een later stadium in deze regio's zal interpoleren. Exporteer deze bestanden naar een gegevensindeling en herhaal dit voor elke afbeelding. Extraheer in uw dot-com-software de buitenwand in gebieden met hoge demping, door zichtbare delen van het buitenste elastische membraan te gebruiken om in een ellips te passen, om de locatie van de buitenwand te schatten, definieer de lipideboog, bereken deze tot het lumen centroïde en pluk de dikte van de dop.Deze zullen worden gebruikt om de progressie van laesies samen met het lumengebied te analyseren. Importeer vervolgens deze over elkaar heen gelegde afbeeldingen in de beelddigitalisator om de buitenste wandpunten te selecteren. Evenzo voor de lipiden selecteren, het lipideoppervlak, beginnend met hetzelfde uiteinde van het lipide in elk geval, Laad het eerste angiografische beeld in de beelddigitalisator, selecteer de randen van de katheter om het beeld in latere stappen te schalen.En markeer vervolgens de centrale lijn van de katheter die begint met de proximale marker en distaal beweegt met gelijkmatig verdeelde punten. Exporteer de gegevens om het formaat aan te passen. Herhaal deze stappen voor elke afbeelding voordat u het reconstructieproces van de dwarsdoorsnede uitvoert.Importeer en genereer in een 3D-modelleringssoftware de doorsneden, één bestand tegelijk, om een solide component te maken, selecteer alle curven en vergrendel ze samen, zodat add frozen wordt geselecteerd om een nieuwe vaste stof te genereren. Voer nu deze stappen uit voor het lumen, lipiden en de buitenwand. Om het lumen en de lipiden van de slagaderwand af te trekken, maakt u een Booleaanse bewerking en kiest u het doellichaam als de muur en de lipiden en lumina als het gereedschapslichaam.Het is belangrijk om typologie tussen de muur en lipiden te delen om ervoor te zorgen dat mesh-knooppunten in toekomstige stappen worden gedeeld. Om dit te doen, markeert u de muur en hun lipiden en klikt u met de rechtermuisknop om een onderdeel te maken. Om de materiaaleigenschappen voor de slagader en lipide in te stellen, voert u technische gegevens in en voegt u een nieuw materiaal toe dat slagaderweerstandsdichtheid en het vijf parameter Mooney Riverland-model wordt genoemd en stelt u hun parameters in.Herhaal dit voor de lipide en de motorische component, onderdruk de lumencomponent en wijs de eerder gedefinieerde materialen toe aan de slagader en lipide vaste stoffen. De geometrie moet nu worden vermaasd, de fysicavoorkeur instellen op niet-lineair mechanisch en de maaswijdte specificeren. Hier hebben we adaptieve meshing gebruikt met de doelgrootte van 0,14 millimeter.Pas de netvoorkeuren indien nodig aan om redelijke maskereenheidswaarden te verkrijgen. Hier streven we naar ten minste twee tot drie mesh-elementen over openingen, zoals de vezelige dop. Het genereren van het gaas kan enige tijd duren vanwege de complexe geometrie.Voor FSI-simulaties schakelt u de automatische tijdstap uit en definieert u een substap als één en stelt u de eindtijd van de simulatie in. In dit geval 0,8 seconden, systeemkoppeling regelen we de tijd en substappen, stellen we het oplossertype in op programmabesturing om de directe of iteratieve methode te gebruiken. Directe methoden zijn robuuster, maar gebruiken aanzienlijk meer geheugen.Stel de Newton refs en methode in op volledig. Geef het systeemkoppelingsdomein op als de binnenwand van de slagader door een vloeistofinterface in te voegen. Dit zal gegevens doorgeven tussen de structuur en vloeistof op deze locatie.De verplaatsingsgrenscondities kunnen worden ingevoerd als een verplaatsingsfunctie in de richting X, Y en Z, toegepast op de inlaat en uitlaten. Om te helpen bij het oplossen van fouten onder het tabblad Oplossing invoegen voor Newton vlotten resten. Deze kunnen worden bekeken als er fouten optreden om de lastige geometrie of mesh-locaties te vinden.Ga naar het modeltabblad, controleer de eenheden en onderdruk het slagader- en lipidegedeelte. Het leiden van het vloeibare domein. Geef de netstatistieken op en genereer het net, controleer de scheefheid en pas indien nodig aan.Het is een goede gewoonte om een maaswijdte en vorm van vergelijkbare grootte te gebruiken als in het structurele deel op de gebieden waar de interactie tussen vloeibare vaste stoffen plaatsvindt. Maak naamselecties voor de inlaat, uitlaat en wand, om vloeiend te worden doorgegeven. Ga nu naar het tabblad Setup en zorg ervoor dat dubbele positie is ingeschakeld.Stel het oplossertype in op drukgebaseerd en zorg ervoor dat de tijd is ingesteld op voorbijgaand. Schakel het K-Omega viskeuze turbulentiemodel in en maak pure stresstransport en low-re correcties mogelijk. Om niet-lineaire viscositeitsmodellen met turbulentie mogelijk te maken.Voer de volgende opdracht in de opdrachtconsole in en voer ja in wanneer daarom wordt gevraagd. Definieer nu onder materiaal de bloedeigenschappen door dichtheid in te voeren en de niet-Newtoniaanse machtswet te selecteren uit de vervolgkeuzelijst met viscositeiten. Compileren, ik gebruik een gedefinieerde functie, met daarin de voorbijgaande bloedsnelheid en druk die de opdrachtregel controleert op eventuele fouten.Laad nu de UVF. Deze kunnen worden aangebracht op de inlaat en uitlaat. Schakel het dynamische net in, inclusief gladstrijken, opnieuw meshen en de zes vrijheidsgraden solver, waarbij de diffusieparameter 1.5 en de juiste maximale en minimale schalen voor uw mesh worden ingesteld.Maak een nieuwe dynamische mesh-zone, geef de wand van het lumen op en selecteer systeemkoppeling. Dit is de interface om gegevens door te geven aan de slagadercomponent van de simulatie. Maak de vormende gaaszones voor de inlaat, uitlaat en binnenlumen met de juiste waarden voor de maasschaal.Vaak worden negatieve celvolumefouten geassocieerd met dit dynamische net. Controleer dus