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

המחברים רוצים להכיר בתמיכה הניתנת על ידי אוניברסיטת אדלייד, בית החולים רויאל אדלייד (RAH) ומכון הבריאות והמחקר הרפואי של דרום אוסטרליה (SAHMRI). ניסוי COCOMO-ACS הוא מחקר ביוזמת החוקר הממומן על ידי מענקי פרויקטים של המועצה הלאומית לבריאות ומחקר רפואי (NHMRC) של אוסטרליה (ID1127159) וקרן הלב הלאומית של אוסטרליה (ID101370). H.J.C. נתמך על ידי מלגה מקרן החוקרים Westpac (מלגת מנהיגים עתידיים) ומכיר בתמיכה מאוניברסיטת אדלייד, בית הספר להנדסת מכונות ומלגת המחלקה לחינוך, מיומנויות והכשרה למחקר תעסוקתי (RTP). S.J.N. מקבל מלגת מחקר ראשית מ- NHMRC (ID1111630). P.J.P. מקבל מלגת מנהיג עתידי ברמה 2 מקרן הלב הלאומית של אוסטרליה (FLF102056) ומלגת פיתוח קריירה ברמה 2 מ- NHMRC (CDF1161506).

הנתונים המנוקדים הבאים נותחו ממטופל שגויס לניסוי המתמשך של COCOMO-ACS מבוקר אקראי (ACTRN12618000809235; רויאל אדלייד בית החולים HREC מספר התייחסות: HREC / 17/RAH /366), עם אישור אתי נוסף שניתן על ידי מרכז אדלייד רשת הבריאות המקומית (CALHN) שירותי מחקר לצורך סימולציה ביומכנית (CALHN מספר 14179). איור 1 מסכם א...

השימוש בשיטות FSI לניתוח ביומכניקה כלילית הוא עדיין תחום מתפתח הן מהיבטי מידול מספרי והן מהיבטי תוצאות קליניות. כאן תיארנו את קווי המתאר של הגדרת ניתוח FSI ספציפי למטופל, המבוסס על האלמנט הסופי / שיטות נפח סופיות, תוך שימוש ב- OCT והדמיה אנגיוגרפית. בעוד שהשיטה שאנו מתארים כאן משתמשת בפותל רכיב?...

