המחברים מבקשים להודות לNSERC (מדעי טבע והנדסת מועצה של קנדה) למימון, קתרין Pagiatikis על עזרתה בריצות ראשוניות, סורה אבו Mallouh ופרדריק פהים לבדיקת הפרוטוקול, ריצ&#39;רד פרבו של LaVision, Inc לקבלת תמיכה טכנית, וגיא קלוטייה מאוניברסיטת מונטריאול להלוואה של המצלמה במהירות גבוהה DALSA.

1. שבב ייצור הצעד הראשון הוא ליצור או לרכוש microchannel שלך. ישנן אפשרויות רבות עבור חומר שבב אלקטרוני. אחד החומרים הנפוצים ביותר שנבחרו הוא פולי (dimethylsiloxane) (PDMS). ישנם פרסומים רבים על הכיוונים לPDMS ייצור באמצעות יתוגרפיה הרכה 16,17,18. ברגע שערוץ PDMS הוא מפוברק, ישנם מספר טיפולי שטח העומדים לרשות להפוך hydrophobicity הטבעי שלה. טיפול פלזמה חומצן הוא אפשרות נפוצה. ואו, אליס, וVoelcker (2009) נותנים סקירה של טיפולי שטח וכיצד הם משפיעים על PDMS. תוצאות אלו הן למים לעומת זאת, ויש לו דם מאפיינים שונים. מחקר על מה שאומר על טיפול במשטח דם נעשה על ידי פיטס et al. (2012a). לקבלת התוצאות שהוצגו כאן, משטחי שבבים ושקופיות הזכוכית הם היוערובה לשניהם נחשפו לפלזמת חומץ למשך 45 שניות ולאחר מכן לחץ יחד כתוצאה היטב בקשר קבוע. 2. הכנת דם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף דגימות דם ממתקן מוכר. לדוגמא דם חזירי ניתן להשתמש בחומצת ethylenediaminetetraacetic (EDTA) כנוגד קרישה. הוסף 1 גרם EDTA עם 4 מ&quot;ל של מים, ולאחר מכן להוסיף את הפתרון לכל 1 ליטר של הדם, ערבוב בעדינות 10x. </li></ol> כשתרימו את דגימות דם, לאפשר להם להתקרר באיטיות לRT. דגימות דם צריכה להיות טריות, ומשמשות באופן אידיאלי היום הם נאספים כדי לשמר את מאפייני rheological של הדם. דגימות עשויות להיות בקירור פעם אחת ב RT; דם כל זאת ללא נוגד קרישה יהיה שמיש לאחר קירור. בהתאם לנוגד הקרישה, יכול להישמר בקירור RBCs לתקופה של עד 42 ימים, וכולו דם יכול להישמר בקירור במשך 35 ימים, אך הזיהום יהיה אפשרי שבאינם מ &#39;מתקן edical 21. בנוסף, יש להיזהר משיטת איסוף דגימות עם שור או חזיריות, ולמנוע זיהום על ידי מח עצם. <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה דגימות דם 3x בסל&quot;ד 3000 למשך 10 דקות בכל פעם. לאחר צנטריפוגה הראשונה, הסר את הפלזמה ומעיל באפי, זורקים. זה בדרך כלל הקל ביותר כדי להסיר את הפלזמה ראשונה, ולאחר מכן למחוק או לשמור לשימוש עתידי, ולאחר מכן להסיר את מעיל באפי לבד. </li></ol> להציג את פיפטה לאט, כדי שלא לערבב את מעיל באפי חזרה אל הדם. לאחר הסרת מעיל באפי, להוסיף כ -20 מ&quot;ל של בופר פוספט (PBS) ומערבבים בעדינות, recentrifuge. חזור על השלב אחרון. לאחר צנטריפוגה השלישית, הסר את מעיל באפי PBS ונותר, זורקים. כמו כן ניתן להשתמש בפלזמת היליד במקום PBS אם אתה רוצה לשמור את מאפייני הצבירה של הדם. הקפד לא לערבב כל אפי מעיל או לבןתאי דם לתוך הפלזמה. <ol start="3" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את תאי דם אדומים (RBCs ניקו) ולהשעות בPBS או פלזמה בריכוזים רצויים (hematocrits). בדקו hematocrits עם microcentrifuge (CritSpin FisherSci, ארה&quot;ב). </li></ol> דם ב -10 עד 20% המטוקריט צריך להיות קל יותר לדמיין מאשר 40 או 50% (המטוקריט פיסיולוגי). בזרימת הדם, הדם הוא בדרך כלל חצי המטוקריט של מחזור מאקרו, ולכן H = 20 הוא נאות 15. <ol start="4" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף fluorescing חלקיקים נותבים בריכוז הרצוי לדגימות הדם. הכלל הוא שיש 10 חלקיקים בחלון מתאם, אשר יכול להיות מחושבים מראש. </li></ol> לדוגמה, 30 μl של חלקיקים מתווספים ל1 מ&quot;ל של תמיסת דם להגדרה המתוארת בסרטון. לחלופין, את RBCs עצמם יכולים להיות מתויג fluorescently. <ol start="5" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנוסף לכך, להפוך את פתרון כיול עם מים ושפעתorescing חלקיקים. יהיה צורך לכייל את המערכת עם פתרון הניוטונית. </li></ol> לדוגמה, בעת שימוש במטרת 10X עם ערוץ בקנה המידה של 100 מיקרומטר, ריכוז מתאים הוא 300 μl של חלקיקים מעורבבים עם 15 מ&quot;ל של מים מזוקקים. אפשרות נוספת היא להשתמש בגליצרול מדולל במים מזוקקים לצמיגות של 3cP, שהוא קרוב יותר לצמיגות המאקרו של הדם. 3. מדידות μPIV <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בטיחות לייזר: בדקו טמפרטורה ולחות. להרכיב משקפיים בטיחות לייזר מתאימים. סגור את וילון לייזר או להדליק את סימן לייזר על דלת המעבדה על כדי למנוע מאנשים אינם מוגנים מלהיות חשוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הליך עם תוכנת דייוויס מוצג בסרטון. לפרטים נוספים עיין במדריך למשתמש של מערכת ספציפית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שלקח את הנתונים, היקף המצלמה צריך להיות מכויל באמצעות מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להקטין את התאימות של המערכת, השתמש בכמות הקצרה ביותר של צינורותד המזרק הנוקשה הקטן ביותר האפשרי, כגון מזרק 15 או 50 μl המילטון gastight. כדי להפחית זליגה של דם או צריכת אוויר למערכת, לאטום צינור למזרק ולשבב. ניתן לעשות זאת עם דבק, PDMS או וזלין (נזהר שלא לזהם את הדם). </li></ol> כדי למלא את מזרק מיקרו עם מים מהולים חלקיקים נותב להשתמש בשיטת backflow מכיוון שעוצמת