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

מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר המדעי הבסיסית של קרן המחקר הלאומית של קוריאה, הממומנת על ידי משרד החינוך (NRF-2021R1I1A3040346 ו- NRF-2020R1A4A1019475). מחקר זה נתמך גם על ידי מענק מחקר 2018 (PoINT) מהאוניברסיטה הלאומית של קנגוון.

1. הגדרת במבחנה
<ol><li>הכינו את ההתקנה הניסיונית בטבלה אופטית, כולל משאבת בוכנה, התקן לרכישת נתונים (DAQ) ומחשב עם התוכנה הנדרשת להנדסת מערכות ותוכנה לשליטה במנועים (ראו טבלת חומרים) (איור 1). הערה: משאבת הבוכנה נבדקה וכוילתה בעבר ומורכבת ממנוע, נהג מנוע ?...

<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>

זרימת הסינוס השתנתה עקב גיאומטריית סינוס שונה לאחר TAVI. המערבולת נוצרה על ידי פתיחת שסתום אבי העורקים ואת האינטראקציה עם סילון קדמי של systole22. במחקר של שסתום כירורגי מלאכותי ללא עלונים מקומיים, מערבולת שנצפתה באזור הסינוס ב systole היה נורמלי23. מחקר זה יוצר את המערבולת...

היצרות אבי העורקים היא מחלה נפוצה אצל מבוגרים, וזה כאשר שסתום אבי העורקים אינו נפתח, הפחתת זרימת הדם. הבעיה נגרמת על ידי עיבוי או הסתיידות של שסתום אבי העורקים1. לכן, זהו טיפול הכרחי כדי לשפר את זרימת הדם ולהפחית את העומס על הלב. הוא מטופל על ידי שיפוץ שסתום אבי העורקים או החלפתו בשסתום מלאכותי. מחקר זה מתמקד בהשתלת שסתום אבי העורקים transcatheter (TAVI), החלפת שסתום אבי העורקים תקלה עם אחד מלאכותי באמצעות קטטר.
TAVI הומלץ לחולים מאותגרים בניתוח, והתמותה הייתה גם נמוכה2. לאחרונה, דווח כי פקקת בחולים לאחר TAVI גרם תפקוד לקוי שסתום ושבץ 3,4. פקקת בסינוס אבי העורקים וניאו-סינוס חשוד, עם הסיבה שלה כנראה להיות השינויים בהודינמיקה הנגרמת על ידי TAVI. זה מבוצע מבלי להסיר את העלונים המקומיים; עלונים אלה יכולים להפריע לזרימת הסינוסים ולהעלות את הסיכון לפקקת5.
קשה לקבוע כיצד זרימת הדם מושפעת על ידי TAVI וכיצד פקקת מושרה בחולים. רצוי להבהיר את הקשר בין זרימת הדם לבין היווצרות פקקת ב vivo. עם זאת, היעדר טכניקות מעשיות למדידת זרימת הדם הופך את זה לבעייתי. מצד שני, בטכניקות הפריה חוץ גופית יש את היתרון של מתן אפשרות לאחד לפקח על השינויים בזרימת הדם על ידי הגבלת הפרמטרים שיש לחקור. התקנה במבחנה ו velocimetry תמונת חלקיקים (PIV) שימשו לזיהוי מהירות בשדות רפואיים 6,7,8. לכן, אין ויטרו ו- PIV מספיקים לקביעת הפרמטרים שיש לדווח עליהם על ידי חיקוי מצבו של המטופל: קצב הלב והלחץ, הצמיגות והגיאומטריה של הסינוסים, ומאפשרים לאדם לשלוט בפרמטרים אלה.
במחקר זה, הגדרת מבחנה ו- PIV משמשים כדי לחקור את הזרימה בסינוס אבי העורקים לאחר TAVI. פנטום אבי העורקים ו- TAVI עבור PIV ותהליך רכישת הנתונים וניתוח זרימת לאחר העיבוד מתוארים בפרוטוקול זה. נגזרים פרמטרים המודינמיים שונים, כולל המהירות, הקיפאון, המערבולת, המערבולת, המערבולת ומגורים של חלקיקים. התוצאות ממחישות כי הגדרת הפריה חוץ גופית ו- PIV מסייעים לחקור את התכונות המודינמיות בסינוס אבי העורקים.

