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

Dit onderzoek werd ondersteund door het Basic Science Research Program van de National Research Foundation of Korea, dat wordt gefinancierd door het ministerie van Onderwijs (NRF-2021R1I1A3040346 en NRF-2020R1A4A1019475). Deze studie werd ook ondersteund door 2018 Research Grant (PoINT) van Kangwon National University.

1. In vitro instellen
<ol><li>Bereid de experimentele opstelling voor op een optische tafel, inclusief een zuigerpomp, data-acquisitieapparaat (DAQ) en een computer met de vereiste systeemengineeringssoftware en een motorbesturingssoftware (zie Tabel met materialen) (figuur 1). OPMERKING: De zuigerpomp is eerder getest en gekalibreerd en bestaat uit een motor, motordriver en lineaire actuator9.</li>
	<li>Importeer het sp...

<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>

De sinusstroom veranderde door verschillende sinusgeometrie na TAVI. De vortex werd gevormd door de opening van de aortaklep en de interactie met de voorwaartse straal van systole22. In de studie van de kunstmatige chirurgische klep zonder inheemse blaadjes was de vortex waargenomen in het sinusgebied bij systole normaal23. Deze studie vormt de vortex die bij diastole wordt gepresenteerd door de voorwaartse straal te verminderen en in de sinus te komen. De sinusstroom stuit...

Aortastenose is een veel voorkomende ziekte bij oudere volwassenen en het is wanneer de aortaklep niet opent, waardoor de bloedstroom wordt verminderd. Het probleem wordt veroorzaakt door de verdikking of verkalking van de aortaklep1. Daarom is het een noodzakelijke behandeling om de bloedstroom te verbeteren en de belasting van het hart te verminderen. Het wordt behandeld door de aortaklep te verbouwen of te vervangen door een kunstklep. Deze studie richt zich op transkatheter aortaklepimplantatie (TAVI), waarbij de defecte aortaklep wordt vervangen door een kunstmatige met behulp van een katheter.
TAVI is aanbevolen voor patiënten die worden uitgedaagd tijdens operaties, en de mortaliteit is ook laag2. Onlangs is gemeld dat trombus bij patiënten na TAVI klepdisfunctie en beroerte 3,4 veroorzaakte. Trombus in de aorta sinus en neo-sinus wordt vermoed, met als oorzaak waarschijnlijk de veranderingen in de hemodynamiek veroorzaakt door TAVI. Het wordt uitgevoerd zonder de inheemse folders te verwijderen; deze folders kunnen de sinusstroom verstoren en het risico op tromboseverhogen 5.
Het is moeilijk om te bepalen hoe de bloedstroom wordt beïnvloed door TAVI en hoe trombose wordt geïnduceerd bij patiënten. Het is wenselijk om de relatie tussen bloedstroom en trombusvorming in vivo op te helderen. Een gebrek aan praktische technieken voor het meten van de bloedstroom maakt dit echter problematisch. Aan de andere kant hebben in vitro technieken het voordeel dat men de veranderingen in de bloedstroom kan volgen door de parameters die moeten worden onderzocht te beperken. In vitro setup en particle image velocimetry (PIV) zijn gebruikt om snelheid in medische velden te identificeren 6,7,8. Daarom zijn in vitro en PIV voldoende voor het bepalen van de te rapporteren parameters door de toestand van de patiënt na te bootsen: de hartslag en druk, viscositeit en sinusgeometrie, en om deze parameters te kunnen regelen.
In deze studie worden in vitro setup en PIV gebruikt om de stroming in de aorta sinus na TAVI te onderzoeken. Het aortafantoom en TAVI voor de PIV en het data-acquisitieproces en de nabewerkingsstroomanalyse worden in dit protocol beschreven. Verschillende hemodynamische parameters worden afgeleid, waaronder de snelheid, stasis, vortex, vorticiteit en deeltjesresidentie. De resultaten tonen aan dat in vitro setup en PIV helpen bij het onderzoeken van de hemodynamische kenmerken in de 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