מחלת לב כלילית (CAD) היא הסוג הנפוץ ביותר של מחלות לב ואחד הגורמים המובילים למוות ונטל כלכלי ברחבי העולם1,2. בארצות הברית, בערך אחד מכל שמונה מקרי מוות מיוחס ל- CAD3,4, בעוד שרוב מקרי המוות העולמיים מ- CAD נראים כיום במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינוניות5. טרשת עורקים היא המניע השולט של מקרי מוות אלה, עם קרע פלאק או שחיקה המובילה לאוטם עורקים כליליים אוטם שריר הלב חריף (AMI)6. גם לאחר revascularization של נגעים כלייליים אשמים, חולים יש סיכון משמעותי של אירועים קרדיווסקולריים שליליים גדולים חוזרים ונשנים (MACE) לאחר AMI, בעיקר בשל נוכחות בו זמנית של לוחות אחרים שאינם אשמים כי הם גם פגיעים לקרע7. הדמיה תוך-קורונית מספקת הזדמנות לזהות את הלוחות בסיכון גבוה8. למרות אולטרסאונד תוך וסקולרי (IVUS) הוא תקן הזהב להערכת נפח פלאק, יש לו רזולוציה מוגבלת לזהות תכונות מיקרו מובנות של פלאק פגיע בניגוד לרזולוציה גבוהה (10-20 מיקרומטר) של טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT). כובע סיבי דק ודלקתי מעל בריכת שומנים גדולה הוכח להיות החתימה החשובה ביותר של לוח פגיע9 והוא מזוהה ונמדד בצורה הטובה ביותר על ידי OCT בין שיטות הדמיה תוך-קורוניאלי זמין כרגע10. חשוב לציין, OCT הוא גם מסוגל להעריך תכונות פלאק בסיכון גבוה אחרות, כולל: קשת שומנים בדם; חדירת מקרופאגים; נוכחות של פיברות'ומה כובע דק (TCFA), אשר מוגדר כמו ליבה עשירה בשומנים עם כובע סיבי דק overlying (<65 מיקרומטר); הסתיידות מנומרת; ומיקרוכנלים פלאק. זיהוי OCT של תכונות בסיכון גבוה אלה בלוחות שאינם אשמים לאחר AMI קושר לסיכון מוגבר של עד פי 6 ל- MACE11עתידי . עם זאת, למרות זאת, היכולת של אנגיוגרפיה הדמיה OCT לחזות אילו לוחות כלילית יתקדמו ובסופו של דבר קרע או לשחוק מוגבלת, עם ערכי חיזוי חיוביים של רק 20%-30%8. יכולת חיזוי מוגבלת זו מעכבת קבלת החלטות קליניות שסביבן לוחות שאינם אשמים לטיפול (למשל, על ידי סטנטינג)7,12.
בנוסף לגורמי המטופל והמאפיינים הביולוגיים של פלאק, כוחות ביומכניים בעורקים הכליליים הם גם דטרמיננטים חשובים של התקדמות פלאק וחוסר יציבות13. טכניקה אחת המציגה הבטחה לסיוע בהערכה מקיפה של כוחות אלה היא סימולציה של אינטראקציה עם מבנה נוזלים (FSI)14. מתח גזוז קיר (WSS), המכונה גם מתח גזוז אנדותל, היה מוקד מסורתי למחקר ביומכניקה כלילית15, עם הבנה כללית כי WSS ממלא תפקיד אטיולוגי היווצרות טרשת עורקים16. בעיקר מדומה באמצעות דינמיקת נוזל חישובי (CFD) טכניקות, אזורי WSS נמוך קושרו עם עיבוי intimal17, שיפוץ כלי דם18 ואת התחזית של התקדמות נגע19 ו- MACEבעתיד 20. ההתקדמות האחרונה ניתוחים אלה מצביעה על טופולוגיית שדה וקטור WSSהבסיסית 21, ואת המאפיינים הרב-כיווניים שלה22, כמנבא טוב יותר של סיכון טרשת עורקים מאשר גודל WSS בלבד. עם זאת, WSS רק לוכד הצצה של המערכת הביומכנית הכוללת בקיר לומן, ובדומה לאופני הדמיה, אף מדד ביומכני אחד לא יכול להבחין באופן אמין בתכונות מיזוג עורקים בסיכון גבוה.
מדדים נוספים מתגלים כחשובים פוטנציאליים בהיווצרות טרשת עורקים. מאפייני זרימה תוך-אלומינלית23 הם דוגמה אחת כזו, עם זרימה הללית, המכונה דרך מדדים שונים24, הציע לשחק תפקיד atheroprotective על ידי דיכוי דפוסי זרימה מופרעים25,26. בעוד טכניקות CFD יכול לנתח את מאפייני הזרימה ולהציג מגוון רחב של תוצאות שימושיות, הם אינם רואים את האינטראקציות הבסיסיות בין זרימת הדם, מבנה העורק ותנועת הלב הכללית. פישוט זה של המערכת הדינמית לקיר נוקשה מפספס תוצאות שעלולות להיות קריטיות כגון מתח כובע סיבי. בעוד הדיון בעד ונגד הצורך ב- FSI על פני CFD נמשך27,28,29, השוואות רבות מזניחות לכלול את ההשפעה של תפקוד החדר. מגבלה זו ניתן להתגבר עם FSI, אשר הראה כי כיפוף דינמי ודחיסה המופעלים על העורק באמצעות ההשפעה של תפקוד החדר יכול להשפיע באופן משמעותי על פלאק ומתח מבני עורק, כמו גם מדדי זרימה כגון WSS30,31,32. זה חשוב כמו לחצים מבניים הם גם מדד מפתח לניתוח וחיזוי קרע פלאק33,34, הוצעו לאתר במשותף עם אזורים של גידול פלאק14,35. לכידת אינטראקציות אלה מאפשרת ייצוג מציאותי יותר של הסביבה הכלילית והמנגנונים הפוטנציאליים של התקדמות המחלה.
בהמשך לכך, אנו מתארים כאן את תהליך פיתוח הגיאומטריה הספציפית למטופל מ- OCT Imaging36 וההקמת והפעלה של סימולציית FSI עורקית באמצעות פותר אלמנטים סופי מסחרי. התהליך לחילוץ ידני של הלומן, השומנים וקיר העורק החיצוני מפורט לפני השחזור החישובי התלת מימדי של עורק המטופל. אנו מתארים את הגדרת הסימולציה, צימוד ותהליך ההשוואה בין פרמטרי הדמיית OCT בסיסיים ומעקב כדי לקבוע את התקדמות הנגע. לבסוף, אנו דנים לאחר עיבוד של תוצאות מספריות וכיצד נתונים אלה עשויים להיות רלוונטיים קליניים על ידי השוואת התוצאות הביומכניות עם התקדמות/רגרסיה של נגעים. השיטה הכוללת מודגמת על לוחות שריר הלב שאינם אשמים, סטנוטיים מעט, עשירים בשומנים בעורק הכלילי הימני (RCA) של גבר לבן בן 58 שהציג אוטם שריר הלב חריף שאינו ST בהגדרת יתר לחץ דם, סוכרת מסוג 2, השמנת יתר (BMI 32.6) והיסטוריה משפחתית של CAD מוקדם. אנגיוגרפיה כלילית והדמיה OCT בוצעו במהלך האשפוז הראשוני שלו, ולאחר מכן 12 חודשים מאוחר יותר כחלק מניסוי קליני מתמשך (ניסוי COCOMO-ACS ACTRN12618000809235). אנו צופים כי טכניקה זו יכולה להיות מעודנת יותר ומשמשת לזיהוי לוחות כלילית הנמצאים בסיכון גבוה להתקדמות.