<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

תפקוד לקוי של מסתם אבי העורקים ושבץ דווחו לאחרונה בהשתלת שסתום אבי העורקים transcatheter (TAVI) חולים. יש חשד לתערובת בסינוס אבי העורקים ובסינוסים ניאו-סינוסים עקב שינויים המודינמיים. ניסויים במבחנה מסייעים לחקור את המאפיינים המודינמיים במקרים שבהם הערכת in vivo מוכיחה להיות מוגבלת. ניסויים במבחנה הם גם חזקים יותר, ואת הפרמטרים המשתנים נשלטים בקלות. ולוצימיטריית תמונת חלקיקים (PIV) היא שיטת ולוצימיטריה פופולרית למחקרי הפריה חוץ גופית . הוא מספק שדה מהירות ברזולוציה גבוהה כך שאפילו תכונות זרימה בקנה מידה קטן נצפות. מטרת מחקר זה היא להראות כיצד PIV משמש כדי לחקור את שדה הזרימה בסינוס אבי העורקים לאחר TAVI. ההתקנה במבחנה של פנטום אבי העורקים, TAVI עבור PIV, ואת תהליך רכישת הנתונים וניתוח זרימת לאחר העיבוד מתוארים. הפרמטרים המודינמיים נגזרים, כולל המהירות, קיפאון הזרימה, המערבולת, המערבולת, המערבולת ומגורים חלקיקים. התוצאות מאשרות כי ניסויים במבחנה ו- PIV מסייעים לחקור את התכונות המודינמיות בסינוס אבי העורקים.

שדות המהירות הראו מבנה זרימת סינוס שונה בהתאם לקוטר השסתום באיור 4. עבור TAV (23 מ"מ), המהירות הייתה גבוהה מ-0.05 מ'/ש' בין TAV ל-STJ מהסיסטולית המוקדמת ועד שיא הסיסטולית שנפתחה על ידי TAV באמצעות מטוס השילוח. מהירות גבוהה הופצה אז בטווח צר ליד הסטנט בסוף הסיסטוליה. המהירות בדיאסטולה הי?...

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

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מדידות velocimetry תמונת חלקיקים (PIV) שבוצעו כדי לחקור את זרימת הסינוסים באמצעות ההתקנה במבחנה של שסתום אבי העורקים transcatheter (TAV). הפרמטרים המודינמיים המבוססים על מהירות נקבעים גם הם.