השמע של מזרק מיקרו היא בדרך כלל הרבה יותר קטנה מאשר הנפח למלא. השיטה שלנו מורכבת backflow למלא את מזרק מיקרו וערוץ יחד באמצעות הפלט של הערוץ באמצעות מזרק פלסטיק משני. לשם כך, תחילה להסיר את מזרק מיקרו הבוכנה, ואז לדחוף את הנוזל באמצעות מזרק הפלסטיק הקלסית שצורף ליציאה של הערוץ, לאפשר את זרימת הנוזל מתוך מזרק מיקרו עד שכל microbubbles נמצא מחוץ למייקרו מזרק, צינורות או שבב, סוף סוף החזיר את הבוכנה, ונתק את מזרק הפלסטיק. נוכחות oהיעדר R של microbubbles ניתן לאמת עם מיקרוסקופ. <ol start="5" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רמת משאבת המזרק כדי להשיג צינורות אופקי. לתכנת את משאבת המזרק לקצב זרימה רצויה. </li></ol> להיות מודע להשפעות המעבר האפשריות, כמו &quot;אפקט צוואר הבקבוק&quot;, למערכת נוקשה או התאימות של המערכת שמשנה את קצב הזרימה בפועל. פעמים אופייניות של מערכת יכולות להיות מוערכות כפונקציה של החומרים והממדים של המערכת. (פרק 2, עמ &#39;77-81, Tabeling, 2005) <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח שבב על הבמה מיקרוסקופ ולהתחיל את המשאבה. השתמש במים עם חלקיקים לכייל את המערכת לפרופיל המהירות הבינונית ולכייל את dT (הזמן בין תמונות פעמו). </li></ol> החלקיקים צריכים לנוע בין 5 ל 10 פיקסלים בין מסגרות למתאם טוב 11. כאשר הכיול, להיות זהיר כדי למדוד באמצע הערוץ. מטוס ההתמקדות באמצע יש הגבוה ביותרמהירות 8. אם להשתמש בערוץ עגול, להיות זהיר של הצללה אפקטים. תמונת מדגם מוצגת באיור 2, תוך שימוש במצלמת פעם, ואילו בתמונה העליונה היא הדופק הראשון והתמונה התחתונה היא הדופק השני. ניתן לראות באיור שהנקודות הבהירות (fluorescing חלקיקים) הן הכי בפוקוס. <ol start="7" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופציונלי: על ידי לקיחת נתונים בגבהים שונים ניתן לשחזר פרופיל מהירות 3D על ידי הוספת הווקטורים השונים לתמונה אחת. הווידאו מציג את שגרה שפותחה עבור האוטומציה של התהליך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר לוקחים נתונים עם הדם, למלא את המזרק עם כמות רצויה של דם באותה השיטה כמו מים. לתכנת את משאבת המזרק לקצב הזרימה הרצויה, ולקחת את הנתונים רצויים. דוגמה לתמונות גולמיות המתקבלות מוצגת באיור 2. היזהר של שקיעת RBC גם כן. מילוי במזרק כל ריצה או כלריצה אחרת תפחית את יישוב RBC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר רכישת תמונות, מתאם הצלב מבוצע על זוגות התמונה לקבל שדות וקטור מהירות בין תמונות. זה חשוב לנו תמונות טובות שיש מתאם טוב. לפני תתאים, אפשר לעשות עיבוד מראש כדי להסיר רעשי רקע. </li></ol> מתאם הצלב נעשה בין חלונות בתמונות הסמוכות, אשר יכולה להיות מגוונות בגודל ובצורה להשפיע על הקשר. לאחר מתאם צלב, אפשר לעשות את עיבוד תמונה להודעה להסיר וקטורים או חריגים שגויים. ניתן למצוא תיאור מפורט של האפשרויות הזמינות השונות ודיוקיהם בפיטס et al. (2012b), שבו העיבוד הטוב ביותר עבור דם נמצא כי השיטה של &quot;תמונת חפיפה&quot; עם החלונות הוארך באורך ומיושר עם הזרם . ניתן לעשות פעולות אלו באופן ידני בתכנית כמו MATLAB, או בתוך חבילת תוכנה עם המערכת שלך.<html> תוכנה היא לא חשובה, את המתמטיקה שמאחורי הפעילות היא חשובה יותר וכל פעולה יכולה להשפיע על הדיוק של פרופיל המהירות הסופי. יכולים להיות בממוצע הווקטורים וכתוצאה מכך השטח מעבר לתעלה כדי להשיג פרופילי מהירות רגעיים, ולאחר מכן שוב בממוצע בזמן כדי להשיג את פרופיל מהירות ממוצע, נציג. Kloosterman et al. (2011) נותן הסבר לשגיאה במדידות μPIV בי עומק השדה הוא גדול. ניתן למצוא דיונים על השגיאה של עיבוד נתונים שהוצג כאן בפיטס et al. (2012b) למדידות ופעמו Chayer et al. (2012) למדידות במהירות הגבוהות. דוגמאות לפרופילי מהירות מוצגות באיורים 3 ו -4. איור 3 מציג פרופיל מהירות אחת לאמצע של זרימת 10 μl / שעה של RBC ב-H = 10 בערוץ 140 מיקרומטר רחב. אוהל &quot;&gt; פרופיל יחיד זו מושגת על ידי חישוב ממוצע וקטורי קורלציה מעבר לתעלה כדי לקבל פרופיל מהירות, ולאחר מכן בממוצע בזמן כדי לקבל מדידה מייצגת. במקרה זה, 100 זוגות היו בממוצע בזמן על פני שדה הראייה. דוגמה לפרופיל המשוחזר 3D נלקח לכיול זרימת מים בערוץ מרובע 100 מיקרומטר עם קצב זרימה מתוכנת של 30 μl / שעה נמצאת באיור 4. באיור 4, את הפרופילים נמדדים במרווחים של 1 מיקרומטר. <ol start="10" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופציונלי: בתמונות המתוארות הגדרת המהירות הגבוהות שניתן לנקוט באותם תנאים על ידי מיתוג מצלמות (ורכישת מערכות מידע). זה יכול להיות שימושי עבור לדמיין את שכבת תא ללא בערוץ, וצבירה לכימות. ניתוח הנתונים הוא שונה במקצת (Chayer et al., 2012). </li></ol> דוגמאות של תמונות אור לבנות עם ובלי RBC צבירה הן presented באיור 5 ב-H = 20. את התמונות למעלה מראה H = 20 ב-PBS, אשר מסיר את היכולת של RBC לצבירה, בμl 1 / שעה. התמונה התחתונה היא H = 20 בפלזמה האם ברמה של 0.5 μl / שעה. בתמונה התחתונה, הצבירה גלויה. <ol start="11" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסגור את המערכת בצורה בטוחה כאשר הושלמו מדידות. השתמש בנהלי בטיחות לייזר מתאימים עד לייזר מקור כוח הוא לסגור לחלוטין. </li></ol>