Aortaklepdisfunctie en beroerte zijn onlangs gemeld bij patiënten met transkatheter aortaklepimplantatie (TAVI). Trombus in de aorta sinus en neo-sinus als gevolg van hemodynamische veranderingen is vermoed. In vitro experimenten helpen bij het onderzoeken van de hemodynamische kenmerken in de gevallen waarin een in vivo beoordeling beperkt blijkt te zijn. In vitro experimenten zijn ook robuuster en de variabele parameters worden gemakkelijk gecontroleerd. Particle image velocimetry (PIV) is een populaire velocimetriemethode voor in vitro studies. Het biedt een snelheidsveld met hoge resolutie, zodat zelfs kleinschalige stromingskenmerken worden waargenomen. Het doel van deze studie is om aan te tonen hoe PIV wordt gebruikt om het stroomveld in de aorta-sinus na TAVI te onderzoeken. De in vitro opstelling van het aortafantoom, TAVI voor PIV, en het data-acquisitieproces en de nabewerkingsstroomanalyse worden beschreven. De hemodynamische parameters worden afgeleid, waaronder de snelheid, stroomstasis, vortex, vorticiteit en deeltjesverblijf. De resultaten bevestigen dat in vitro experimenten en PIV helpen bij het onderzoeken van de hemodynamische kenmerken in de aorta-sinus.

De snelheidsvelden vertoonden een andere sinusstroomstructuur afhankelijk van de klepdiameter in figuur 4. Voor TAV (23 mm) was de snelheid hoger dan 0,05 m/s tussen TAV en STJ van vroeg systole tot pieksysteem dat TAV werd geopend met behulp van de voorwaartse straal. Hoge snelheid werd vervolgens verdeeld in een smal bereik in de buurt van de stent aan het einde van systole. De snelheid bij diastole was lager dan 0,025 m/s en er verschenen twee vortexen met een lage snelheid. Voor TAV (26 ...

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

Het huidige protocol beschrijft deeltjesbeeld velocimetrie (PIV) metingen die worden uitgevoerd om de sinusstroom door de in vitro opstelling van de transkatheter aortaklep (TAV) te onderzoeken. De hemodynamische parameters op basis van snelheid worden ook bepaald.

