Summary
מחקר זה מציג שיטה הרומן מדידה וניתוח של לסירוגין מהירויות מנתחי מיקרו מחזור לדם בניסוי יחיד באמצעות imager ניגודיות חודרני של לייזר.
Abstract
םלצה ניגודיות חודרני לייזר (LSCI) מספק שיטה רבי-עוצמה אך פשוטה למדידת זרימת הדם microcirculatory. אידיאלי עבור תגובות דינמי דם, LSCI משמש באותה צורה כמו קונבנציונאלי לייזר דופלר Imager (LDI). עם זאת, עם עומק עור מרבי של-1 מ מ, LSCI נועד להתמקד בעיקר זרימת דם שטחיים. הוא משמש כדי למדוד את עור פני שטחים של עד 15 ס"מ x 20 ס"מ. הטכניקה החדשה שהוצגה בזו מהווה נייר לסירוגין למהירות של microcirculations; כלומר הן איטי ומהיר זרימה השטף מדידה באמצעות את LSCI. הטכניקה הרומן מתגבר גם על חסרונה הגדול של LSCI, אשר הוא רגישות גבוהה החפץ לתנועה. תיקון אטום דבק (AOP) הוא הציג להקלטה משביע רצון של זרימת הדם microcirculatory, על-ידי חיסור האיתות LSCI AOP האות העור לייזר חודרני. ההגדרה של האופטימלית מוגדרת גם כי LSCI הוא החזק ביותר כאשר שטף שינויים נמדדים ביחס תוכנית בסיסית הפניה, עם שטף microcirculatory דם המבוטא באחוזים לשנות מקו הבסיס. שינויים אלה עשויים לשמש לניתוח המצב של מערכת זרימת הדם.
Introduction
לייזר חודרני לעומת זאת הדמיה (LSCI) הוא מוכחת ללא מגע, בזמן אמת, ניטור בשיטה כדי לנתח את הדם לזרום microcirculation1,2,3,4,5,6 , 7. LSCI שימוש בנייר הזה הוא moorFLPI שדה מלא. מדידת זלוף זרימת הדם באזורים גדולים ברזולוציה יכולות גבוהה באמצעות תופעה הנקראת "לייזר חודרני" הוא אחד היתרונות העיקריים של התקן זה6. ההערכה בזמן אמת מנתחי מיקרו מחזורי נעשה באמצעות תבניות שנלכדה באמצעות מצלמה באמצעות דפוסי חודרני פזורים. בהתחשב בכך moorFLPI LSCI מיועד מחקר קליני פיזיולוגיים, התמונה בתוכנת עיבוד עובד על העובדה שהזו זלוף גבוהה מייצרת וריאציה מהירה של התבנית חודרני לייזר, אשר לאחר מכן משולב על ידי טעונה מצמידים התקן (CCD) כדי לייצר שטח של ניגודיות נמוכה8. הניגוד הוא לכמת, וכתוצאה מכך שטף צבע מקודד כדי לייצר תמונת זלוף8.
למרבה הצער, LSCI רגיש מאוד רטט סביבתיים, החפץ, התנועה של אזור9הנושא. עד היום זה סיפקה מאתגר בעת הברית זרימה מתחלפים נחקרו. מאמר זה מסביר פרטים של הטכניקה מפורשת המתוארים מחקר האחרונות10 איפה היה מכשיר גירוי עצבי חשמלי המשמש למדידת microcirculation דם כאשר יש תנועה של האיבר נבחנת.
Protocol
שיטת דיווח היה מנוצל במחקר זה קיבלה את אישור האתית של ועדת האתיקה של המחקר אוניברסיטת בורנמות ב-9 בפברואר 2016 (הפניה 10571).
1. להגדיר LSCI
- לחבר את moorFLPI LSCI הפאנל האחורי כדי שלה שלוש ארובות (אספקת החשמל, אפיק טורי אוניברסלי (USB), מסוג IEEE1394) עבור מערכת לפונקציה.
- להרכיב שולחן העבודה תומך הזרוע באמצעות 4 ברגים עם moorFLPI LSCI מתהפך, קבוע כדי התמיכה בזרוע
- לסובב ההרכבה עבור הדמיה כלפי מטה כאשר מצורף.