<ol>
	<li>Santiago, J. G., Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <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+system+for+microfluidics.">A particle image velocimetry system for microfluidics.</a> Experiments in Fluids. 25, 316-319 (1998).</li><li>Sugii, Y., Okamoto, K., Nishio, S., Nakano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Velocity+Measurement+in+Micro+Tube+by+Highly+Accurate+PIV+Technique.">Evaluation of Velocity Measurement in Micro Tube by Highly Accurate PIV Technique.</a> , 1-5 (2001).</li><li>Park, J. S., Choi, C. K., Kihm, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+sliced+micro-PIV+using+confocal+laser+scanning+microscopy+(CLSM).">Optically sliced micro-PIV using confocal laser scanning microscopy (CLSM).</a> Exp. Fluids. 37 (1), 105-119 (2004).</li><li>King, M. R., Bansal, D., Kim, M. B., Sarelius, I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+hematocrit+and+leukocyte+adherence+on+flow+direction+in+the+microcirculation.">The effect of hematocrit and leukocyte adherence on flow direction in the microcirculation.</a> Ann. of Biomed. Eng. 32 (6), 803-814 (2004).</li><li>Lima, R., Wada, S., Tsubota, K., Yamaguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+micro-PIV+measurements+of+three-dimensional+profiles+of+cell+suspension+flow+in+a+square+microchannel.">Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel.</a> Meas. Sci. Tech. 17 (4), 797-808 (2006).</li><li>Wereley, S. T., Santiago, J. G., Chiu, R., Meinhart, C. D., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-resolution+particle+image+velocimetry.">Micro-resolution particle image velocimetry.</a> Micro- and Nanofabricated Structures and Devices for Biomedical Environmental Applications. 3258, 122-133 (1998).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+illumination+for+two-dimensional+particle+image+velocimetry.">Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 11, 809-814 (2000).</li><li>Chayer, B., Pitts, K. L., Cloutier, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Velocity+measurement+accuracy+in+optical+microhemodynamics:+experiment+and+simulation.">Velocity measurement accuracy in optical microhemodynamics: experiment and simulation.</a> Physiological Measurement. , (2012).</li><li>Tabeling, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to Microfluidics. , (2005).</li><li>Olson, M. G., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Out-of-focus+effects+on+particle+image+visibility+and+correlation+in+microscopic+particle+image+velocimetry.">Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry.</a> Experiments in Fluids. 29, S166-S174 (2000).</li><li>Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+micro-particle+image+velocimetry+techniques.">Recent advances in micro-particle image velocimetry techniques.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 42, 557-576 (2010).</li><li>Williams, S. J., Park, C., Wereley, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+and+applications+on+microfluidic+velocimetry.">Advances and applications on microfluidic velocimetry.</a> Microfluid. Nanofluid. 8 (6), 709-726 (2010).</li><li>Chiu, J. J., Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+disturbed+flow+on+vascular+endothelium:+Pathophysiological+basis+and+clinical+perspectives.">Effects of disturbed flow on vascular endothelium: Pathophysiological basis and clinical perspectives.</a> Physiol. Rev. 91 (1), 327-387 (2011).</li><li>Secomb, T. W., Pries, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+microcirculation:+Physiology+at+the+mesoscale.">The microcirculation: Physiology at the mesoscale.</a> J. Physiol. 589 (5), 1047-1052 (2011).</li><li>Popel, A. S., Johnson, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcirculation+and+hemorheology.">Microcirculation and hemorheology.</a> Annual Review of Fluid Mechancis. 37, 43-69 (2005).</li><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angewandte Chemie International Edition England. 37, 551-577 (1998).</li><li>Whitesides, G. M., Stroock, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+methods+for+microfluidics.">Flexible methods for microfluidics.</a> Physics Today. , 42-48 (2001).</li><li>Sia, S. K., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+devices+fabricated+of+poly(dimethylsiloxane)+for+biological+studies.">Microfluidic devices fabricated of poly(dimethylsiloxane) for biological studies.</a> Electrophoresis. 24, 3563-3576 (2003).</li><li>Zhou, J., Ellis, A. V., Voelcker, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+PDMS+surface+modifications+for+microfluidic+devices.">Recent developments in PDMS surface modifications for microfluidic devices.</a> Electrophoresis. 31, 2-16 (2009).</li><li>Pitts, K. L., Abu-Mallouh, S., Fenech, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+angle+study+of+blood+dilutions+on+common+microchip+materials.">Contact angle study of blood dilutions on common microchip materials.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. , (2012).</li><li>Hovav, T., Yedgar, S., Manny, N., Barshtein, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+red+blood+cell+aggregability+and+shape+during+blood+storage.">Alteration of red blood cell aggregability and shape during blood storage.</a> Transfusion. 39, 277-281 (1999).</li><li>Pitts, K. L., Mehri, R., Mavriplis, C., Fenech, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-particle+image+velocimetry+measurement+of+blood+flow:+validation+and+analysis+of+data+pre-processing+and+processing+methods.">Micro-particle image velocimetry measurement of blood flow: validation and analysis of data pre-processing and processing methods.</a> Measurement Science and Technology. 23, 105302 (2012).</li><li>Kloosterman, A., Poelma, C., 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=Flow+rate+estimation+in+large+depth-of-field+micro-PIV.">Flow rate estimation in large depth-of-field micro-PIV.</a> Exp. Fluids. 50 (6), 1587-1599 (2011).</li><li>Goldsmith, H. L., Skalak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamics.">Hemodynamics.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 7, 213-247 (1975).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