<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

במאמר זה, אנו מציגים זרימת עבודה מלאה לניתוח ביומכני של פלאק תרמית באזור כלילית. עם טרשת עורקים כאחד הגורמים המובילים למוות עולמי, תחלואה ונטל כלכלי, יש צורך בדרכים חדשניות לניתוח וחיזוי התקדמותה. שיטה חישובית אחת כזו היא השימוש באינטראקציה בין מבנה נוזלים (FSI) כדי לנתח את האינטראקציה בין זרימת הדם לבין תחומי העורק/פלאק. יחד עם הדמיית in vivo, גישה זו יכולה להיות מותאמת לכל מטופל, ומסייעת להבדיל בין לוחות יציבים ולא יציבים. אנו מתארים את תהליך השיקום התלת מימדי, תוך שימוש בטומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית תוך-וסקולרית (OCT) ובאנגיוגרפיה כלילית פולשנית (ICA). הפקת תנאי הגבול לסימולציה, כולל שכפול התנועה התלת ממדית של העורק, נדונה לפני ההתקנה והניתוח מתבצעים בפותל אלמנטים סופי מסחרי. ההליך לתיאור המאפיינים ההיפר-אלסטיים הלא ליניאריים ביותר של דופן העורק ומהירות הדם הפועמת / לחץ מתואר יחד עם הגדרת צימוד המערכת בין שני התחומים. אנו מדגימים את ההליך על ידי ניתוח פלאק שאינו אשם, סטנוטי מעט, עשיר בשומן בחולה בעקבות אוטם שריר הלב. סמנים מבוססים ומתעוררים הקשורים להתקדמות פלאק תרמית, כגון מתח הטיה קיר ו helicity מנורמל מקומי, בהתאמה, נדונים הקשורים לתגובה המבנית בקיר העורק ובפלאק. לבסוף, אנו מתרגמים את התוצאות לרזיונום קליני פוטנציאלי, דנים במגבלות ומתווים תחומים לפיתוח נוסף. השיטה המתוארת במאמר זה מראה הבטחה לסיוע בקביעת אתרים בסיכון להתקדמות טרשת עורקים, ולכן יכולה לסייע בניהול הנטל המשמעותי של מוות, תחלואה ונטל כלכלי של טרשת עורקים.

