Name: particle image velocimetry investigation of hemodynamics via aortic phantom
Uploaded: 2022-02-25T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af Det Grundvidenskabelige Forskningsprogram fra Koreas Nationale Forskningsfond, som er finansieret af Undervisningsministeriet (NRF-2021R1I1A3040346 og NRF-2020R1A4A1019475). Denne undersøgelse blev også støttet af 2018 Research Grant (PoINT) fra Kangwon National University.

1. In vitro-opsætning
<ol><li>Forbered forsøgsopstillingen på et optisk bord, herunder en stempelpumpe, dataindsamlingsenhed (DAQ) og en computer med den nødvendige systemtekniske software og en motorstyringssoftware (se tabel over materialer) (figur 1). BEMÆRK: Stempelpumpen er tidligere testet og kalibreret og består af en motor, motordriver og lineær aktuator9.</li>
	<li>Importer regnearksfilen med flowhastighe...

<ol>
	<li>Carabello, B. A., Paulus, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aortic+stenosis.">Aortic stenosis.</a> The Lancet. 373 (9667), 956-966 (2009).</li><li>Jakobsen, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-and+long-term+mortality+and+stroke+risk+after+transcatheter+aortic+valve+implantation.">Short-and long-term mortality and stroke risk after transcatheter aortic valve implantation.</a> The American Journal of Cardiology. 121 (1), 78-85 (2018).</li><li>Koo, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computed+tomography+features+of+cuspal+thrombosis+and+subvalvular+tissue+ingrowth+after+transcatheter+aortic+valve+implantation.">Computed tomography features of cuspal thrombosis and subvalvular tissue ingrowth after transcatheter aortic valve implantation.</a> The American Journal of Cardiology. 125 (4), 597-606 (2020).</li><li>Midha, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fluid+mechanics+of+transcatheter+heart+valve+leaflet+thrombosis+in+the+neosinus.">The fluid mechanics of transcatheter heart valve leaflet thrombosis in the neosinus.</a> Circulation. 136 (17), 1598-1609 (2017).</li><li>Abubakar, H., Ahmed, A. S., Subahi, A., Yassin, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thrombus+in+the+Right+Coronary+Sinus+of+Valsalva+Originating+From+the+Left+Atrial+Appendage+Causing+Embolic+Inferior+Wall+Myocardial+Infarction.">Thrombus in the Right Coronary Sinus of Valsalva Originating From the Left Atrial Appendage Causing Embolic Inferior Wall Myocardial Infarction.</a> Journal of Investigative Medicine High Impact Case Reports. 6, 2324709618792023 (2018).</li><li>Charonko, J., Karri, S., Schmieg, J., Prabhu, S., Vlachos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro,+time-resolved+PIV+comparison+of+the+effect+of+stent+design+on+wall+shear+stress.">In vitro, time-resolved PIV comparison of the effect of stent design on wall shear stress.</a> Annals of Biomedical Engineering. 37 (7), 1310-1321 (2009).</li><li>Hariharan, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inter-laboratory+characterization+of+the+velocity+field+in+the+FDA+blood+pump+model+using+particle+image+velocimetry+(PIV).">Inter-laboratory characterization of the velocity field in the FDA blood pump model using particle image velocimetry (PIV).</a> Cardiovascular Engineering and Technology. 9 (4), 623-640 (2018).</li><li>Lim, W., Chew, Y., Chew, T., Low, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsatile+flow+studies+of+a+porcine+bioprosthetic+aortic+valve+in+vitro:+PIV+measurements+and+shear-induced+blood+damage.">Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage.</a> Journal of Biomechanics. 34 (11), 1417-1427 (2001).</li><li>Kim, J., Lee, Y., Choi, S., Ha, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsatile+flow+pump+based+on+an+iterative+controlled+piston+pump+actuator+as+an+in-vitro+cardiovascular+flow+model.">Pulsatile flow pump based on an iterative controlled piston pump actuator as an in-vitro cardiovascular flow model.</a> Medical Engineering &amp; Physics. 77, 118-124 (2020).</li><li>Moore, B. L., Dasi, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+flow+impacts+aortic+leaflet+mechanics+and+aortic+sinus+hemodynamics.">Coronary flow impacts aortic leaflet mechanics and aortic sinus hemodynamics.</a> Annals of Biomedical Engineering. 43 (9), 2231-2241 (2015).</li><li>Evans, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Practical 3D printers: The science and art of 3D printing. , (2012).</li><li>Yudi, M. B., Sharma, S. K., Tang, G. H., Kini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+angiography+and+percutaneous+coronary+intervention+after+transcatheter+aortic+valve+replacement.">Coronary angiography and percutaneous coronary intervention after transcatheter aortic valve replacement.