שימוש μPIV למדידות זרימת דם בקנה המידה של זרימת הדם יכול לתת תובנה מספר רב של תהליכי הנדסה ביו רפואית, מכאני וכימיים הנוגעים בדבר. חלק מגורמי המפתח לחשבון להוא הצפיפות של RBC עצמם, וצבירת deformability של RBC, הצבירה או התנועה של חלקיקי מייקר fluorescing, ויישובם של RBC בערוצים. כל אלה יכולים להיות אחראים אם ההנחיות הכלליות שהותוו לעיל הן אחריו. יש רשימה בסיסית שכדאי לזכור למדידות טובות באמצעות מערכת זו. קודם כל, לקבוע כמה עמידה היא במערכת או המערכת מוצעת. כדי למזער את העמידה להשתמש בכמות של צינורות הקצר ביותר אפשרי והמזרק הקטן ביותר האפשרי. יש מערכות נוקשות פחות עמידה, אבל יכולות להוביל לצווארי בקבוק. למרות קנה המידה הקטנה של המדידות, כוח המשיכה תשפיע על RBC. שמירה על מזרק, צינורות וערוץ באותו הגובה אניאידיאלי של. שנית, קביעת הריכוזים של ההשעיות. ודא שיש מספיק fluorescing חלקיקים נותבים בפתרון ולא יותר מדי גבוהה של ריכוז של RBC. הגדלת הצפיפות של חלקיקים נותבים של מדגם לא להתגבר על האטימות הגלומות של RBCs. כמות החלקיקים נותב תשפיע על הקשר, אבל יש RBCs רבים מדי תגרום הנוזל האטום ואת החלקיקים נותב קשה לתמונה. המטוקריט הכולל של המדגם חייב להישמר נמוך מספיק שמטוס אמצע הערוץ יכול להיות צילמו בצורה ברורה. זוהי פשרה בין המטוקריט וגודל ערוץ. בעומק גדל, הסכום של RBC בין העדשה והמטוס של מדידה גדל, אפילו בhematorcrit הנמוך. כדי דגימות hematorcrit גבוהות יותר תמונה או ערוצים גדולים יותר, יכולה להיות מנוצל בשיטת &quot;תאי רפאים&quot;, ואילו פנים אטומים של RBC מוחלף בנוזל שקוף עבור חלק מRBC (גולדסמית וSkalak, 1975). שלישית, יש לוודא כי microscoPE הוא התמקדות במטוס אמצע הערוץ. ידיעת הגובה של הערוץ המדויק היא חיונית למציאת המטוס באמצע. זכור את הגודל של החלקיקים בגודל של הערוץ, ולחשב את עומק הקשר (DOC) במערכת שלך (Wereley et al., 1998). DOC יכול מאוד להשפיע על הדיוק הנחוץ כדי להשיג במציאת המטוס באמצע. הבדל של מיקרון אחד יכול להשפיע לרעה על הדיוק. ברגע שכמות החלקיקים, בגודל של הערוץ, וDOC נמצאים, ההבדל בזמן בין תמונות פעמו (DT) צריך להיות נחוש. הקפד על 5 עד 10 פיקסלים של תנועה של החלקיקים בין החלונות. התנועה של החלקיקים חייבת להתאים את חלונות המתאם המתוארים בסעיף 3.9. לבסוף, להחליט על השיטה מראש עיבוד, עיבוד או לאחר העיבוד של נתוני וקטור. שיטות רבות זמינות בספרות, אך חלקם מוצלחים יותר מאחרים כשהם מיושמים לדם. השיטה של ​​&quot;תמונה חופפת&quot; היא עו&quot;דised לתזרים דם (פיטס et al., 2012b). גורם נוסף שיש לזכור הוא השכבה &quot;החופשית תא&quot;, שמתועדת היטב בmicrohemodynamics. זהו חוסר RBCs בקיר של הערוץ או הכלי. בבעקבות החלקיקים נותב fluorescing, המשתמש הוא למעשה בעקבות התנועה של הפלזמה. במרכזו של הערוץ או הכלי, המהירות היא מקסימאלי והן יהיו נעים באותה המהירות. בקיר, הפלזמה עדיין תהיה תנועה בזמן תהיה כמה, אם בכלל, RBCs הווה. בקנה המידה שהוצגה כאן עם הגדלה 10X, השכבה ללא תא היא לא measureable אבל בהגדלות גדולות יותר הוא חייב להיות מטופלת. וידאו במהירות גבוהה יאפשר מדידה של עובי השכבה ללא תא. מסקנות μPIV שימש במשך hemorheology ומחקרים ביו מאז זמן קצר לאחר התפתחותה. כאשר מוחלים על הדם זורם בקנה המידהשל זרימת הדם, את ההתנהגות המורכבת של הדם יש בחשבון. פרוטוקול למדידות μPIV של דם זורם בmicrochannels הוצג כאן יחד עם עצות להתמודדות עם האופי המורכב של דם. אפשרויות הדמיה כמה הותוו, כולל תמונות, תמונות פעמו במהירות גבוהה ואפשרות 3D, כמו גם מידע לעיבוד הנתונים. בבאמצעות μPIV למחקר microflow דם, ניתן לנתח את ההשפעה של תרופות, מחלות וטיפולים טיפוליים בצורה של פרופיל המהירות. מדידות אלה שימושיים לרפואה המודרנית והנדסה מאז את הספיגה של חומרים מזינים ותרופות היא גזירה תלויה.