תמונת חלקיקים Velocimetry חקירה של המודינמיקה באמצעות פנטום אבי העורקים

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

מידע מהירות חיוני להערכת זרימת הדם valvular. הפרוטוקול שלנו רוכש שדות מהירות מופע, מה שמוביל לניתוח מפורט של המודינמיקה. היתרון העיקרי של פרוטוקול זה הוא שהוא יכול לרכוש שדות מהירות מופע בסינוס אבי העורקים עם השתלת שסתום הלב התותב, אשר קשה להשיג מניסויים in-vivo.הפרוטוקול הנוכחי יעזור לאפיין את המודינמיקה החריגה לאחר השתלת שסתום אבי העורקים transcatheter. בהתבסס על המודינמיקה המתקבלת, חוקרים יוכלו לפתח שסתום לב טוב יותר. התהליך של קבלת תמונות חלקיקים טובות עבור velocimetry תמונת חלקיקים הוא מסובך.למתחילים, מומלץ לרכוש תמונות חלקיקים עם קצבי פריימים שונים ולהשוות כל תוצאה. כדי להתחיל, הכן את ההתקנה הניסיונית על שולחן אופטי, כולל משאבת בוכנה, התקן לרכישת נתונים ומחשב עם התוכנה הנדרשת להנדסת מערכות ותוכנה לשליטה במנועים. יבא את קובץ הגיליון האלקטרוני לתוכנת הנדסת המערכת עם מידע קצב הזרימה.תקן את דגם הסינוס האקריליק לשולחן האופטי עם מוט אלומיניום מרובע. חברו את המאגר, משאבת הבוכנה ודגם הסינוס האקריליק עם צינור סיליקון. שלבו את ה-TAV הקבוע בעלון המקורי עם דגם הסינוס האקרילי.מקם את המצלמה המהירה על מעבר דו-צירי והזז את המעבר. הפעל את הלייזר, הגדר אותו לשבעה וואט, והנח את יריעת הלייזר במרכז ה- TAV. צלם תמונה ובדוק שמרחק החלקיקים המרבי הוא פחות מארבעה עד שישה פיקסלים.הגדר את פרמטרי התוכנה השולטים במצלמה החל מרזולוציה של 1, 280 על 720, קצב פריימים של 300 פריימים לשנייה, חשיפה שנכפתה על ידי תקופת הפרץ, ספירת פרץ של שלוש ותקופת פרץ של 200 מיקרו-שניות ו-150 מיקרו-שניות. לכוד תמונות חלקיקים במשך 14 מחזורים רציפים וחזור על זה בסך הכל שבע פעמים. הפוך את המסיכה על-ידי הפרדת האזורים שיש לנתח מאלה שיש להשליך.באמצעות כלי קוד פתוח, PIVlab, המבוסס על MATLAB, מבצע PIV על-ידי ייבוא תמונות חלקיקים שנשמרו בשיטה שנפתרה בזמן או בשיטה הזוגית. יבא את המסיכה והחיל אותה על כל תמונות החלקיקים. בצע השוואת היסטוגרמה אדפטיבית מוגבלת בניגודיות, בצע את המתאם הצולב לגבי זוג תמונת החלקיקים שהוסב לתחום התדרים באמצעות התמרת פורייה מהירה.הגדר את חלון החקירה מרובה המעברים, מצא את ערך השיא באמצעות התאמה גאוסית של שניים על שלושה בתוצאת המתאם. חשב את שדה המהירות, הפיק פרמטרים של המודינמיקה באמצעות הקוד הפנימי והפונקציה המובנית. עבור TAV 23 מילימטר, המהירות הייתה גבוהה מ 0.05 מטר לשנייה בין TAV וצומת סינו-צינורי מ systole מוקדם כדי שיא סיסטולית.המהירות בדיאסטולה הייתה נמוכה מ-0.025 מטר לשנייה והופיעו שתי מערבולות במהירות נמוכה. עבור 26 מילימטר TAV בזמן למעט systole מוקדם, התפלגות המהירות בסינוס היה נמוך מ 0.05 מטר לשנייה. באופן ספציפי, בסוף הסיסטולית, המהירות הייתה נמוכה יותר מאשר בזמן אחר.מהירות השיא ב-TAV של 23 מ"מ הייתה גבוהה מ-26 מילימטר TAV. אזור הקיפאון שנוצר ב-TAV של 23 מ"מ היה רחב, אבל שבר הקיפאון היה נמוך. שתי מערבולות דומות נצפו מעל ומתחת לעלון המקורי עבור TAV 23 מילימטר.עם זאת, עבור TAV 26 מ"מ המערבולת בכיוון השעון לא היה ברור ואת המערבולת נגד כיוון השעון היה צורה אליפטית. המערבולת הראתה תוצאות דומות למערבולת. התמונות של מגורי החלקיקים הראו התפלגות חלקיקים באזור הסינוס למשך שתי שניות, ואחוז מגורי החלקיקים הראה כי שבריר מהחלקיקים הנותרים באזור הסינוסים למשך 14 שניות.TAV 26 מילימטר ירד מהר יותר מאשר 23 מילימטר TAV, עם זאת, שחרור של חלקיקים לא היה זהה בשני המקרים. ההפקה של שדות מהירות היא הצעד המכריע ביותר. השלבים הקודמים הם תהליכים להפקת שדות מהירות, והם מתאימים ל- PIV.פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לחקור hemodynamics במערכות לב וכלי דם שונות, כגון העורקים הרגישניים שסתומי הלב.

Research

JoVE Journal

Engineering

Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

חקירת Evolution פלזמה מוקדם בהשפעת לייזר UltraShort קטניות

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

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

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

Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

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

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

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

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

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

תלת ממד חלקיקי מעקב velocimetry עבור יישומי Turbulence: מקרה של 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

חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה

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

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

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

הדפסה בתלת-ממד - הערכת פליטות חלקיקים של עט הדפסה בתלת-ממד

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

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

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