</a> Journal of the American College of Cardiology. 71 (12), 1360-1378 (2018).</li><li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry. , (2011).</li><li>Deen, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+image+pre-processing+for+PIV+of+single-and+two-phase+flows+over+reflecting+objects.">On image pre-processing for PIV of single-and two-phase flows over reflecting objects.</a> Experiments in Fluids. 49 (2), 525-530 (2010).</li><li>Thielicke, W., Stamhuis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PIVlab-towards+user-friendly,+affordable+and+accurate+digital+particle+image+velocimetry+in+MATLAB.">PIVlab-towards user-friendly, affordable and accurate digital particle image velocimetry in MATLAB.</a> Journal of Open Research Software. 2 (1), (2014).</li><li>Pizer, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+histogram+equalization+and+its+variations.">Adaptive histogram equalization and its variations.</a> Computer Vision, Graphics, and Image Processing. 39 (3), 355-368 (1987).</li><li>Garcia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+smoothing+of+gridded+data+in+one+and+higher+dimensions+with+missing+values.">Robust smoothing of gridded data in one and higher dimensions with missing values.</a> Computational Statistics &amp; Data Analysis. 54 (4), 1167-1178 (2010).</li><li>Elger, D. F., LeBret, B. A., Crowe, C. T., Roberson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Engineering Fluid Mechanics. , (2020).</li><li>Raghav, V., Sastry, S., Saikrishnan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+assessment+of+flow+fields+associated+with+heart+valve+prostheses+using+particle+image+velocimetry+(PIV):+recommendations+for+best+practices.">Experimental assessment of flow fields associated with heart valve prostheses using particle image velocimetry (PIV): recommendations for best practices.</a> Cardiovascular Engineering and Technology. 9 (3), 273-287 (2018).</li><li>Ncho, B., Sadri, V., Ortner, J., Kollapaneni, S., Yoganathan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-Vitro+Assessment+of+the+Effects+of+Transcatheter+Aortic+Valve+Leaflet+Design+on+Neo-Sinus+Geometry+and+Flow.">In-Vitro Assessment of the Effects of Transcatheter Aortic Valve Leaflet Design on Neo-Sinus Geometry and Flow.</a> Annals of Biomedical Engineering. 49 (3), 1046-1057 (2021).</li><li>Graftieaux, L., Michard, M., Grosjean, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+PIV,+POD+and+vortex+identification+algorithms+for+the+study+of+unsteady+turbulent+swirling+flows.">Combining PIV, POD and vortex identification algorithms for the study of unsteady turbulent swirling flows.</a> Measurement Science and Technology. 12 (9), 1422 (2001).</li><li>Yap, C. H., Saikrishnan, N., Tamilselvan, G., Yoganathan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+measurement+of+dynamic+fluid+shear+stress+on+the+aortic+surface+of+the+aortic+valve+leaflet.">Experimental measurement of dynamic fluid shear stress on the aortic surface of the aortic valve leaflet.</a> Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 11 (1), 171-182 (2012).</li><li>Toninato, R., Salmon, J., Susin, F. M., Ducci, A., Burriesci, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+vortices+in+the+sinuses+of+Valsalva:+an+in+vitro+approach+for+bio-prosthetic+valves.">Physiological vortices in the sinuses of Valsalva: an in vitro approach for bio-prosthetic valves.</a> Journal of Biomechanics. 49 (13), 2635-2643 (2016).</li><li>Raghav, V., Midha, P., Sharma, R., Babaliaros, V., Yoganathan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcatheter+aortic+valve+thrombosis:+a+review+of+potential+mechanisms.">Transcatheter aortic valve thrombosis: a review of potential mechanisms.</a> Journal of the Royal Society Interface. 18 (184), 20210599 (2021).</li><li>Ramanathan, T., Skinner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+blood+flow.">Coronary blood flow.</a> Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care &amp; Pain. 5 (2), 61-64 (2005).</li><li>Nobach, H., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+accuracy+in+PIV+due+to+individual+variations+of+particle+image+intensities.">Limitations of accuracy in PIV due to individual variations of particle image intensities.</a> Experiments in Fluids. 47 (1), 27-38 (2009).</li><li>G&#252;lan, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+analysis+of+the+transcatheter+aortic+valve+implantation+on+blood+flow+hemodynamics:+An+optical+imaging-based+in+vitro+study.">Performance analysis of the transcatheter aortic valve implantation on blood flow hemodynamics: An optical imaging-based in vitro study.</a> Artificial Organs. 43 (10), 282-293 (2019).</li></ol>