גוף האדם מכיל כלי רבים עם הקוטר פחות מ 50 מיקרומטר, שהם אתר הבורסה הראשי בין דם וברקמות. המחקר של זרימת דם בכלים האלה מייצג אתגר משמעותי הן בשל קנה המידה של מדידות ואת המאפיינים של נוזל דם. מדידות אלה, כוללים שיפוע הלחץ, הגזירה בקיר, ופרופילי מהירות בעורקים קטנים וvenules, הם גורמים מרכזיים הקשורים בתגובות פיסיולוגיות. כיום יש הזדמנויות חסרות תקדים לפתרון אתגרי מדידה אלה, הודות לניסיוני בטכניקות חדשות בקנה מידת מיקרו כדי ללמוד את זרימת הדם ולפתור את הבעיה multiscale זה. velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים (μPIV) הוא טכניקת הדמיה המבוססת על זרימת חלקיקים המשמש להערכת פרופילי מהירות זרימת דם בmicrochannels באמצעות מתאם צלב. μPIV, פותח לראשונה על ידי סנטיאגו et al., כבר בשימוש עם hemorheologyמחקרים מאז Sugii et al. בשנת 2001 השתמשו בטכניקה כדי למדוד את זרימת דם ב100 מיקרומטר צינורות זכוכית עגול 1,2. קיימות גישות שונות לμPIV. מצלמות מהיר יכולות לשמש כדי לתאם את תנועתם של תאי דם אדומים (RBCs), ותמונות פעמו יכולות לשמש כדי לתאם את תנועתם של חלקיקים נותבים. אחת מהאפשרויות אלה יכולים להיות בשילוב עם מיקרוסקופ זקוף או הפוך, בהתאם ליישום. בשני המקרים, התוצאה היא פרופיל מהירות 2D. גישה אחרת היא להשתמש במיקרוסקופ confocal להשיג פרופילי 2D and 3D. שיטה זו יושמה לדם 3,4,5. יש מיקרו בקנה מידה PIV כמה סיבוכים בהשוואה למאקרו PIV. במאקרו PIV יכולים להיות מוגבלים את הנתונים למטוס בודד באמצעות גיליונות של אור, אבל בקנה מידת מיקרו נפח התאורה הוא הכרחי. תאורת נפח היא בעיה גדולה יותר להדמיה של זרימת דם מיקרו, כמו את RBCs עצמם הם גדולים בהשוואה לגhannels, והשימוש בRBCs כמו החלקיקים נותב מוביל עד לעומק של מתאם (DOC) אשר יכול להפחית באופן משמעותי את הדיוק של התוצאות חוצות קשר 6,7,8. בעקבות Wereley et al. (1998) DOC לערוץ 40 מיקרומטר גבוה עם RBC כקליעים נותבים הוא 8.8 מיקרומטר, ואילו עם חלקיקים נותב 1 מיקרומטר DOC הוא 6.7 מיקרומטר. הבדל זה הופך להיות בולט יותר בעת שינוי גובה ערוץ וגדלה. בנוסף, RBCs הם אטומים, והגדלת הצפיפות של RBCs בזרימה גורמת לקשיי הדמיה. חלקיקים נותב fluorescing, שימוש לראשונה על ידי סנטיאגו et al. (1998), כבר דגלו ככלי כדי להקטין את ההשפעה של חלקיקים מחוץ למיקוד, בעת שימוש בחלקיקים הקטנים ביותר האפשריים. שימוש fluorescing קוטר 1 מיקרומטר microparticles יחד עם לייזר הוא גישה אחת שעשוי להקטין את עומק הבעיה במיקוד מיקרו זרימת דם הדמיה 10. ישנן מספר ביקורות שוטפות של מדינת μPIV טקhnology, כל אחד מהם מדגיש את החשיבות של μPIV למחקרי זרימת דם 11,12. כמה שיקולים חשובים חייבים להילקח בחשבון בעת ​​שימוש μPIV לדם. ברמת המיקרו, בקנה המידה של זרימת הדם, אינו יכול להיחשב דם נוזל הומוגני, כפי שהיא השעיה של תאים גמישים דם אדום (RBCs), תאי דם לבנים גדולים, טסיות דם וחלבונים אחרים המצויים בנוזל הניוטונית (פלזמה) . את פרופילי המהירות שנמדדו כאן ניתן להשתמש כדי למדוד את מאפיינים מסוימים של את הדם זורם מיקרו. הגורמים החשובים בmicrohemorheology הם קצב הזרימה של הדם, את הצורה של פרופיל המהירות, ומאמץ הגזירה בקיר של כלי השיט. מידע זה יש השלכות קליניות, כמו זרימת הדם הוא האתר להמרת חומרי מזון בגוף, וחילופי הדברים הוא גזירה תלויה. ישנם מספר מחקרי סקירה שוטפים על מצב מחקר בזרימת הדם, כמו גם 13,14,15. מוצג כאן הוא פרוטוקול למדידות μPIV של דם זורם בpolydimethylsiloxane (PDMS) microchannels. ערוצי PDMS היו מפוברקים בתוך הבית בעקבות המקורות בסעיף 1 לפרוטוקול. דגימות דם נלקחו מחזיריים מטבחיים מוכר וניקו סעיף 2 לפרוטוקול הבא. כל הנתונים הושגו באמצעות LaVision Mitas μPIV המערכת, כפי שתוארה בסעיף 3 לפרוטוקול. ההגדרה מורכבת מNd: YAG לייזר (גל חדש מחקר, ארה&quot;ב) ומצלמת CCD (תמונה אינטנסיבית, Lavision) הנשלט על ידי יחידה לתכנות מפעילה, מיקרוסקופ פלואורסצנטי יחד עם שלב 3 שנע בצירים, ומחשב, בנוסף למצלמה במהירות גבוהה (DALSA 1M150, הולנד) נוספה להדמיה של RBCs עצמם. שתי המצלמות מחוברות לתיבה אופטית יציאת 2 (מותאם אישית על ידי Zeiss, גרמניה). בטיפוסי במדידות vivo של זרימת דם, משמש מיקרוסקופ זקוף כדי לעקוב אחר RBCsmselves, ואילו ביישומים טיפוסיים במבחנה משמשת מיקרוסקופ הפוכה כדי לעקוב אחר החלקיקים נותבים. בייחודי כפולה זו ההגדרה, תיבת אופטיקה מאפשרת לשני קליעים נותבים להיות צילמו באמצעות מיקרוסקופ ההפוך. דם הוכנס לשבבים באמצעות משאבת מזרק דיוק גבוהה (Nexus3000, Chemyx Inc, ארה&quot;ב). תרשים של המערכת מוצג באיור 1, שבו החלק העליון של הדמות מייצג את 140 מיקרומטר ידי 40 ערוצים מלבניים מיקרומטר מפוברק של PDMS, ואת החלק התחתון מייצג את המערכת כולה כולל שתי המצלמות, לייזר, משאבת המזרק ו מיקרוסקופ. μPIV הנוכחי להגדיר קופצים זמין, בדרך כלל עם תוכנת קניינית, כולל TSI, Dynamics Dantec, וLaVision. ניתן להשיג אלגוריתמים חוצים קשר רגילים דרך אפשרויות תוכנה רבות, כולל MATLAB. התוכנה היא לא המפתח, להבין מה את תיבות הדיאלוג מתאימות לבחינה מתמטית ישמשו שימושR הרבה יותר טוב. בפרוטוקול זה דיוויס, תוכנת הקניינית של LaVision או MATLAB מנוצלות. הפרוטוקול הוא לא תוכנה ספציפית, אבל האפשרויות בתפריט יכולות להיות במקומות שונים בחבילות תוכנה שונות.

