Particle Image Velocimetry Untersuchung der Hämodynamik mittels Aortenphantom
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt PIV-Messungen (Particle Image Velocimetry), die durchgeführt wurden, um den Sinusfluss durch den In-vitro-Aufbau der Transkatheter-Aortenklappe (TAV) zu untersuchen. Die hämodynamischen Parameter basierend auf der Geschwindigkeit werden ebenfalls bestimmt.
Abstract
Aortenklappendysfunktion und Schlaganfall wurden kürzlich bei Patienten mit Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI) berichtet. Thrombus in der Aortenhöhle und Neo-Sinus aufgrund hämodynamischer Veränderungen wurde vermutet. In-vitro-Experimente helfen, die hämodynamischen Eigenschaften in den Fällen zu untersuchen, in denen sich eine In-vivo-Bewertung als begrenzt erweist. In-vitro-Experimente sind auch robuster, und die variablen Parameter werden leicht kontrolliert. Die Partikelbild-Velocimetrie (PIV) ist eine beliebte Velocimetrie-Methode für In-vitro-Studien . Es bietet ein hochauflösendes Geschwindigkeitsfeld, so dass auch kleinräumige Strömungsmerkmale beobachtet werden. Ziel dieser Studie ist es, zu zeigen, wie PIV verwendet wird, um das Strömungsfeld in der Aortenhöhle nach TAVI zu untersuchen. Der In-vitro-Aufbau des Aortenphantoms, TAVI für PIV sowie der Datenerfassungsprozess und die Nachbearbeitungsflussanalyse werden beschrieben. Die hämodynamischen Parameter werden abgeleitet, einschließlich der Geschwindigkeit, der Strömungstasierung, des Vortex, der Vortizität und der Partikelresidenz. Die Ergebnisse bestätigen , dass In-vitro-Experimente und PIV helfen, die hämodynamischen Merkmale in der Aortenhöhle zu untersuchen.
Introduction
Aortenstenose ist eine häufige Erkrankung bei älteren Erwachsenen, und es ist, wenn sich die Aortenklappe nicht öffnet, was den Blutfluss reduziert. Das Problem wird durch die Verdickung oder Verkalkung der Aortenklappe1 verursacht. Daher ist es eine notwendige Behandlung, um den Blutfluss zu verbessern und die Belastung des Herzens zu verringern. Es wird behandelt, indem die Aortenklappe umgebaut oder durch eine künstliche Klappe ersetzt wird. Diese Studie konzentriert sich auf die Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI), bei der die fehlerhafte Aortenklappe durch eine künstliche mit einem Katheter ersetzt wird.
TAVI wurde für Patienten empfohlen, die in der Operation herausgefordert wurden, und die Mortalität war ebenfalls niedrig2. Kürzlich wurde berichtet, dass Thrombus bei Patienten nach TAVI Klappenfunktionsstörungen und Schlaganfallverursachte 3,4. Es wird vermutet, dass Thrombus in der Aortenhöhle und im Neosinus vermutet wird, wobei seine Ursache wahrscheinlich die durch TAVI verursachten Veränderungen in der Hämodynamik sind. Es wird durchgeführt, ohne die einheimischen Flugblätter zu entfernen; Diese Packungsbeilagen können den Sinusfluss stören und das Thromboserisiko erhöhen5.
Es ist schwierig zu bestimmen, wie der Blutfluss durch TAVI beeinflusst wird und wie Thrombose bei Patienten induziert wird. Es ist wünschenswert, den Zusammenhang zwischen Blutfluss und Thrombusbildung in vivo aufzuklären. Ein Mangel an praktischen Techniken zur Messung des Blutflusses macht dies jedoch problematisch. Auf der anderen Seite haben In-vitro-Techniken den Vorteil, dass man die Veränderungen im Blutfluss überwachen kann, indem man die zu untersuchenden Parameter begrenzt. In-vitro-Setup und Partikelbild-Velocimetrie (PIV) wurden verwendet, um die Geschwindigkeit in medizinischen Bereichen zu identifizieren 6,7,8. Daher sind in vitro und PIV ausreichend, um die zu meldenden Parameter zu bestimmen, indem der Zustand des Patienten nachgeahmt wird: die Herzfrequenz und der Druck, die Viskosität und die Sinusgeometrie, und es ermöglicht, diese Parameter zu kontrollieren.
