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 forskningen ble støttet av Basic Science Research Program fra National Research Foundation of Korea, som er finansiert av Kunnskapsdepartementet (NRF-2021R1I1A3040346 og NRF-2020R1A4A1019475). Denne studien ble også støttet av 2018 Research Grant (PoINT) fra Kangwon National University.

1. In vitro-oppsett
<ol><li>Klargjør det eksperimentelle oppsettet på et optisk bord, inkludert en stempelpumpe, datainnsamlingsenhet (DAQ) og en datamaskin med nødvendig programvare for systemteknikk og en programvare for motorstyring (se Tabell over materialer) (figur 1). MERK: Stempelpumpen er tidligere testet og kalibrert og består av motor, motorfører og lineær aktuator9.</li>
	<li>Importer regnearkfilen med f...

<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 endret seg på grunn av forskjellig sinusgeometri etter TAVI. Virvelen ble dannet av aortaventilåpningen og samspillet med den fremre strålen av systole22. I studiet av den kunstige kirurgiske ventilen uten innfødte brosjyrer var virvel observert i sinusregionen ved systole normalt23. Denne studien danner virvelen som presenteres ved diastole ved å redusere fremoverstrålen og komme inn i bihulen. Sinusstrømmen møtte det opprinnelige pakningsvedlegget; ...

Aortastenose er en vanlig sykdom hos eldre voksne, og det er når aortaventilen ikke åpnes, noe som reduserer blodstrømmen. Problemet er forårsaket av fortykning eller forkalkning av aortaventilen1. Derfor er det en nødvendig behandling for å forbedre blodstrømmen og redusere belastningen på hjertet. Det behandles ved å ombygge aortaventilen eller erstatte den med en kunstig ventil. Denne studien fokuserer på transkateter aortaventilimplantasjon (TAVI), og erstatter den defekte aortaventilen med en kunstig ved hjelp av et kateter.
TAVI er anbefalt for pasienter som blir utfordret i kirurgi, og dødeligheten har også vært lav2. Nylig har det blitt rapportert at trombe hos pasienter etter TAVI forårsaket ventildysfunksjon og slag 3,4. Trombe i aorta sinus og neo-sinus mistenkes, med årsaken sannsynligvis være endringene i hemodynamikk forårsaket av TAVI. Det utføres uten å fjerne de innfødte brosjyrene; disse brosjyrene kan forstyrre sinusstrømmen og øke risikoen for trombose5.
Det er vanskelig å avgjøre hvordan blodstrømmen påvirkes av TAVI og hvordan trombose induserer hos pasienter. Det er ønskelig å belyse forholdet mellom blodstrøm og trombedannelse in vivo. Mangel på praktiske teknikker for måling av blodstrøm gjør imidlertid dette problematisk. På den annen side har in vitro-teknikker fordelen av å la en overvåke endringene i blodstrømmen ved å begrense parametrene som må undersøkes. In vitro-oppsett og partikkelbildehastighet (PIV) har blitt brukt til å identifisere hastighet i medisinske felt 6,7,8. Derfor er in vitro og PIV tilstrekkelig for å bestemme parametrene som skal rapporteres ved å etterligne pasientens tilstand: hjertefrekvens og trykk, viskositet og bihulegeometri, og la en kontrollere disse parametrene.
I denne studien brukes in vitro-oppsett og PIV til å undersøke strømmen i aorta sinus etter TAVI. Aortafantomet og TAVI for PIV og datainnsamlingsprosessen og etterbehandlingsflytanalysen er beskrevet i denne protokollen. Ulike hemodynamiske parametere er avledet, inkludert hastighet, stasis, virvel, vorticity og partikkelbolig. Resultatene viser at in vitro oppsett og PIV bidra til å undersøke hemodynamiske trekk 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

Aortaventil dysfunksjon og hjerneslag har nylig blitt rapportert hos transkateter aortaventil implantasjon (TAVI) pasienter. Trombe i aorta sinus og neo-sinus på grunn av hemodynamiske endringer har blitt mistenkt. In vitro-eksperimenter bidrar til å undersøke de hemodynamiske egenskapene i de tilfellene hvor en in vivo-vurdering viser seg å være begrenset. In vitro-eksperimenter er også mer robuste, og de variable parametrene styres lett. Partikkelbilde velocimetry (PIV) er en populær velocimetry metode for in vitro studier. Det gir et høyoppløselig hastighetsfelt slik at selv småskala strømningsfunksjoner observeres. Hensikten med denne studien er å vise hvordan PIV brukes til å undersøke strømningsfeltet i den aortaiske bihulen etter TAVI. In vitro-oppsettet av det aortafantomet, TAVI for PIV, og datainnsamlingsprosessen og etterbehandlingsflytanalysen er beskrevet. De hemodynamiske parametrene er avledet, inkludert hastighet, strømningstasis, virvel, vorticity og partikkelbolig. Resultatene bekrefter at in vitro eksperimenter og PIV bidrar til å undersøke de hemodynamiske egenskapene i den aorta sinus.

Hastighetsfeltene viste en annen sinusstrømningsstruktur avhengig av ventildiameteren i figur 4. For TAV (23 mm) var hastigheten høyere enn 0,05 m/s mellom TAV og STJ fra tidlig systole til peak systole som TAV ble åpnet ved hjelp av foroversendelsesstrålen. Høy hastighet ble deretter fordelt i et smalt område nær stenten på sen systole. Hastigheten på diastole var lavere enn 0,025 m/s, og to virveler med lav hastighet dukket opp. For TAV (26 mm) ble det målt høy hastighet ved STJ...