<table><tbody><tr><td>poly(dimethylsiloxane) (PDMS), &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Sylgard-184</td><td>Dow-Corning</td><td>3097358-1004</td><td></td></tr><tr><td>ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E9884-100G</td><td></td></tr><tr><td>poshpate buffered saline (PBS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5368-10PAK</td><td></td></tr><tr><td>fluorescing micro particles</td><td>Microgenics/FisherSci</td><td>R900</td><td></td></tr><tr><td>glycerol (OPTIONAL)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G6279-500 ml</td><td></td></tr><tr><td>microcentrifuge, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; CritSpin</td><td>FisherSci</td><td>22-269-291</td><td></td></tr><tr><td>syringe, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; 50 &amp;mu;l Gastight</td><td>Hamilton</td><td>80965</td><td></td></tr><tr><td>camera, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Imager Intense, high speed</td><td>LaVision, Dalsa</td><td>Imager Intense</td><td></td></tr><tr><td>microscope, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; MITAS</td><td>LaVision</td><td>MITAS</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG laser</td><td>New Wave Research</td><td>Solo-II</td><td></td></tr><tr><td>syringe pump, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Nexus3000</td><td>Chemyx, Inc.</td><td>Nexus-3000</td><td></td></tr><tr><td>flexible tubing, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Tygon</td><td>FisherSci</td><td>14-169-1A</td><td></td></tr><tr><td>data processing software, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; DaVis</td><td>LaVision</td><td>DaVis</td><td></td></tr><tr><td>centrifuge, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; Thermo Scientific CL2</td><td>Thermo Scientific</td><td>004260F</td><td></td></tr></tbody></table>

micro-particle image velocimetry for velocity profile measurements of micro blood flows

velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים (μPIV) משמש כדי לחזות תמונות לזווג של חלקיקי מיקרו נזרעו בדם זורם. התמונות הן בין קורלציה לתת פרופיל מהירות מדויקת. פרוטוקול מוצג למדידות μPIV של דם זורם בmicrochannels. בקנה המידה של זרימת הדם, אינו יכול להיחשב דם נוזל הומוגני, כפי שהוא השעיה של חלקיקים המרחפים גמישים בפלזמה, נוזל הניוטונית. שיעור גזירה, מהירות המרבית, צורת פרופיל מהירות, וקצב זרימה יכולים לנבוע ממידות אלו. כמה פרמטרים מרכזיים כגון עומק מוקד, ריכוז חלקיקים, ותאימות מערכת, מוצגים כדי להבטיח נתונים מדויקים ושימושיים יחד עם דוגמאות ותוצאות עבור נציג hematocrits השונים ותנאי זרימה.

בכל הדמויות, זרימה היא משמאל לימין בתמונות גולמיות, ומעלה במהירות פרופילים מחושבים. דוגמה של הנתונים הגולמיים שהושגו בדם במטוקריט H = 10 זורמים ב10 μl / שעה מוצגת באיור 2. הנתונים גולמיים ניתן לחצות-מתואמים ללא כל עיבוד נתונים כדי להשיג פרופילי מהירות. ההשפעה של שיטות עיבוד מראש ועיבוד נתונים נדונה בפיטס, et al., (2012b). דוגמה לפרופילי מהירות כתוצאה מנתונים דומים לאיור 2 בhematorcrit H = 10 וקצב זרימה של 10 μl / שעה מוצגים באיור 3, פרופיל 3D מכיול מים מוצג איור 4. איור 3 ו -4 נכללים סטנדרטי עיבוד נתונים. פרופילי מהירות אלה יכולים לשמש כדי לבצע מדידות כגון מהירות המרבית במרכזו של הערוץ, קצב הזרימה בערוץ, ושיעור הגזירה בקיר לתנאי זרימה שונים, ערוץ שיתוףnfigurations, ופיזיולוגיה. איור 5 נותן דוגמה של תמונה במהירות גבוהה עם ובלי צבירה של RBC. תמונות במהירות גבוהות כמו אלה באיור 5 יכולות לשמש גם כדי לחשב פרופילי מהירות באמצעות מתאם צלב. <img alt="איור 1" fo:content-src="/files/ftp_upload/50314/50314fig1highres.jpg" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50314/50314fig1.jpg" /> איור 1. תרשים של μPIV הגדרה שם () מייצג את 140 מיקרומטר ב -40 מיקרומטר ערוצים מלבניים מפוברקים של PDMS עם התזרים נע משמאל לימין וכן (ב) מייצג את המערכת כולה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/50314/50314fig2.jpg" /> איור 2. כתוצאה מנתוני תמונה פעמו גולמיים ממערכת μPIV עם H = 10 ב PBS בקצב זרימה מתוכנת של 10μl / שעה (זורם משמאל לימין). תמונה למעלה היא הדופק ראשון. <img alt="איור 3" fo:content-src="/files/ftp_upload/50314/50314fig3highres.jpg" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/50314/50314fig3.jpg" /> איור 3. כתוצאה מפרופיל מהירות ממערכת μPIV עם H = 10 ב PBS בקצב זרימה מתוכנת של 10 μl / שעה. פרופיל הוא הסתובב כדי להראות זרימה כלפי מעלה. <img alt="איור 4" fo:content-src="/files/ftp_upload/50314/50314fig4highres.jpg" fo:content-width="4.25in" src="/files/ftp_upload/50314/50314fig4.jpg" /> איור 4. דוגמה לפרופיל מהירות 3D משוחזר של כיול מים בערוץ מרובע 100 מיקרומטר עם פרופילים מרובים מפורק 1 מיקרומטר. פרופיל הוא הסתובב כדי להראות זרימה כלפי מעלה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/50314/50314fig4large.jpg" target="_blank">לחץ</a>כאן לצפייה בדמות גדולה. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/50314/50314fig5.jpg" /> איור 5. דוגמה של תמונות במהירות גבוהות שבי למעלה) היא H = 20 PBS ב μl 1 / שעה (ללא צבירה) ותחתון) היא H = 20 בפלזמה האם ברמה של 0.5 μl / שעה (צבירה). בשתי תמונות הזרימה הוא משמאל לימין .

Watch this Scientific Journal Video about Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows at JoVE.com

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים (μPIV) משמש כדי לחזות תמונות לזווג של חלקיקי מיקרו נזרעו בזורם דם אשר חוצה קורלציה לתת פרופיל מהירות מדויקת. שיעור גזירה, מהירות המרבית, צורת פרופיל מהירות, וקצב זרימה, כל אחד מהם יש יישומים קליניים, ניתן לגזור ממדידות אלה.

Velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים למדידות בפרופיל מהירות של מיקרו זורם דם

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

micro-particle-image-velocimetry-for-velocity-profile-measurements

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

An Introduction to Statics

SCIENTISTS IN ACTION

17.2K Views.  University of Ottawa. velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים (μPIV) משמש כדי לחזות תמונות לזווג של חלקיקי מיקרו נזרעו בזורם דם אשר חוצה קורלציה לתת פרופיל מהירות מדויקת. שיעור גזירה, מהירות המרבית, צורת פרופיל מהירות, וקצב זרימה, כל אחד מהם יש יישומים קליניים, ניתן לגזור ממדידות אלה.