תוצאות מייצגות מוצגות עבור סמנים ביומכניים מבוססים ומתפתחים של התקדמות טרשת עורקים. מדדים מבוססים כגון תוצאות WSS ו- WSS (כולל מתח הגהה קיר ממוצע זמן (TAWSS) ומדד הגהה מתנד (OSI)) מוצגים באיור 10. הלחץ הגניסוי בקיר על מחזור הלב מונע במידה רבה על ידי מהירות הדם, עם זאת, גיאומטריית העורק...

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

יש צורך לקבוע אילו נגעים טרכו-עורקים יתקדמו vasculature כלילית כדי להנחות התערבות לפני אוטם שריר הלב מתרחשת. מאמר זה מתאר את המודל הביומכני של העורקים מטומוגרפיה קוהרנטית אופטית באמצעות טכניקות אינטראקציה של מבנה נוזלים בפותל אלמנטים סופי מסחרי כדי לעזור לחזות התקדמות זו.

טומוגרפיה קוהרנטית אופטית מבוסס ביומכנית נוזל מבנה ניתוח של טרשת עורקים כלילית התקדמות

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

טרשת עורקים היא אחד הגורמים המובילים למוות ותחלואה עולמיים, ואופיו הרב-גורמי והמורכב הופך גישה רב-תחומית להתמודדות עם זה לחשוב. עכשיו, הדמיה היא כלי רב עוצמה לנתח מורפולוגיה שחורה אבל זה עדיין לא יכול לתת לנו הבנה של מנגנוני העבודה הבסיסיים. וכאן נכנסת ל ל.מנקודת מבט של דינמיקת נוזלים, אנו יודעים כי גורמים כגון לחץ גזוז קיר לתוך זרימת הדם של אנדותל ותהליכי הובלה חדשים המעורבים בהיווצרות טרשת עורקים. אבל כדי להבין באמת את המכניקה הספציפית של המטופל, טכניקות אינטראקציה מבנה נוזלים, או קצר אפיזודי, יכול לשמש כדי לדמות את האינטראקציה בין זרימת הדם, מכניקת העורק ותפקוד הלב הכללי. ומתודולוגיה זו מציגה גישה לעשות בדיוק את זה, על ידי שחזור וביו הדמיה מכנית של העורק הכלילי של המטופל מטומוגרפיה קוהרנטית אופטית, או OCT לאנגיוגרפיה קצרה ופולשנית.לאחר מכן דנו גם בתוצאות הרלוונטיות הקלינית ובהשוואות להדמיית מעקב. עכשיו, היסודות מאחורי המתודולוגיה בנויים על האלמנט הסופי ושיטות נפח סופיות. ובעוד אנו מדגימים את שיטת הסימולציה כאן באמצעות התוכנה המסחרית, הליך ANSYS יכול להיות מותאם לכל תוכנה או קודים בעלי יכולת אפיזודית.התאם תמונות OCT בסיסיות ומעקב, באמצעות ציוני דרך אנטומיים, כגון bifurcations ושימוש בתמונות החל מיד קרוב bifurcation דיסטלי ביותר דיסטליה כדי bifurcation הפרוקסימלי ביותר. יש לנתח את התמונות בין ציוני דרך אלה טען את התמונה הראשונה לדיגיטציה וסמן את נקודות מרכז הצנתר ואת הגבולות עבור קנה המידה. יצא נקודות אלה לשימוש מאוחר יותר, לסמן את קצה לומן, החל מאותו מיקום בכל תמונה ולהיות בטוח ללכוד את הקימורים של לומן בצורה מדויקת ככל האפשר.השאר פער על החפצים כמו תהליך השחזור יהיה interpolate על פני אזורים אלה בשלב מאוחר יותר. יצא קבצים אלה לתבנית נתונים וחזור על כך עבור כל תמונה. בתוכנת הדוט.קום שלך, לחלץ את הקיר החיצוני באזורי החלאה גבוהה, באמצעות חלקים גלויים של הממברנה האלסטית החיצונית כדי להתאים אליפסה, כדי להעריך את מיקום הקיר החיצוני, להגדיר את קשת השומנים, לחשב אותו ללומן centroid, ולתלוש עובי כובע.