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 nåværende protokollen beskriver partikkelbilde velocimetry (PIV) målinger utført for å undersøke sinusstrømmen gjennom in vitro-oppsettet av transkateteraortaventilen (TAV). De hemodynamiske parametrene basert på hastighet bestemmes også.

Partikkelbilde velocimetry undersøkelse av hemodynamikk via aortisk fantom

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

Hastighetsinformasjon er avgjørende for å evaluere valvulær blodstrøm. Vår protokoll kjøper forekomsthastighetsfelt, noe som fører til en detaljert analyse av hemodynamikk. Den største fordelen med denne protokollen er at den kan skaffe seg forekomsthastighetsfelt i aorta sinus med protese hjerteklaffimplantasjon, noe som er vanskelig å få fra in-vivo eksperimenter.Den nåværende protokollen vil bidra til å karakterisere unormal hemodynamikk etter transkateter aortaventilimplantasjon. Basert på oppnådd hemodynamikk ville forskerne kunne utvikle en bedre hjerteklaff. Prosessen med å skaffe gode partikkelbilder for partikkelbildehastighet er komplisert.For en nybegynner anbefales det å skaffe partikkelbilder med forskjellige bildefrekvenser og sammenligne hvert resultat. For å begynne med, forberede det eksperimentelle oppsettet på et optisk bord, inkludert en stempelpumpe, datainnsamlingsenhet og en datamaskin med nødvendig programvare for systemteknikk og programvare for motorstyring. Importer regnearkfilen til systemteknikkprogramvaren med flythastighetsinformasjonen.Fest akryl sinusmodellen til det optiske bordet med en firkantet aluminiumsstang. Koble reservoaret, stempelpumpen og akryl sinusmodellen med en silikonslange. Kombiner den faste TAV på det opprinnelige pakningsvedlegget med akryl sinusmodellen.Plasser høyhastighetskameraet på en toakset traversering og flytt traversen. Slå på laseren, sett den på syv watt, og plasser laserarket til midten av TAV. Ta et bilde og kontroller at maksimal partikkelavstand er mindre enn fire til seks piksler.Angi programvareparameterne for kamerakontroll som starter med en oppløsning på 1 280 x 720, en bildefrekvens på 300 bilder per sekund, eksponering forårsaket av burst-perioden, burst-telling på tre og burst-perioden på 200 mikroseconds og 150 mikroseconds. Ta partikkelbilder for 14 kontinuerlige sykluser og gjenta det totalt syv ganger. Lag masken ved å skille områdene som skal analyseres fra de som skal kastes.Ved hjelp av et åpen kildekodeverktøy utfører PIVlab, basert på MATLAB, PIV ved å importere partikkelbilder som er lagret ved hjelp av den tids løste metoden eller parvis metode. Importer masken og bruk den på alle partikkelbildene. Utfør kontrastbegrenset adaptiv histogramutjevning, utfør krysskorrelasjonen om partikkelbildeparet konvertert til frekvensdomenet ved hjelp av rask Fourier-transformering.Angi forhørsvinduet for flere omganger, finn toppverdien ved hjelp av en to-ganger-tre gaussisk passform i korrelasjonsresultatet. Beregn hastighetsfeltet, utlede hemodynamikkparametere ved hjelp av intern kode og innebygd funksjon. For den 23 millimeter lange TAV var hastigheten høyere enn 0,05 meter per sekund mellom TAV og sino-rørformet veikryss fra tidlig systole til peak systole.Hastigheten på diastole var lavere enn 0,025 meter per sekund, og to virveler med lav hastighet dukket opp. For 26 millimeter TAV i tid bortsett fra tidlig systole, var hastighetsfordelingen i sinus lavere enn 0,05 meter per sekund. Spesielt på sen systole var hastigheten lavere enn på et annet tidspunkt.Topphastigheten i 23 millimeter TAV var høyere enn 26 millimeter TAV. Stasisområdet dannet i 23 millimeter TAV var bredt, men brøkdelen av stasis var lav. To lignende vortices ble lagt merke til over og under det opprinnelige pakningsvedlegget for 23-millimeter TAV.For den 26 millimeter store TAV-en var imidlertid virvelen med klokken uklar, og mot klokken hadde virvelen en elliptisk form. Vorticity viste lignende resultater som virvelen. Øyeblikksbildene av partikkelbolig viste partikkelfordeling i sinusregionen i to sekunder, og prosentandelen partikkelbolig viste at brøkdelen av gjenværende partikler i sinusområdet i 14 sekunder.Den 26 millimeter TAV reduserte raskere enn 23 millimeter TAV, men frigjøringen av partikler var ikke identisk i begge tilfeller. Avledning av hastighetsfelt er det mest avgjørende trinnet. Trinnene ovenfor er prosesser for avledehastighetsfelt, og er egnet for PIV.Denne protokollen kan brukes til å undersøke hemodynamikk i ulike kardiovaskulære systemer, for eksempel stenotiske arterier og hjerteklaffer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Particle Image Velocimetry Investigation of Hemodynamics via Aortic Phantom

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Gransking av Tidlig Plasma Evolution indusert av Ultrakorte laser pulser

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

Ekko Particle Bilde 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 Particle Bilde velocimetry nærheten Overflater

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

Utvikling av en Forsøksoppsett for måling av Coefficient of Restitusjon under vakuum betingelser

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

Bruk av en Multi-kupé Dynamic enkelt enzym Phantom for studier av Hyperpolariserte magnetisk resonans 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

Tredimensjonal Particle Tracking velocimetry for Turbulence Applications: Case av 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

Eksperimentell undersøkelse av flyt over en Delta-vinge Via flyt 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 av turbulens og partikkel kinematikk med flyt 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-utskrift – Evaluering av partikkelutslipp av en 3D-utskriftspenn

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 plattform for mikropartikkelkonsentrasjon

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