Video: Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Echo Particle Image Velocimetry

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 Consequently, a prerequisite for understanding, predicting, and controlling fluid flows is the capability to measure the velocity field with adequate spatial and temporal resolution.2 For velocity measurements in optically opaque fluids or through optically opaque geometries, echo particle image velocimetry (EPIV) is an attractive diagnostic technique to generate "instantaneous" two-dimensional fields of velocity.3,4,5,6 In this paper, the operating protocol for an EPIV system built by integrating a commercial medical ultrasound machine7 with a PC running commercial particle image velocimetry (PIV) software8 is described, and validation measurements in Hagen-Poiseuille (i.e., laminar pipe) flow are reported.
For the EPIV measurements, a phased array probe connected to the medical ultrasound machine is used to generate a two-dimensional ultrasound image by pulsing the piezoelectric probe elements at different times. Each probe element transmits an ultrasound pulse into the fluid, and tracer particles in the fluid (either naturally occurring or seeded) reflect ultrasound echoes back to the probe where they are recorded. The amplitude of the reflected ultrasound waves and their time delay relative to transmission are used to create what is known as B-mode (brightness mode) two-dimensional ultrasound images. Specifically, the time delay is used to determine the position of the scatterer in the fluid and the amplitude is used to assign intensity to the scatterer. The time required to obtain a single B-mode image, t, is determined by the time it take to pulse all the elements of the phased array probe. For acquiring multiple B-mode images, the frame rate of the system in frames per second (fps) = 1/&delta;t. (See 9 for a review of ultrasound imaging.)
For a typical EPIV experiment, the frame rate is between 20-60 fps, depending on flow conditions, and 100-1000 B-mode images of the spatial distribution of the tracer particles in the flow are acquired. Once acquired, the B-mode ultrasound images are transmitted via an ethernet connection to the PC running the PIV commercial software. Using the PIV software, tracer particle displacement fields, D(x,y)[pixels], (where x and y denote horizontal and vertical spatial position in the ultrasound image, respectively) are acquired by applying cross correlation algorithms to successive ultrasound B-mode images.10 The velocity fields, u(x,y)[m/s], are determined from the displacements fields, knowing the time step between image pairs, &Delta;T[s], and the image magnification, M[meter/pixel], i.e., u(x,y) = MD(x,y)/&Delta;T. The time step between images &Delta;T = 1/fps + D(x,y)/B, where B[pixels/s] is the time it takes for the ultrasound probe to sweep across the image width. In the present study, M = 77[&mu;m/pixel], fps = 49.5[1/s], and B = 25,047[pixels/s]. Once acquired, the velocity fields can be analyzed to compute flow quantities of interest.

An echo particle image velocimetry (EPIV) system capable of acquiring two-dimensional fields of velocity in optically opaque fluids or through optically opaque geometries is described, and validation measurements in pipe flow are reported.

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Engineering

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

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 complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

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 ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a standard fluid dynamic diagnostic, particle image velocimetry (PIV), to measure: i) velocities of individual particles (grains), extant on short, grain-collision time-scales, ii) velocities of systems of particles, on both short collision-time- and long, continuum-flow-time-scales, iii) collective hydrodynamic modes known to exist in dense molecular fluids, and iv) short- and long-time-scale velocity autocorrelation functions, central to understanding particle-scale dynamics in strongly interacting, dense fluid systems. The basic system is composed of an imaging system, light source, vibrational sensors, vibrational system with a known media, and PIV and analysis software. Required experimental measurements and an outline of the theoretical tools needed when using the analog technique to study molecular-scale hydrodynamic processes are highlighted. The proposed technique provides a relatively straightforward alternative to photonic and neutron beam scattering methods traditionally used in molecular hydrodynamic studies.

An experimentally accessible analog method for studying molecular hydrodynamic processes in dense fluids is presented. The technique uses particle image velocimetry of vibrated, high-restitution grain piles and allows direct, macroscopic observation of dynamical processes known and predicted to exist in strongly interacting, high density gases and liquids.

טכניקת מאקרוסקופית אנלוגי לימוד תהליכי Hydrodynamic מולקולרית צפופה גזים ונוזלים

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white blood cells and platelets that are suspended in blood plasma. Due to the abundance of the RBCs (40% to 45% of the blood volume), their behavior dictates the rheological behavior of blood especially in the microcirculation. At very low shear rates, RBCs are seen to assemble and form entities called aggregates, which causes the non-Newtonian behavior of blood. It is important to understand the conditions of the aggregates formation to comprehend the blood rheology in microcirculation. The protocol described here details the experimental procedure to determine quantitatively the RBC aggregates in microcirculation under constant shear rate, based on image processing. For this purpose, RBC-suspensions are tested and analyzed in 120 x 60 &#181;m poly-dimethyl-siloxane (PDMS) microchannels. The RBC-suspensions are entrained using a second fluid in order to obtain a linear velocity profile within the blood layer and thus achieve a wide range of constant shear rates. The shear rate is determined using a micro Particle Image Velocimetry (&#181;PIV) system, while RBC aggregates are visualized using a high speed camera. The videos captured of the RBC aggregates are analyzed using image processing techniques in order to determine the aggregate sizes based on the images intensities.

The protocol described details an experimental procedure to quantify Red Blood Cell (RBC) aggregates under a controlled and constant shear rate, based on image processing techniques. The goal of this protocol is to relate RBC aggregate sizes to the corresponding shear rate in a controlled microfluidic environment.

סביבת Microfluidic מבוקרת לדינמית חקירה של צבירת תאי דם האדום

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

Intravital Video Microscopy Measurements of Retinal Blood Flow in Mice

Alterations in retinal blood flow can contribute to, or be a consequence of, ocular disease and visual dysfunction. Therefore, quantitation of altered perfusion can aid research into the mechanisms of retinal pathologies. Intravital video microscopy of fluorescent tracers can be used to measure vascular diameters and bloodstream velocities of the retinal vasculature, specifically the arterioles branching from the central retinal artery and of the venules leading into the central retinal vein. Blood flow rates can be calculated from the diameters and velocities, with the summation of arteriolar flow, and separately venular flow, providing values of total retinal blood flow. This paper and associated video describe the methods for applying this technique to mice, which includes 1) the preparation of the eye for intravital microscopy of the anesthetized animal, 2) the intravenous infusion of fluorescent microspheres to measure bloodstream velocity, 3) the intravenous infusion of a high molecular weight fluorescent dextran, to aid the microscopic visualization of the retinal microvasculature, 4) the use of a digital microscope camera to obtain videos of the perfused retina, and 5) the use of image processing software to analyze the video. The same techniques can be used for measuring retinal blood flow rates in rats.