אלה ישמשו לניתוח התקדמות הנגע יחד עם אזור לומן. לאחר מכן יבאו את התמונות עם הכיתוב לדיגיטציה של התמונה כדי לבחור את נקודות הקיר החיצוניות. באופן דומה עבור השומנים לבחור, משטח השומנים, החל מאותו קצה של השומנים בכל מקרה, טען את התמונה אנגיוגרפית הראשונה דיגיטייזר התמונה, לבחור את הקצוות של הקטטר כדי לשנות את קנה המידה של התמונה בשלבים מאוחרים יותר.ואז לסמן את הקו המרכזי של הקטטר מתחיל עם הסמן הפרוקסימלי ונע בצורה דקה עם נקודות מרווחות באופן שווה. יצא את הנתונים כדי להתאים תבנית. חזור על שלבים אלה עבור כל תמונה לפני ביצוע תהליך שחזור החתך.בתוכנת מידול תלת-ממדית מייבאים ויוצרים את החתכים, קובץ אחד בכל פעם, כדי ליצור רכיב מוצק, לבחור את כל העקומות ולנעול אותן יחד, להבטיח כי להוסיף קפוא נבחר כדי ליצור מוצק חדש. עכשיו לבצע את השלבים האלה עבור לומן, שומנים וקיר החיצוני. כדי להחסיר את הלומן והשומנים מקיר העורק, ליצור פעולה בוליאנית ולבחור את גוף היעד כמו הקיר ואת השומנים ואת לומינה כגוף הכלי.חשוב לשתף טיפולוגיה בין הקיר לבין השומנים כדי להבטיח כי צמתי רשת משותפים בשלבים עתידיים. כדי לעשות זאת, להדגיש את הקיר ואת השומנים שלהם, ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני כדי ליצור חלק. כדי להגדיר את תכונות החומר עבור העורק ואת השומנים להזין נתונים הנדסיים ולהוסיף חומר חדש שנקרא צפיפות גרירת עורק ואת חמישה הפרמטרים מוני ריברלנד מודל ולהגדיר את הפרמטרים שלהם.חזור על זה עבור השומנים ועל הרכיב המוטורי, לדכא את רכיב לומן ולהקצות את החומרים שהוגדרו בעבר לעורק ומוצקי השומנים. הגיאומטריה צריכה להיות כעת יש רשת, להגדיר את העדפת הפיזיקה מכני לא ליניארי ולציין את גודל רשת שינוי. כאן השתמשנו רשת אדפטיבית עם גודל היעד של 0.14 מילימטרים.התאימו את העדפות רשת-השתן לפי הצורך כדי להשיג ערכי יחידת מסיכה סבירים. כאן אנו שואפים לפחות שניים עד שלושה אלמנטים רשת על פני פערים, כגון המכסה סיבי. יצירת הרשת עשויה להימשך זמן מה עקב הגיאומטריה המורכבת.עבור סימולציות FSI, בטל את הזמן האוטומטי, הגדר שלב משנה כשלב אחד והגדר את שעת הסיום של הסימולציה. במקרה זה 0.8 שניות, צימוד המערכת אנו שולטים בשלבי הזמן והתת, הגדר את סוג Solver לבקרת התוכנית לשימוש בשיטה הישירה או האיטרטיבית. שיטות ישירות חזקות יותר, אך משתמשות בכמות משמעותית יותר זיכרון.הגדר את הנציגים והשיטה של ניוטון במלואם. ציין את תחום צימוד המערכת כקיר הפנימי של העורק על-ידי החדרת ממשק מוצק נוזלי. פעולה זו תעביר נתונים בין המבנה לנוזל במיקום זה.ניתן להזין את תנאי גבול ההעתקה כפונקציית תזוזה בכיוון X, Y ו- Z, החלה בכניסה ובשקעים. כדי לסייע בפתרון שגיאות תחת הוספת כרטיסיית הפתרון עבור שיורית רפסודות ניוטון. ניתן להציג אותם אם מתעוררות שגיאות כדי למצוא את הגיאומטריה הבעייתית או מיקומי רשת.הזן את לשונית הדגם, בדוק את היחידות והעלים את החלק של העורק והשומנים. מוביל את תחום הנוזלים. ציין את מדדי הרשת וצור את רשת שינוי, בדיקת ההטיה והתאמת במידת הצורך.