zorgvuldig en pas indien nodig de maasweegschalen aan, voor elke regio, zorg ervoor dat de druksnelheidskoppeling is ingesteld om te koppelen en stel de voorbijgaande formulering en ruimtelijke discretisatieschema's in op de tweede orde. Voer in besturingselementen een huidig aantal van twee in en stel de resterende convergentiecriteria in op het tabblad Monitors.Hier hebben we de waarde van 1 hier gebruikt voor de 5 vijf voor continuïteit en een acht van de min zes voor de rest. Als u een aangepaste functie wilt definiëren voor resultaten zoals lokale genormaliseerde helicity, selecteert u aangepaste functies onder het tabblad Parameters en aanpassing en voegt u een nieuwe functie in. Gebruik het pop-upvenster om te definiëren wat nodig is.Stel op het tabblad Berekening uitvoeren het aantal stappen in op 160 met een tijdstapgrootte van vijf milliseconden en een aantal iteraties op 300. Controleer of de gegevensbemonstering voor tijdstatistieken is ingeschakeld en zorg ervoor dat wandstatistieken en stromingsschuifspanningen zijn geselecteerd, evenals onze eerder gedefinieerde aangepaste functie. Maak een gegevensexport in berekeningsactiviteiten en selecteer de optie CFD-berichtcompatibel voor nabewerking.Als u resultaten in een aparte software wilt verwerken, past u het exporttype indien nodig aan. Selecteer alle regio's en resultaten die u wilt exporteren. Initialiseer ten slotte de simulatie met het hybride schema.Zorg ervoor dat beide structurele invloedsinstellingen zijn aangesloten op de systeemkoppeling en zijn bijgewerkt. Stel bij systeemkoppeling de eindtijd in op 0,8 seconden en de tijdstempel op 5 milliseconden, meestal tussen 10 en 15 iteraties als voldoende, op voorwaarde dat zowel de structurele als de vloeistofcomponenten goed convergeren. Selecteer de wand- en vaste interface van respectievelijk de vloeistof- en structurele componenten en bewerk een overdracht, Pas de onderspanning of het opvoeren van de kracht die van vloeistof naar structuur wordt overgebracht aan om te helpen bij convergentie.Wanneer u klaar bent om te worden uitgevoerd, klikt u op bijwerken, simulatiegegevens zoals structurele en vloeiende convergentie en hun respectieve convergentie van gegevensoverdracht worden afgedrukt in de console. Merk op dat FSI-simulaties rekenkundig duur zijn, waarbij deze simulatie ongeveer 11 dagen duurt op een 16-core machine. Hier hebben we ons gericht op drie belangrijke biomechanische resultaten, namelijk wandschuifspanningen, intraluminale stromingskarakteristieken door de lokale genormaliseerde helicity en structurele stress in de vorm van de Von Mises effectieve stress.Pure stress wordt sterk aangedreven door de bloedsnelheid. Zoals we hier echter kunnen zien, zou een meer gedetailleerde analyse van de tijdgemiddelde pure stress, de a solitaire schuifindex, die een maat is voor stroomomkering en onderliggende pure stressvectorvelden, klinisch informatiever kunnen zijn, met name door te zoeken naar attractiegebieden, die monocyten kunnen aantrekken en tot plaquegroei kunnen leiden. We kunnen de heliacale stromingspatronen in het lumen verder visualiseren met lokale genormaliseerde helicity om het verband tussen spiraalvormige stromingsstructuren en plaquegroei te helpen conceptualiseren.Ten slotte kan hogere Von Mises-stress in de slagaderwand gebieden van cellulaire disfunctie of schade als gevolg van verhoogde belasting suggereren of waarschijnlijke plaatsen van plaqueruptuur suggereren, met name als gevolg van dunnere vezelige doppen of stress intensiveert bij de plukschoudergebieden. We zien ook dat stress wordt aangedreven door slagaderbuiging en samentrekking in de proximale vezelige dop. Terwijl de destillatiestress wordt aangedreven door bloeddruk Ons resultaat, FSI-simulaties zijn uniek geplaatst om vast te leggen.Door vergelijking met vervolgbeeldvorming. We zien een afname van het lumengebied in het distale gebied van de slagader, wat ook geassocieerd is met een toename van de totale vloeistofboog, wat wijst op progressie van de laesie. Ter vergelijking: het proximale gebied ziet een kleine afname van het lumenoppervlak, maar een grote afname van de vezelige dopdikte die een verschuiving naar een kwetsbaarder fenotype suggereert.Deze regio's of progressie of regressie kunnen vervolgens worden vergeleken met de baseline FSI-simulatie door patronen in war shear stress, intraluminale flow en structurele spanningen te analyseren. Welnu, deze methodologie wordt gepresenteerd voor een enkel geval. Analyse op grotere datasets worden verkregen om de statistische significantie van eventuele correlaties te bepalen.Iets waar we hopen dat deze methodiek hierbij kan helpen. in deze methode hebben we de stappen beschreven om de kransslagader van de patiënt te reconstrueren en biomechanisch te simuleren, met behulp van vloeistofstructuurinteractietechnieken. We beschreven het proces van het extraheren van het lumen, het lipide en de buitenwanden uit OCT en het opnieuw creëren van de driedimensionale vorm, voordat we het proces van meshing, het stellen van randvoorwaarden en systeemkoppelingsdomeinen beschreven.En tot slot het uitvoeren van de simulatie- en nabewerkingsresultaten. De vertaling van onze pure stress intraluminale stroomkenmerken, en de structurele respons in de slagader naar klinisch gemiddelde, werd ook besproken in termen van laesieprogressie met FSI-gebaseerde biomechanica, die het potentieel laat zien om een completer beeld te geven van de huidige toestand en prognose van een patiënt. Nu, terwijl FSI nog steeds erg in ontwikkeling is en computationeel dure methode is, geloven we dat het proces dat deze methodologie beschrijft verder kan worden gebouwd en gebruikt om klinische besluitvorming rond atheroscleroseprogressie te ondersteunen.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Force Vectors