Sinusstrømmen ændrede sig på grund af forskellig sinusgeometri efter TAVI. Hvirvlen blev dannet af aortaklappens åbning og interaktionen med den fremadgående stråle af systol22. I undersøgelsen af den kunstige kirurgiske ventil uden indfødte foldere var hvirvel observeret i sinusområdet ved systole normal23. Denne undersøgelse danner hvirvlen præsenteret ved diastol ved at reducere den fremadrettede stråle og komme ind i sinus. Sinusstrømmen stødte på den ind...

Aortastenose er en almindelig sygdom hos ældre voksne, og det er, når aortaklappen ikke åbner, hvilket reducerer blodgennemstrømningen. Problemet skyldes fortykkelse eller forkalkning af aortaklappen1. Derfor er det en nødvendig behandling for at forbedre blodgennemstrømningen og mindske belastningen på hjertet. Det behandles ved at ombygge aortaklappen eller erstatte den med en kunstig ventil. Denne undersøgelse fokuserer på transkateter aortaklappen implantation (TAVI), der erstatter den funktionsdygtige aortaklap med en kunstig ved hjælp af et kateter.
TAVI er blevet anbefalet til patienter, der er udfordret ved operation, og dødeligheden har også været lav2. For nylig er det blevet rapporteret, at trombose hos patienter efter TAVI forårsagede ventildysfunktion og slagtilfælde 3,4. Trombose i aorta sinus og neo-sinus er mistænkt, med sin årsag sandsynligvis er ændringerne i hæmodynamikken forårsaget af TAVI. Det udføres uden at fjerne de oprindelige foldere; disse brochurer kan forstyrre sinusstrømmen og øge risikoen for trombose5.
Det er vanskeligt at bestemme, hvordan blodgennemstrømningen påvirkes af TAVI, og hvordan trombose induceres hos patienter. Det er ønskeligt at belyse forholdet mellem blodgennemstrømning og trombosedannelse in vivo. Manglen på praktiske teknikker til måling af blodgennemstrømningen gør dette imidlertid problematisk. På den anden side har in vitro-teknikker den fordel, at man kan overvåge ændringerne i blodgennemstrømningen ved at begrænse de parametre, der skal undersøges. In vitro-opsætning og partikelbilledvelocimetri (PIV) er blevet brugt til at identificere hastighed inden for medicinske områder 6,7,8. Derfor er in vitro og PIV tilstrækkelige til at bestemme de parametre, der skal rapporteres ved at efterligne patientens tilstand: puls og tryk, viskositet og sinusgeometri og lade en kontrollere disse parametre.
I denne undersøgelse bruges in vitro-opsætning og PIV til at undersøge strømmen i aorta-sinus efter TAVI. Aortafantomet og TAVI for PIV og dataindsamlingsprocessen og efterbehandlingsflowanalysen er beskrevet i denne protokol. Forskellige hæmodynamiske parametre er afledt, herunder hastighed, stasis, hvirvel, vorticitet og partikelophold. Resultaterne viser, at in vitro-opsætning og PIV hjælper med at undersøge de hæmodynamiske træk i aorta-sinus.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Prusa Research</td>
			<td></td>
			<td>Original Prusa i3 MK2; FDM printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum bar (square)</td>
			<td>APSPRO</td>
			<td>KHP-3030, KHP-6060</td>
			<td>Dimension: 30 mm x 30 mm, 60 mm x 60 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bulb pump</td>
			<td>Skyhope</td>
			<td></td>
			<td>MHL-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera controlling software</td>
			<td>Phantom</td>
			<td>PCC 3.4 software</td>
			<td>The software controll the high speed camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Check valve</td>
			<td>HANJU STEEL PIPE</td>
			<td></td>
