대동맥 팬텀을 통한 혈역학의 입자 이미지 Velocimetry 조사
Summary
본 프로토콜은 경피적 대동맥 판막(TAV)의 시험관내 셋업을 통한 부비동 유동을 조사하기 위해 수행된 입자 이미지 속도측정법(PIV) 측정을 기술한다. 속도에 기초한 혈역학적 파라미터도 결정된다.
Abstract
대동맥 판막 기능 장애 및 뇌졸중은 최근 경피적 대동맥 판막 이식 (TAVI) 환자에서보고되었습니다. 혈역학적 변화로 인한 대동맥 부비동과 네오부비동의 혈전이 의심되고 있다. 시험관 내 실험은 생체내 평가가 제한적인 것으로 입증되는 경우에 혈역학적 특성을 조사하는 데 도움이 된다. 시험관내 실험도 더욱 견고하며, 가변 파라미터가 쉽게 제어된다. 입자 이미지 속도측정법(PIV)은 시험관내 연구를 위한 널리 사용되는 속도측정법입니다. 고분해능 속도 필드를 제공하므로 소규모 흐름 특징도 관찰됩니다. 이 연구의 목적은 PIV가 TAVI 후 대동맥 부비동의 유동장을 조사하는 데 어떻게 사용되는지를 보여주는 것입니다. 대동맥 팬텀의 시험관내 설정, PIV용 TAVI, 및 데이터 수집 과정 및 후처리 흐름 분석이 설명된다. 혈역학적 파라미터는 속도, 유동 정지, 소용돌이, 소용돌이 및 입자 거주지를 포함하여 유도된다. 결과는 시험관내 실험 및 PIV가 대동맥 부비동의 혈류역학적 특징을 조사하는 데 도움이 된다는 것을 확인한다.
Introduction
대동맥 협착증은 노인에게 흔한 질병이며, 대동맥 판막이 열리지 않아 혈류가 감소합니다. 이 문제는 대동맥 판막(1)의 증점 또는 석회화로 인해 발생합니다. 따라서 혈류를 향상시키고 심장의 부하를 줄이는 것이 필요한 치료법입니다. 대동맥 판막을 리모델링하거나 인공 밸브로 대체하여 처리됩니다. 이 연구는 경피적 대동맥판막 이식(TAVI)에 초점을 맞추고, 오작동하는 대동맥판막을 카테터를 사용하여 인공 판막으로 대체합니다.
TAVI는 수술로 어려움을 겪고있는 환자에게 권장되었으며 사망률도 낮습니다2. 최근에, TAVI 이후 환자에서 혈전이 판막 기능 장애 및 뇌졸중 3,4를 일으킨다는 것이 보고되었다. 대동맥 부비동과 신 부비동의 혈전이 의심되며, 그 원인은 아마도 TAVI에 의한 혈역학의 변화 일 것입니다. 그것은 토착 전단지를 제거하지 않고 수행됩니다. 이 전단지는 부비동 흐름을 방해하고 혈전증의 위험을 높일 수 있습니다5.
혈류가 TAVI에 의해 어떻게 영향을 받는지, 그리고 혈전증이 환자에서 어떻게 유도되는지를 결정하는 것은 어렵습니다. 생체 내에서 혈류와 혈전 형성 사이의 관계를 밝히는 것이 바람직하다. 그러나 혈류를 측정하기위한 실용적인 기술이 부족하여이 문제가 발생합니다. 한편, 시험관내 기술은 조사되어야 하는 파라미터를 제한함으로써 혈류의 변화를 모니터링할 수 있게 하는 장점이 있다. 시험관내 셋업 및 입자 이미지 속도측정법(PIV)은 의료 분야6,7,8에서 속도를 식별하는데 사용되어 왔다. 따라서, 시험관내 및 PIV는 환자의 상태, 즉 심박수 및 압력, 점도 및 부비동 기하학적 구조를 모방하여 보고될 파라미터를 결정하고 이들 파라미터를 제어할 수 있도록 하기에 충분하다.
본 연구에서, 시험관내 셋업 및 PIV는 TAVI 후 대동맥 부비동에서의 유동을 조사하기 위해 사용된다. PIV 및 데이터 수집 프로세스 및 후처리 흐름 분석을 위한 대동맥 팬텀 및 TAVI가 이 프로토콜에 설명되어 있습니다. 속도, 정체, 소용돌이, 와류성 및 입자 거주지를 포함하는 다양한 혈역학적 파라미터가 도출된다. 결과는 시험관내 설정 및 PIV가 대동맥 부비동의 혈역학적 특징을 조사하는 데 도움이 된다는 것을 입증한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
부비동 흐름은 TAVI 이후 다른 부비동 기하학으로 인해 변경되었습니다. 소용돌이는 대동맥 밸브 개구부 및 수축기(22)의 전방 제트기와의 상호작용에 의해 형성되었다. 천연 전단지가없는 인공 외과 판막에 대한 연구에서, 수축기의 부비동 영역에서 관찰 된 와류는 정상23이었다. 이 연구는 전방 제트기를 줄이고 부비동으로 들어옴으로써 디아스톨에서 제시된 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
본 연구는 교육부가 후원하는 한국연구재단의 기초과학연구프로그램(NRF-2021R1I1A3040346 및 NRF-2020R1A4A1019475)의 지원을 받았다. 이 연구는 또한 강원대학교의 2018 연구보조금(PoINT)의 지원을 받았다.
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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