In dieser Studie werden in vitro Setup und PIV verwendet, um den Fluss in der Aortenhöhle nach TAVI zu untersuchen. Das Aortenphantom und TAVI für den PIV sowie den Datenerfassungsprozess und die Nachbearbeitungsflussanalyse werden in diesem Protokoll beschrieben. Verschiedene hämodynamische Parameter werden abgeleitet, einschließlich Geschwindigkeit, Stasis, Vortex, Vortizität und Partikeldomäne. Die Ergebnisse zeigen, dass in vitro Setup und PIV helfen, die hämodynamischen Merkmale in der Aortenhöhle zu untersuchen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Sinusströmung änderte sich aufgrund unterschiedlicher Sinusgeometrie nach TAVI. Der Wirbel wurde durch die Aortenklappenöffnung und die Wechselwirkung mit dem Vorwärtsstrahl von Systole22 gebildet. Bei der Untersuchung der künstlichen chirurgischen Klappe ohne native Blättchen war der in der Sinusregion an der Systole beobachtete Wirbel normal23. Diese Studie bildet den an der Diastole präsentierten Wirbel, indem sie den Vorwärtsstrahl reduziert und in den Sinus…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde durch das Basic Science Research Program der National Research Foundation of Korea unterstützt, das vom Bildungsministerium finanziert wird (NRF-2021R1I1A3040346 und NRF-2020R1A4A1019475). Diese Studie wurde auch durch den 2018 Research Grant (PoINT) der Kangwon National University unterstützt.
Materials
| 3D Printer | Prusa Research | Original Prusa i3 MK2; FDM printer | |
| Aluminum bar (square) | APSPRO | KHP-3030, KHP-6060 | Dimension: 30 mm x 30 mm, 60 mm x 60 mm |
| Bulb pump | Skyhope | MHL-1 | |
| Camera controlling software | Phantom | PCC 3.4 software | The software controll the high speed camera |
| Check valve | HANJU STEEL PIPE | Check valve; 1/2 inch (15A) | |
| Digital Aqusition device | National Instruments | USB-6001 | |
| Glycerin | ANU Korea | It used for making a working fluid | |
| High-speed camera | Phantom | Phantom VEO 710E-L | |
| Laser | Changchun New Industries Optoelectronics Technology | MGL-W-532; CW Nd:YAG Laser | |
| Linear actuator | THOMSON | PC-40; it converts the rotational motion to lenear motion | |
| Macro lens | Nikon | VR Micro-NIKKOR 105mm, f/1.4 | |
| Motor | KOLLMORGEN | AKM33H-ANCNR-00; DC servo motor | |
| Motor controlling software | KOLLMORGEN | Kollmorgen software; the software controll the motor driver | |
| Motor driver | KOLLMORGEN | AKD-B00606-NBAN-0000 | |
| Open-source electronic prototypic platform | Arduino | A000066 | Arduino Uno R3. It used for making a external trigger |
| Optic table | SMTECH | 1800 (W) x 900 (B) x 800 (H) | |
| Particle | Dantec Dynamics | 80A6011 | Hollow Glass Sphere. Mean diameter:10 µm, Density: 1090 kg/m3 |
| PIVlab | PIVlab | Open source algorithm based on MATLAB https://kr.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/27659-pivlab-particle-image-velocimetry-piv-tool-with-gui |
|
| Pressure gauge | OMEGA | PX309-015A5V. Measurement range: 0~15psi | |
| Refractometer | ATAGO | 2350 | R-5000. Hand held refractometer; measurement range: 1.333-1.520 |
| Resistance valve | HANJU STEEL PIPE | Ball valve; 1/2 inch (15A) | |
| Saline | DAI HAN PHARM | It is used for making a working fluid and for preserving the TAV | |
| Silicone hose | HSW | Inner diameter 26mm, Outter diameter 30mm; Inlet length 5m, Outlet length 1.5m | |
| System enginnering software | National Instruments | LabVIEW software. The software controlls the DAQ. | |
| Transcatheter Aortic Valve, TAV (23 mm) and TAV (26 mm) | Edwards Lifesciences | SAPIEN3 23mm, SAPIEN3 26mm. It is supported by Seoul Asan Medical | |
| Viscosmeter | Brookfiled | DVELV; Measurement range: 1-2×109 cp |
Referenzen
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