			<td>Check valve; 1/2 inch (15A)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Aqusition device</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>USB-6001</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerin</td>
			<td>ANU Korea</td>
			<td></td>
			<td>It used for making a working fluid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed camera</td>
			<td>Phantom</td>
			<td></td>
			<td>Phantom VEO 710E-L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser</td>
			<td>Changchun New Industries Optoelectronics Technology</td>
			<td></td>
			<td>MGL-W-532; CW Nd:YAG Laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear actuator</td>
			<td>THOMSON</td>
			<td></td>
			<td>PC-40; it converts the rotational motion to lenear motion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macro lens</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>VR Micro-NIKKOR 105mm, f/1.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>KOLLMORGEN</td>
			<td></td>
			<td>AKM33H-ANCNR-00; DC servo motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor controlling software</td>
			<td>KOLLMORGEN</td>
			<td></td>
			<td>Kollmorgen software; the software controll the motor driver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor driver</td>
			<td>KOLLMORGEN</td>
			<td></td>
			<td>AKD-B00606-NBAN-0000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open-source electronic prototypic platform</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>A000066</td>
			<td>Arduino Uno R3. It used for making a external trigger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optic table</td>
			<td>SMTECH</td>
			<td></td>
			<td>1800 (W) x 900 (B) x 800 (H)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Particle</td>
			<td>Dantec Dynamics</td>
			<td>80A6011</td>
			<td>Hollow Glass Sphere. Mean diameter:10 &#181;m, Density: 1090 kg/m3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIVlab</td>
			<td>PIVlab</td>
			<td></td>
			<td>Open source algorithm based on MATLAB 
			https://kr.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/27659-pivlab-particle-image-velocimetry-piv-tool-with-gui</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure gauge</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td></td>
			<td>PX309-015A5V. Measurement range: 0~15psi</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refractometer</td>
			<td>ATAGO</td>
			<td>2350</td>
			<td>R-5000. Hand held refractometer; measurement range: 1.333-1.520</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistance valve</td>
			<td>HANJU STEEL PIPE</td>
			<td></td>
			<td>Ball valve; 1/2 inch (15A)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline</td>
			<td>DAI HAN PHARM</td>
			<td></td>
			<td>It is used for making a working fluid and for preserving the TAV</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone hose</td>
			<td>HSW</td>
			<td></td>
			<td>Inner diameter 26mm, Outter diameter 30mm; Inlet length 5m, Outlet length 1.5m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>System enginnering software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>LabVIEW software. The software controlls the DAQ.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transcatheter Aortic Valve, TAV (23 mm) and TAV (26 mm)</td>
			<td>Edwards Lifesciences</td>
			<td></td>
			<td>SAPIEN3 23mm, SAPIEN3 26mm. It is supported by Seoul Asan Medical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viscosmeter</td>
			<td>Brookfiled</td>
			<td></td>
			<td>DVELV; Measurement range: 1-2x109 cp</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