זה תרגול טוב להשתמש רשת גודל דומה וצורה כפי שעשינו בחלק המבני על האזורים שבהם אינטראקציה מוצקה נוזל מתרחשת. צור בחירות שם עבור הכניסה, השקע והקיר, שיועברו לרהוט. כעת הזן את כרטיסיית ההתקנה וודא שהמיקום הכפול זמין.הגדר את סוג Solver ללחץ מבוסס וודא שהזמן מוגדר ארעי. אפשר את מודל המערבולת הצמיגית K-Omega ואפשר הובלת מתח מוחלטת ותיקונים בחזרה נמוכה. כדי להפוך מודלים לא ליניאריים של צמיגות עם מערבולת.הזן את הפקודה הבאה במסוף הפקודות והזן כן כאשר תתבקש לעשות זאת. תחת חומר, עכשיו להגדיר את תכונות הדם, על ידי הזנת צפיפות ובחירת חוק הכוח הלא ניוטוני מהרשימה הנפתחת צמיגות. קומפילציה, אני משתמש בפונקציה מוגדרת, המכילה את מהירות הדם החולפת ואת הלחץ בדיקת שורת הפקודה עבור שגיאות כלשהן.עכשיו לטעון את UVF. אלה יכולים להיות מוחלים על המפרצון והשקע. אפשר את רשת המערכת הדינמית, כולל החלקה, רשת שינוי ושש דרגות של פותר החופש, הגדרת פרמטר הדיפוזיה 1.5 ואת קנה המידה המרבי והמינימלי המתאים עבור רשת המערכת שלך.צור אזור רשת דינמי חדש, ציין את קיר הלומן ובחר צימוד מערכת. זהו הממשק להעברת נתונים לרכיב העורק של הסימולציה. צור את אזורי רשת שינוי הצורה עבור הלומן נכנס, שקע ופנים עם ערכים מתאימים עבור קנה המידה רשת.לעתים קרובות שגיאות שליליות של עוצמת תאים משויכות לרשת מערכת דינאמית זו. אז בדקו היטב והתאמו את סולמות הרשת במידת הצורך, עבור כל אזור, ודאו שצימוד מהירות הלחץ מוגדר לזוג והגדירו את הניסוח החולף ואת תוכניות הנפרדות המרחבית לסדר שני. בפקדים הזן מספר נוכחי של שניים והגדר את קריטריוני ההתכנסות השיורית בכרטיסיה צגים.כאן, השתמשנו בערך של 1 כאן ל-5 להמשכיות ושמונה מתוך מינוס שש עבור השארית. כדי להגדיר פונקציה מותאמת אישית עבור תוצאות כגון helicity מנורמלת מקומית, בחר פונקציות מותאמות אישית, תחת הכרטיסיה פרמטרים והתאמה אישית, והוסף פונקציה חדשה. השתמש בחלון המוקפץ כדי להגדיר לפי הצורך.בכרטיסיה חישוב ריצה, הגדר את מספר הפעמים שלבים ל- 160 עם גודל שלב זמן של חמש אלפיות השניה ומספר איטרציות ל- 300. ודא שדגימת הנתונים עבור סטטיסטיקת זמן מופעלת וודא שסטטיסטיקות קיר ולחצים של גיזת זרימה נבחרים, כמו גם הפונקציה המותאמת אישית שהוגדרה בעבר. צור ייצוא נתונים בפעילויות חישוב, ובחר באפשרות תואמת פוסט CFD לאחר העיבוד.אם ברצונך לעבד תוצאות בתוכנה נפרדת, התאם את סוג הייצוא לפי הצורך. בחר את כל האזורים ואת התוצאות שברצונך לייצא. לבסוף, לאתחל את הסימולציה עם התוכנית ההיברידית.ודא ששתי הגדרות ההשפעה המבנית מחוברות לצימוד המערכת ומתעדכנות. בצימוד מערכת, הגדר את זמן הסיום ל-0.8 שניות ואת חותמת הזמן ל-5 אלפיות השנייה, בדרך כלל בין 10 ל-15 איטרציות כמספיק בתנאי שגם הרכיבים המבניים וגם רכיבי הנוזל מתכנסים היטב. בחר את הקיר ואת הממשק המוצק מן הנוזל ואת הרכיבים המבניים, בהתאמה לערוך את ההעברה, להתאים את הרפיה תחת או השתוללות של הכוח מועבר מנוזל למבנה כדי לסייע בהתכנסות.