体外メゾスケール粒子画像流速測定法研究神経血管の流れ

この方法は、バイオエンジニアリングの分野、特にヘモダイナミクスと血管間デバイスとの相互作用に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、ほとんどのバイオエンジニアリング研究所で既に見つかった機器を使用し、これは非専門家のための参入障壁を減らすのに役立つということです。PDMSプレポリマーベースを10対1重量で硬化剤に混合します。

66グラムの混合物は50立方センチメートルまでの容積と幻影の製造のための十分な材料を提供する。混合液を真空デシケーターに60分間入れ、脱ガスし、気泡の封じ込めを最小限に抑えます。泡破裂を容易にするために周期的な加圧減圧を使用する。

成形パテを使用してガラススライドに印刷されたABS金型を鋳造取りしてインターフェースをシールする。気泡の封じ込めを最小限に抑えながら、PDMS混合物を慎重に鋳型に注ぎます。残留気泡は、針を使用して手動で破裂させることができます。

少なくとも24時間室温で鋳造ファントムを治す。容器は、硬化中に粉塵がファントムに落ち着かないようにするために使用することができます。デボルディングを行うために、ファントムをアセトンに沈めることでABSを溶解する。

70ワットまでの電力を使用して、少なくとも15分間のソニッケート。ファントムをイソプロピルアルコールで十分に洗い流し、水を脱イオンして溶媒残渣を除去します。光学顕微鏡を使用して、画像キャプチャソフトウェアにカメラを取り付け、視野内の特徴を最大化する倍率の下でファントム内の重要な特徴の画像をキャプチャします。

同じ倍率で適切なキャリブレーションレチクルの画像をキャプチャします。両方のイメージを ImageJ にロードするには、ツールバーにドラッグします。キャリブレーションレチクル画像をクリックしてアクティブにし、ラインツールを選択します。

マウスを使用して、既知の距離のフィーチャに沿って線を引き、解析を選択します。ImageJ メニューからスケールを設定します。既知の距離というラベルのフィールドにフィーチャの長さを入力し、長さの単位というラベルの付いたフィールドにその単位を入力します。

このキャリブレーション係数を開いているすべての画像に適用するには、グローバルというラベルの付いたチェックボックスをオンにします。ファントム クリティカル フィーチャのイメージをアクティブにし、ライン ツールを使用して目的のフィーチャに沿って線を描画します。ImageJ メニューから解析を選択し、ラインの長さを測定します。

期待値を結果ウィンドウでマークされた列の長さの値と比較して、ファントムの忠実性を確認します。模擬血液溶液を60~40分の1で脱イオン水とグリセロールを混ぜた。2.5%蛍光ポリスチレンビーズ溶液を1ミリリットル加え、400rpmでマグネットスタープレート上で10分間均質化します。

テキストプロトコルに記載されているように、in vitro循環システムの設定を実行します。ビデオイメージングのキャリブレーション比を以前と同じに決定します。PDMSファントムを配置する前に、顕微鏡のステージ上にアクリルシートを置いて、意図しないこぼれから顕微鏡を保護することができます。

装置をセットアップするには、PDMSファントムを蛍光顕微鏡のステージ上に置く。ファントムをギアポンプに接続し、模擬血液溶液を導入します。ポンプのキャリブレーションカーブに基づいて、希望の流量に合わせてポンプモータコントローラを設定します。

実験の前にポンプを1~5分間実行し、安定した状態を確保します。実験後にビードの固着が観察された場合は、最大70ワットの電力を使用して水性洗剤溶液中のファントムを超音波処理します。ファントムの表面に貼り付けられたビーズは変位のない尋問ウィンドウになるため、モデルの清潔さはベクトルフィールドの忠実度にも重要です。

イメージ処理を実行するには、保存 AVI ファイルを ImageJ ウィンドウにドラッグして読み込みます。グレースケールに変換するマークが付いているボックスを選択します。ImageJ メニューから[解析]を選択し、ヒストグラムを生成して、画像ピクセル強度のヒストグラムを生成します。

未処理の画像の平均値と標準偏差をメモします。ImageJ メニューから画像を選択し、明るさとコントラストを調整して、明るさのコントラスト フィルターを適用します。[明るさとコントラスト] メニューで、設定ボタンをクリックして、イメージの制限を定義します。

最小値に標準偏差を 1 つ加えた値、最大値をイメージの最大強度に設定します。ImageJメニューからプロセス、ノイズ、スペックルを選択して、飽和ピクセルの数を減らします。次に、プロセス、フィルター、ガウスブラーを半径1.5で選択します。

これにより、以前のデペックリング操作によって 3x3 近傍の照らされたピクセルが時折除去された結果、アーティファクトが減少します。ポリゴン ツールをクリックし、画像をクリックして対象地域の輪郭を描きます。ImageJメニューから[編集]を選択し、外側をクリアして、信号が予想されていない場所でセンサーノイズを除去し、信号とノイズの比率全体を減少させることができます。

テキストプロトコルで説明されているようにデータ分析に進みます。ここに示されている完成したファントムは、粒子画像のヴェロシメトリーまたは関心のあるPIV領域と同様に、寸法で強調表示されています。この図は、ビデオキャプチャ中に穿フォーレータ動脈の蛍光ビーズから生じる画像強度の輪郭プロットと表面プロットを示しています。

これは、強度キャッピングが行われた後の信号対雑音比の改善を示す。ここでは、生のビデオで得られた結果のベクトルフィールドを示し、強度キャッピング後、そして正規化された中央値検定を使用して強度上限ベクトルフィールドが検証された後に再び示します。ポストプロセッシングとベクトル検証技術が採用されると、ベクトルフィールドはより均一になり、円形チャネルの流れに対する予想プロファイルに近くなります。

この手順を試みる間は、取得した信号自体のノイズを最小限に抑えることに焦点を当てることが重要です。このプロトコルは、これらの収差を軽減するためのソフトウェアベースの手法を概説していますが、発生を減らすために各ステップで注意する必要があります。アセトンで作業することは非常に危険であり、この手順を実行しながら、任意の点火源から離れてヒュームフードの下で作業するだけでなく、常に個人的な保護具を着用する必要があることを忘れないでください。