particle image velocimetry investigation of hemodynamics via aortic phantom

Aortaklappen dysfunktion og slagtilfælde er for nylig blevet rapporteret hos transkateter aortaklappen implantation (TAVI) patienter. Trombose i aorta sinus og neo-sinus på grund af hæmodynamiske ændringer er blevet mistænkt. In vitro-eksperimenter hjælper med at undersøge de hæmodynamiske egenskaber i de tilfælde, hvor en in vivo-vurdering viser sig at være begrænset. In vitro-eksperimenter er også mere robuste, og de variable parametre styres let. Partikelbilledvelocimetri (PIV) er en populær velocimetrimetode til in vitro-undersøgelser . Det giver et hastighedsfelt med høj opløsning, således at selv små flowfunktioner observeres. Formålet med dette studie er at vise, hvordan PIV bruges til at undersøge flowfeltet i aorta sinus efter TAVI. In vitro-opsætningen af aortafantomet, TAVI for PIV og dataindsamlingsprocessen og efterbehandlingsflowanalysen er beskrevet. De hæmodynamiske parametre er afledt, herunder hastighed, strømningsstasis, hvirvel, vorticitet og partikelophold. Resultaterne bekræfter, at in vitro-eksperimenter og PIV hjælper med at undersøge de hæmodynamiske træk i aorta-sinus.

Hastighedsfelterne viste en anden sinusstrømningsstruktur afhængigt af ventildiameteren i figur 4. For TAV (23 mm) var hastigheden højere end 0,05 m/s mellem TAV og STJ fra tidlig systole til peak systole, som TAV blev åbnet ved hjælp af videresendelsesstrålen. Høj hastighed blev derefter fordelt i et snævert område nær stenten ved sen systole. Hastigheden ved diastol var lavere end 0,025 m/s, og to hvirvler med lav hastighed dukkede op. For TAV (26 mm), da ventilen åbnede, blev h...

Watch this Scientific Journal Video about Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom at JoVE.com

Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom

Den nuværende protokol beskriver partikelbilledvelocimetri (PIV) målinger udført for at undersøge sinusstrømmen gennem in vitro-opsætningen af transkateterens aortaklap (TAV). De hæmodynamiske parametre baseret på hastighed bestemmes også.

Partikelbillede Velocimetry Undersøgelse af hæmodynamik via Aorta Phantom

Aortic valve dysfunction and stroke have recently been reported in transcatheter aortic valve implantation (TAVI) patients. Thrombus in the aortic sinus ...