כאשר הם מוכנים לפעול, לחץ על עדכון, נתוני סימולציה כגון התכנסות מבנית וזורמת והתכנסות העברת הנתונים המתאימה שלהם מודפסים במסוף. שים לב כי סימולציות FSI הן יקרות מבחינה חישובית, עם סימולציה זו שלוקחת בערך 11 ימים על מכונת ליבה 16. כאן התמקדנו בשלוש תוצאות ביומכניות חשובות, כלומר לחצים של גיזת קיר, מאפייני זרימה תוך-אלומינלית דרך ההוליות הנורמלית המקומית, ומתח מבני בצורה של הלחץ האפקטיבי של פון מיס.מתח מוחלט מונע מאוד על ידי מהירות הדם. כפי שאנו יכולים לראות כאן, עם זאת, ניתוח מפורט יותר של הלחץ העצום הממוצע בזמן, מדד הגיזה הבודד, שהוא מדד של היפוך זרימה ושדות וקטור מתח מוחלטים, יכול להיות אינפורמטיבי יותר מבחינה קלינית, במיוחד על ידי חיפוש אזורי משיכה, אשר יכול לצייר מונוציטים ולהוביל לצמיחת פלאק. אנו יכולים לדמיין עוד יותר את דפוסי הזרימה הליקאליים ברחבי הלומן עם ההליקטיות הנורמלית המקומית כדי לעזור להמשיג את הקשר בין מבני זרימה חילוניים לצמיחת פלאק.לבסוף, מתח גבוה יותר פון מיס בקיר העורק יכול להציע אזורים של תפקוד לקוי התא או נזק עקב הגברת הטעינה או להציע אתרים סבירים של קרע פלאק, במיוחד בשל כובעים סיביים דקים יותר או מתח מתעצם באזורי כתפי המרטה. אנו רואים גם כי מתח מונע על ידי כיפוף עורקים והתכווצות במכסה סיבי פרוקסימלי. בעוד מתח זיקוק מונע על ידי לחץ דם התוצאה שלנו, סימולציות FSI ממוקמים באופן ייחודי ללכוד.באמצעות השוואה עם הדמיית מעקב. אנו רואים ירידה באזור לומן באזור הדיסטלי של העורק, אשר קשור גם עם עלייה בקשת הנוזל הכוללת, דבר המצביע על התקדמות נגע. לשם השוואה, האזור הפרוקסימלי רואה ירידה קטנה באזור לומן, אבל ירידה גדולה בעובי הכובע סיבי מציע לעבור פנוטיפ פגיע יותר.אזורים אלה או התקדמות או רגרסיה אז ניתן להשוות סימולציה FSI הבסיסי על ידי ניתוח דפוסים מתח גיסת מלחמה, זרימה תוך אלומינלית ולחצים מבניים. ובכן, מתודולוגיה זו מוצגת למקרה אחד. ניתוח על ערכות נתונים גדולות יותר נרכש כדי לקבוע את המשמעות הסטטיסטית של כל מתאם.משהו שאנחנו מקווים המתודולוגיה הזאת יכולה לסייע עם. בשיטה זו, תיארנו את השלבים לשחזור ודיו באופן מכני של העורק הכלילי של המטופל, באמצעות טכניקות אינטראקציה מבנה נוזל. תיארנו את תהליך חילוץ הלומן, השומנים והקירות החיצוניים מ- OCT ושחזור הצורה התלת ממדית, לפני שתיארנו את תהליך הרשת, הגדרת תנאי גבול ותחומי צימוד מערכת.ולבסוף, הפעלת הסימולציה ותוצאות לאחר העיבוד. התרגום של מאפייני הזרימה התוך-אלומינלית של הלחץ העצום שלנו, והתגובה המבנית בעורק לממוצע קליני, נדון גם במונחים של התקדמות נגע עם ביומכניקה מבוססת FSI, המציגה את הפוטנציאל להציג תמונה מלאה יותר, של מצבו הנוכחי של המטופל ופרוגנוזה. כעת, בעוד FSI עדיין מפתחת ויקרה מבחינה חישובית, אנו מאמינים כי ניתן לבנות עוד יותר על התהליך המתאר מתודולוגיה זו ולהשתמש בו כדי לסייע בקבלת החלטות קליניות סביב התקדמות טרשת עורקים.