SCIENTISTS IN ACTION

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

Gericht Cellular Self-Assembly to Cell-Derived weefsel Rings fabriceren voor Biomechanische Analyse en Tissue Engineering

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Geïntegreerde Fotoakoestische oftalmoscopie en Spectral-domein Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging ...

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

Computed Tomography en optische beeldvorming van Osteogenesis-angiogenese Koppeling te beoordelen Integratie van schedelbot Autografts en Allografts

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

Semiautomated Longitudinal Microcomputed Tomography-based Quantitative Structural Analysis of a Nude Rat Osteoporosis-related Vertebral Fracture Model

Semiautomated longitudinale Microcomputed tomografie gebaseerde kwantitatieve structurele analyse van een naakt-Rat Vertebrale fractuur osteoporose-gerelateerde Model

Osteoporosis-related vertebral compression fractures (OVCFs) are a common and clinically unmet need with increasing prevalence as the world population ...

Synthesis of Monocyte-targeting Peptide Amphiphile Micelles for Imaging of Atherosclerosis

Synthese van monocyt-targeting Peptide Amfifiel micellen voor beeldvorming van atherosclerose

Atherosclerosis is a major contributor to cardiovascular disease, the leading cause of death worldwide, which claims 17.3 million lives annually. ...

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 ...

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy (oSLO) and Optical Coherence Tomography (OCT)

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy oSLO and Optical Coherence Tomography OCT

Multimodale volumetrische Retinal Imaging door schuine scannen Laser Ophthalmoscopy (oSLO) en optische coherentie tomografie (OCT)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big ...

Nondestructive Monitoring of Degradable Scaffold-Based Tissue-Engineered Blood Vessel Development Using Optical Coherence Tomography

Niet-destructieve controle van afbreekbaar steiger gebaseerde weefsel-Engineered bloedvat ontwikkelen met behulp van optische coherentie tomografie

Engineered vascular grafts with structural and mechanical properties similar to natural blood vessels are expected to meet the growing demand for arterial ...

Biomechanical Testing of Murine Tendons

Biomechanische beproeving van Muriene pezen

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, ...

In vivo Structural Assessments of Ocular Disease in Rodent Models using Optical Coherence Tomography

In vivo structurele beoordelingen van oogziekten in knaagdiermodellen met behulp van optische coherentietomografie

Spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) is useful for visualizing retinal and ocular structures in vivo. In research, SD-OCT is a valuable ...