Deeltjesbeeld Velocimetrie Onderzoek van hemodynamiek via aortafantoom

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

Snelheidsinformatie is essentieel voor het evalueren van de valvulaire bloedstroom. Ons protocol verwerft snelheidsvelden, wat leidt tot een gedetailleerde analyse van de hemodynamiek. Het belangrijkste voordeel van dit protocol is dat het instantiesnelheidsvelden in de aorta-sinus kan verkrijgen met de prothetische hartklepimplantatie, die moeilijk te verkrijgen is uit in-vivo experimenten.Het huidige protocol zou helpen bij het karakteriseren van de abnormale hemodynamiek na transkatheter aortaklepimplantatie. Op basis van de verkregen hemodynamiek zouden onderzoekers een betere hartklep kunnen ontwikkelen. Het proces van het verkrijgen van goede deeltjesbeelden voor deeltjesbeeld velocimetrie is gecompliceerd.Voor een beginner wordt het aanbevolen om deeltjesafbeeldingen met verschillende framesnelheden te verkrijgen en elk resultaat te vergelijken. Bereid om te beginnen de experimentele opstelling voor op een optische tafel, inclusief een zuigerpomp, een apparaat voor gegevensverzameling en een computer met de vereiste systeemengineeringssoftware en motorbesturingssoftware. Importeer het spreadsheetbestand naar de systeemengineeringssoftware met de stroomsnelheidsinformatie.Bevestig het acryl sinusmodel aan de optische tafel met een vierkante aluminium staaf. Sluit het reservoir, de zuigerpomp en het acryl sinusmodel aan met een siliconenslang. Combineer de vaste TAV op de native folder met het acryl sinusmodel.Plaats de hogesnelheidscamera op een tweeassige traverse en verplaats de traverse. Schakel de laser in, stel deze in op zeven watt en plaats het laserblad in het midden van de TAV. Maak een foto en controleer of de maximale deeltjesafstand minder dan vier tot zes pixels is.Stel de softwareparameters voor camerabesturing in, te beginnen met een resolutie van 1.280 bij 720, een framesnelheid van 300 frames per seconde, belichting geforceerd door de burst-periode, burst-telling van drie en burst-periode van 200 microseconden en 150 microseconden. Leg deeltjesbeelden vast gedurende 14 continue cycli en herhaal dit in totaal zeven keer. Maak het masker door de te analyseren gebieden te scheiden van de gebieden die moeten worden weggegooid.Met behulp van een open source-tool voert PIVlab, gebaseerd op MATLAB, PIV uit door deeltjesafbeeldingen te importeren die zijn opgeslagen door de tijd opgeloste methode of paarsgewijze methode. Importeer het masker en breng het aan op alle deeltjesafbeeldingen. Voer contrastbeperkte adaptieve histogramvereffening uit, voer de kruiscorrelatie uit over het deeltjesbeeldpaar dat is omgezet in het frequentiedomein met behulp van snelle Fouriertransformatie.Stel het multi-pass ondervragingsvenster in, zoek de piekwaarde met behulp van een twee-bij-drie Gaussiaanse fit in correlatieresultaat. Bereken het snelheidsveld, leid hemodynamische parameters af met behulp van de interne code en ingebouwde functie. Voor de 23 millimeter TAV was de snelheid hoger dan 0,05 meter per seconde tussen TAV en sino-buisvormige junctie van vroege systole naar piek systole.De snelheid bij diastole was lager dan 0,025 meter per seconde en er verschenen twee vortexen met lage snelheid. Voor 26 millimeter TAV in de tijd, met uitzondering van vroege systole, was de snelheidsverdeling in sinus lager dan 0,05 meter per seconde. Met name bij late systole was de snelheid lager dan op een ander moment.De pieksnelheid in 23 millimeter TAV was hoger dan 26 millimeter TAV. Het stasisgebied gevormd in 23 millimeter TAV was breed, maar de fractie van stasis was laag. Twee vergelijkbare wervelingen werden opgemerkt boven en onder de inheemse folder voor de 23-millimeter TAV.Voor de 26 millimeter TAV was de vortex met de klok mee echter onduidelijk en had de vortex tegen de klok in een elliptische vorm. De vorticiteit vertoonde vergelijkbare resultaten als de vortex. De momentopnamen van deeltjesresidentie toonden deeltjesverdeling in het sinusgebied gedurende twee seconden, en het percentage deeltjesresidentie toonde die fractie van resterende deeltjes in het sinusgebied gedurende 14 seconden.De TAV van 26 millimeter daalde sneller dan de TAV van 23 millimeter, maar de afgifte van deeltjes was in beide gevallen niet identiek. Het afleiden van snelheidsvelden is de meest cruciale stap. De voorgaande stappen zijn processen voor het afleiden van snelheidsvelden en zijn geschikt voor PIV.Dit protocol kan worden gebruikt om hemodynamiek in verschillende cardiovasculaire systemen te onderzoeken, zoals de stenotische slagaders en hartkleppen.

Research

JoVE Journal

Engineering

Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

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

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 stromingsvisualisatie Dichtbij 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

Ontwikkeling van een experimentele opstelling voor het meten van de Coëfficiënt van Restitutie onder vacuüm

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

Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents

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

Driedimensionale Particle Tracking Velocimetry voor Turbulence Applications: Case van een 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

Experimentele onderzoek van de structuur van de stroom over een Delta vleugel Via stroom visualisatie methoden

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

Gelijktijdige meting van turbulentie en Particle Kinematics met behulp van stroom beeldvormende technieken

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-printen - Deeltjesemissies van een 3D-printpen evalueren

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

Pneumatisch aangedreven microfluïdisch platform voor microdeeltjesconcentratie

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