Intravital microscopy can be used in animals to visualize and measure retinal vascular diameters, bloodstream velocities, and total retinal blood flow.

Alterations in retinal blood flow can contribute to, or be a consequence of, ocular disease and visual dysfunction. Therefore, quantitation of altered ...

Medicine

A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards optimizing drug inhalation techniques as well as predicting deposition patterns of potentially toxic airborne particles in the pulmonary alveoli. Here, soft-lithography techniques are used to fabricate complex acinar-like airway structures at the truthful anatomical length-scales that reproduce physiological acinar flow phenomena in an optically accessible system. The microfluidic device features 5 generations of bifurcating alveolated ducts with periodically expanding and contracting walls. Wall actuation is achieved by altering the pressure inside water-filled chambers surrounding the thin PDMS acinar channel walls both from the sides and the top of the device. In contrast to common multilayer microfluidic devices, where the stacking of several PDMS molds is required, a simple method is presented to fabricate the top chamber by embedding the barrel section of a syringe into the PDMS mold. This novel microfluidic setup delivers physiological breathing motions which in turn give rise to characteristic acinar air-flows. In the current study, micro particle image velocimetry (&#181;PIV) with liquid suspended particles was used to quantify such air flows based on hydrodynamic similarity matching. The good agreement between &#181;PIV results and expected acinar flow phenomena suggest that the microfluidic platform may serve in the near future as an attractive in vitro tool to investigate directly airborne representative particle transport and deposition in the acinar regions of the lungs.

Soft-lithography was utilized to produce a representative true-scale model of pulmonary alveolated airways that expand and contract periodically, mimicking physiological breathing motion. This platform recreates respiratory acinar flows on a chip, and is anticipated to facilitate experimental investigation of inhaled aerosol dynamics and deposition in the pulmonary acinus.

מודל Microfluidic של Biomimetically נשימה ריאתי acinar איירווייס

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards ...

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows across a large spatiotemporal range. However, its implementation typically requires the use of expensive and specialized instrumentation, which limits its broader utility. Moreover, within the field of bioengineering, in vitro flow visualization studies are also often further limited by the high cost of commercially sourced tissue phantoms that recapitulate desired anatomical structures, particularly for those that span the mesoscale regime (i.e., submillimeter to millimeter length scales). Herein, we present a simplified experimental protocol developed to address these limitations, the key elements of which include 1) a relatively low-cost method for fabricating mesoscale tissue phantoms using 3-D printing and silicone casting, and 2) an open-source image analysis and processing framework that reduces the demand upon the instrumentation for measuring mesoscale flows (i.e., velocities up to tens of millimeters/second). Collectively, this lowers the barrier to entry for nonexperts, by leveraging resources already at the disposal of many bioengineering researchers. We demonstratethe applicability of this protocol within the context of neurovascular flow characterization; however, it is expected to be relevant to a broader range of mesoscale applications in bioengineering and beyond.

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Here we present simplified methods for fabricating transparent neurovascular phantoms and characterizing the flow therein. We highlight several important parameters and demonstrate their relationship to field accuracy.

Meso-גודל החלקיקים תמונה Velocimetry מחקרים של נוירו-וסקולריים זורם במבחנה

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows ...

Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow in Microvasculature

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, appearance of defects in microcirculation can be a primary indicator in the development of multiple pathologies. Advances in optical imaging have made intravital microscopy (IVM) a practical approach, permitting imaging at the cellular and subcellular level in live animals at high-speed over time. Yet, despite the importance of maintaining adequate tissue perfusion, spatial and temporal variability in capillary flow is seldom documented. In the standard approach, a small number of capillary segments are chosen for imaging over a limited time. To comprehensively quantify capillary flow in an unbiased way we developed Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow (STAFF), a macro for FIJI open-source&#160;image analysis software. Using high-speed image sequences of full fields of blood flow within capillaries, STAFF produces&#160;images that represent motion over time called kymographs for every time interval for every vascular segment. From the kymographs STAFF calculates velocities from the distance that red blood cells move over time, and outputs the velocity data as a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses. In normal mouse livers, STAFF analyses quantified profound differences in flow velocity between pericentral and periportal regions within lobules. Even more unexpected are the differences in flow velocity seen between sinusoids&#160;that are side by side and fluctuations seen within individual vascular segments over seconds. STAFF is a powerful new tool capable of providing novel insights by enabling measurement of the complex spatiotemporal dynamics of capillary flow.

To quantify microvascular flow from high speed capillary flow image sequences, we developed STAFF (Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow) software. Across the full image field and over time, STAFF evaluates flow velocities and generates a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses.

אנליזה מרחבית של תזרים שדות במיקרוvasקובלטורה

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, ...

Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler modes, it has several limits. Firstly, a finely tuned signal filtering operation is needed to distinguish blood flows from surrounding moving tissues. Secondly, the operator must choose between localizing the blood flows or quantifying them. In the last two decades, ultrasound imaging has undergone a paradigm shift with the emergence of ultrafast ultrasound using unfocused waves. In addition to a hundredfold increase in framerate (up to 10000 Hz), this new technique also breaks the conventional quantification/localization trade-off, offering a complete blood flow mapping of the field of view and a simultaneous access to fine velocities measurements at the single-pixel level (down to 50 &#181;m). This data continuity in both spatial and temporal dimensions strongly improves the tissue/blood filtering process, which results in an increase sensitivity to small blood flow velocities (down to 1 mm/s). In this method paper, we aim to introduce the concept of ultrafast Doppler as well as its main parameters. Firstly, we summarize the physical principles of unfocused wave imaging. Then, we present the Doppler signal processing main steps. Particularly, we explain the practical implementation of the critical tissue/blood flow separation algorithms and on the extraction of velocities from these filtered data. This theoretical description is supplemented by in vitro experiences. A tissue phantom embedding a canal with flowing blood-mimicking fluid is imaged with a research programmable ultrasound system. A blood flow image is obtained and the flow characteristics are displayed for several pixels in the canal. Finally, a review of in vivo applications is proposed, showing examples in several organs such as carotids, kidney, thyroid, brain and heart.

This protocol shows how to apply ultrafast ultrasound Doppler imaging to quantify blood flows. After a 1 s long acquisition, the experimenter has access to a movie of the full field of view with axial velocity values for each pixel every &#8776;0.3 ms (depending on the ultrasound time of flight).

הדמיית זרימת דם עם דופלר אולטרה מהיר

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler ...