Indagine di velocimetria delle immagini di particelle dell'emodinamica tramite fantasma aortico
Summary
Il presente protocollo descrive le misure di velocimetria a immagine di particelle (PIV) eseguite per studiare il flusso sinusale attraverso il setup in vitro della valvola aortica transcatetere (TAV). Vengono determinati anche i parametri emodinamici basati sulla velocità.
Abstract
Disfunzione della valvola aortica e ictus sono stati recentemente riportati in pazienti con impianto di valvola aortica transcatetere (TAVI). Si sospetta trombo nel seno aortico e neo-seno a causa di cambiamenti emodinamici. Gli esperimenti in vitro aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nei casi in cui una valutazione in vivo si rivela limitata. Gli esperimenti in vitro sono anche più robusti e i parametri variabili sono controllati prontamente. La velocimetria a immagini di particelle (PIV) è un metodo di velocimetria popolare per studi in vitro . Fornisce un campo di velocità ad alta risoluzione tale da osservare anche le caratteristiche di flusso su piccola scala. Lo scopo di questo studio è quello di mostrare come PIV viene utilizzato per studiare il campo di flusso nel seno aortico dopo TAVI. Vengono descritte la configurazione in vitro del fantasma aortico, TAVI per PIV, il processo di acquisizione dati e l’analisi del flusso di post-elaborazione. I parametri emodinamici sono derivati, tra cui la velocità, la stasi del flusso, il vortice, la vorticità e la residenza delle particelle. I risultati confermano che gli esperimenti in vitro e il PIV aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nel seno aortico.
Introduction
La stenosi aortica è una malattia comune negli anziani, ed è quando la valvola aortica non si apre, riducendo il flusso sanguigno. Il problema è causato dall’ispessimento o calcificazione della valvola aortica1. Pertanto, è un trattamento necessario per migliorare il flusso sanguigno e ridurre il carico sul cuore. Viene trattato rimodellando la valvola aortica o sostituendola con una valvola artificiale. Questo studio si concentra sull’impianto della valvola aortica transcatetere (TAVI), sostituendo la valvola aortica malfunzionante con una artificiale utilizzando un catetere.
La TAVI è stata raccomandata per i pazienti sottoposti a problemi chirurgici e anche la mortalità è stata bassa2. Recentemente, è stato riportato che il trombo nei pazienti dopo TAVI ha causato disfunzione valvolare e ictus 3,4. Si sospetta un trombo nel seno aortico e nel neo-seno, con la sua causa probabilmente i cambiamenti nell’emodinamica causati dalla TAVI. Viene eseguito senza rimuovere i volantini nativi; questi foglietti possono disturbare il flusso sinusale ed elevare il rischio di trombosi5.
È difficile determinare come il flusso sanguigno sia influenzato dalla TAVI e come la trombosi sia indotta nei pazienti. È auspicabile chiarire la relazione tra flusso sanguigno e formazione di trombi in vivo. Tuttavia, la mancanza di tecniche pratiche per misurare il flusso sanguigno rende questo problematico. D’altra parte, le tecniche in vitro hanno il vantaggio di consentire di monitorare i cambiamenti nel flusso sanguigno limitando i parametri che devono essere indagati. La configurazione in vitro e la velocimetria dell’immagine delle particelle (PIV) sono state utilizzate per identificare la velocità nei campi medici 6,7,8. Pertanto, in vitro e PIV sono sufficienti per determinare i parametri da riportare imitando le condizioni del paziente: la frequenza cardiaca e la pressione, la viscosità e la geometria del seno e consentendo di controllare questi parametri.
In questo studio, la configurazione in vitro e il PIV vengono utilizzati per studiare il flusso nel seno aortico dopo TAVI. Il fantasma aortico e il TAVI per il PIV e il processo di acquisizione dati e l’analisi del flusso di post-elaborazione sono descritti in questo protocollo. Vengono derivati vari parametri emodinamici, tra cui la velocità, la stasi, il vortice, la vorticità e la residenza delle particelle. I risultati dimostrano che la configurazione in vitro e il PIV aiutano a studiare le caratteristiche emodinamiche nel seno aortico.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il flusso sinusale è cambiato a causa della diversa geometria del seno dopo TAVI. Il vortice è stato formato dall’apertura della valvola aortica e dall’interazione con il getto anteriore della sistole22. Nello studio della valvola chirurgica artificiale senza lembi nativi, il vortice osservato nella regione del seno alla sistole era normale23. Questo studio forma il vortice presentato alla diastole riducendo il getto in avanti e entrando nel seno. Il flusso sinusale ha in…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dal Basic Science Research Program della National Research Foundation of Korea, finanziato dal Ministero dell’Istruzione (NRF-2021R1I1A3040346 e NRF-2020R1A4A1019475). Questo studio è stato supportato anche dal 2018 Research Grant (PoINT) della Kangwon National University.
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 |
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