Hastighedsinformation er afgørende for at evaluere valvulær blodgennemstrømning. Vores protokol erhverver instanshastighedsfelter, hvilket fører til en detaljeret analyse af hæmodynamikken. Den største fordel ved denne protokol er, at den kan erhverve instanshastighedsfelter i aorta sinus med protesehjerteklapimplantationen, hvilket er svært at opnå fra in vivo-eksperimenter.Den nuværende protokol ville hjælpe med at karakterisere den unormale hæmodynamik efter transkateter aortaklappen implantation. Baseret på den opnåede hæmodynamik ville forskere være i stand til at udvikle en bedre hjerteklap. Processen med at opnå gode partikelbilleder til partikelbilledvelocimetri er kompliceret.For en nybegynder anbefales det at erhverve partikelbilleder med forskellige billedhastigheder og sammenligne hvert resultat. Til at begynde med skal du forberede den eksperimentelle opsætning på et optisk bord, herunder en stempelpumpe, dataindsamlingsenhed og en computer med den nødvendige systemtekniske software og motorstyringssoftware. Importer regnearksfilen til systemudviklingssoftwaren med oplysningerne om strømningshastighed.Fastgør akryl sinusmodellen til det optiske bord med en firkantet aluminiumsstang. Tilslut reservoiret, stempelpumpen og akryl sinusmodellen med en silikoneslange. Kombiner den faste TAV på den oprindelige folder med akryl sinusmodellen.Placer højhastighedskameraet på en toakset travers, og flyt traversen. Tænd laseren, indstil den til syv watt, og placer laserarket i midten af TAV. Tag et billede og kontroller, at den maksimale partikelafstand er mindre end fire til seks pixels.Indstil kameraet til at styre softwareparametre startende med en opløsning på 1.280 gange 720, en billedhastighed på 300 billeder i sekundet, eksponering tvunget af burstperioden, burstantal på tre og burstperiode på 200 mikrosekunder og 150 mikrosekunder. Tag partikelbilleder i 14 sammenhængende cyklusser, og gentag det i alt syv gange. Lav masken ved at adskille de områder, der skal analyseres, fra dem, der skal kasseres.Ved hjælp af et open source-værktøj udfører PIVlab, baseret på MATLAB, PIV ved at importere partikelbilleder, der er gemt ved hjælp af den tidsopløste metode eller parvise metode. Importer masken, og anvend den på alle partikelbillederne. Udfør kontrastbegrænset adaptiv histogramudligning, udfør krydskorrelationen om partikelbilledparret, der er konverteret til frekvensdomænet ved hjælp af hurtig Fourier-transformation.Indstil multi-pass forhørsvinduet, find topværdien ved hjælp af et to-til-tre Gaussian fit in korrelationsresultat. Beregn hastighedsfeltet, udled hæmodynamikparametre ved hjælp af den interne kode og den indbyggede funktion. For 23 millimeter TAV var hastigheden højere end 0,05 meter i sekundet mellem TAV og sino-tubular junction fra tidlig systole til peak systole.Hastigheden ved diastol var lavere end 0,025 meter i sekundet, og to hvirvler med lav hastighed dukkede op. For 26 millimeter TAV i tid bortset fra tidlig systol var hastighedsfordelingen i sinus lavere end 0,05 meter pr. Sekund. Specifikt ved sen systole var hastigheden lavere end på et andet tidspunkt.Tophastigheden i 23 millimeter TAV var højere end 26 millimeter TAV. Stasisområdet dannet i 23 millimeter TAV var bredt, men brøkdelen af stasis var lav. To lignende hvirvler blev bemærket over og under den oprindelige folder til 23 millimeter TAV.For 26 millimeter TAV var hvirvlen med uret imidlertid uklar, og hvirvlen mod uret havde en elliptisk form. Vorticiteten viste lignende resultater som hvirvlen. Øjebliksbillederne af partikelophold viste partikelfordeling i sinusområdet i to sekunder, og procentdelen af partikelophold viste den brøkdel af de resterende partikler i sinusområdet i 14 sekunder.26 millimeter TAV faldt hurtigere end 23 millimeter TAV, men frigivelsen af partikler var ikke identisk i begge tilfælde. Afledningen af hastighedsfelter er det mest afgørende trin. De foregående trin er processer til afledning af hastighedsfelter og er egnede til PIV.Denne protokol kan bruges til at undersøge hæmodynamik i forskellige kardiovaskulære systemer, såsom de stenotiske arterier og hjerteklapper.

Research

JoVE Journal

Engineering

Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Undersøgelse af tidlig Plasma Evolution induceret af ultrakort laserpulser

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Echo Particle Image Velocimetry

Echo Particle Billede Velocimetri

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

High-speed Particle Billede Velocimetri nærheden Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Udvikling af en forsøgsopstilling til måling af Restitutionskoefficienten under vakuum

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Anvendelse af en Multi-rum Dynamic Single Enzyme Phantom for Studier af Hyperpolariserede Magnetic Resonance Agenter

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

Tre-dimensionel Particle Tracking Velocimetri for Turbulens Applications: Sagen om en Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

Eksperimentel undersøgelse af strukturen Flow over en Delta Wing Via Flow visualisering metoder

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Samtidig måling af turbulens og partikel kinematik bruge Flow Imaging teknikker

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

3D-udskrivning - Evaluering af partikelemissioner fra en 3D-printpen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Pneumatisk drevet mikrofluidisk platform til mikropartikelkoncentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...