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

בימוי נייד הרכבה עצמית לפברק Cell-נגזר טבעות רקמות לניתוח biomechanical הנדסת רקמות

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

Ophthalmoscopy photoacoustic משולב וטומוגרפיה אופטית קוהרנטיות Spectral-תחום

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

טומוגרפיה ממוחשבת והדמיה אופטית של צימוד Osteogenesis-אנגיוגנזה להערכת שילוב של Autografts עצם הגולגולת וAllografts

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 האורך מבוסס-טומוגרפיה Microcomputed כמותיים ניתוח מבנה של מודל הקשורות אוסטיאופורוזיס שבר בחוליות עכברוש עירום

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

סינתזה של פילוח מונוציט פפטיד אמפיפיליות הקזאין עבור הדמיה של טרשת עורקים

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

רקמות מבוסס Agarose מחקה פאנטום אופטי עבור ' מאטום לשקוף ' ספקטרוסקופיה

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

עם מודאלים מרובים נפח הרשתית הדמיה על ידי עקיפה סריקת לייזר Ophthalmoscopy (אוסלו) ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר)

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

ניטור לא הורסות של פיתוח מתכלה מבוססי לגרדום רקמות מהונדסים כלי דם באמצעות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית

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

בדיקה ביומכנית של הגידים של מורנה

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

הערכות מבניות In vivo של מחלות עיניים במודלים של מכרסמים באמצעות טומוגרפיה קוהרנטית אופטית

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