הערה: LSCI יש שלושה פקדים: שמאי (1) זום – עם הצלם להגדיר בעמדה, פחות הגדלה ניתן לכוונן הגדרות המזערי והמרבי עבור שדות מבט קטן ולא גדול יותר בהתאמה. כדי להבטיח הדיר, מסופק תווית יצירת אינדקס של הטבעת; (2) מיקוד שמאי – זה הוא תלוי מרחק המדידה, חייב להיות מותאם לאחר קביעת מיקום התמונה. כדי להבטיח הדיר, מסופק תווית יצירת אינדקס של הטבעת; (3) מקטב – מסנן מהפכנית ליניארי זמין למזער סימונים השתקפות של איברים חשופים – ההר מסתובב ניתן להפעיל באמצעות 360°- - להתקין את התוכנה כדי לשלוט על המצלמה. התוכנה מחולקת שני מודולים מתן פונקציה סקירה ובחינת.
2. הכנת המשתתפים
- ודא ההערכה מבוצעת בחדר מבוקרת טמפרטורה (22 ± 1 ° C) וכי המשתתפים יושבים במשך 10 דקות לפני בדיקות כדי להסתגל בטמפרטורת החדר.
- להימנע חזקה מקור אור מלאכותי, השמש זורחת על המשתתף או את LSCI כמו תאורת עלול להשפיע על moorFLPI ליד מקור לייזר אינפרא אדום פועל ב 785 nm.
הערה: בדיקה פשוטה כדי לוודא אור הסביבה רמות מקובל הוא על ידי פתיחת חלון הגדרת הדמיה ומשבית את הלייזר. אם התמונה היא כמעט לחלוטין שחור ואז אין צעדים נוספים נדרשים; אם יש עדיין בהווה אור מקיף מדי, עוד נדרשת פעולה. - להבטיח המשתתפים רגועה במהלך המבדק, עם הרגליים על הקרקע, אם יושב, להימנע השיחות. תיקון
- מקום 8 ס מ 2 של אטום דבק (AOP) (למשל, Leukotape) על אזור עור כדי להסוות את זרימת הדם. פעולה זו מתבצעת לחשבון על החיסרון של LSCI מבחינת רגישות גבוהה החפץ לתנועה, אות backscatter ישמש למדידת זרימת הדם microcirculatory.
3. מנתחי מיקרו תמונה מדידה
- בחר ' עיבוד מרחבי ' עבור 25 מסגרות לכל השני לכידת פיקסלים 152 x 113.
- בחר ' לחיות תמונה מדידה ' ולהתאים את המיקום של הצלם 20 ס מ מן המשתתף ואחריו התאמת זום, פוקוס, מקטב עבור ראי מינימלי. התמונה אמורה להופיע די ' שטוח ', נכחדה.
- להגדיר את זמן החשיפה של 20 ms רגישות גבוהה שינויים קטנים, השטף נמוך.
- שיעור התצוגה של 25 הרץ ולהשתמש קבוע הזמן של 0.3 s לקחת בחשבון שינויים זרימת דם מהירה, וכדי להשיג חדות אופטימלית דרך להפחית את הרעש בתמונה.
- ליצור שני בגודל שווה (2 ס מ 2) אזורים מעניינים (ROI), בשם רועי 1 ו- ROI 2. ליישר 2 רועי אז זה בתוך ה 8 ס"מ 2 AOP. . שמור על עצמך כך ROIs הם לא מתחלפות אך שמרה סגור בתוך 2-4 ס מ, כדי להפחית את הצורך מרכוז מחדש אם כל תנועה מכנית תוצאות ROI 2 כבר לא להיות באזור אאו.
הערה: מדידת זרימת הדם יהיה פחות מדויק באזורים בעוצמה נמוכה וגבוהה, לכן חשוב שתהיה הגדרה של האופטימלית רווח. הטווחים ערך רווח בין 0 - 200. ערך ההגדרה רווח אופטימלי מושגת בטווח של 70-80- - השטף בצע מדידות ביחס תוכנית בסיסית הפניה. במקרה של מתודולוגיה זו, להציג את ' השאר ' הבמה כקו הפניה. לכן, אקספרס ' מהר ' ו ' איטי ' הבמה זרימת הדם כאחוז לשנות תוכנית בסיסית, ' מנוחה ' הבמה.
- להקליט מדידת זרימת דם בפורמט וידאו ולשמור לניתוח במצב לא מקוון באמצעות מודול סקירה של התמונה.
4. ניתוח מנותק
הערה: moorFLPI תמונה סקירה תוכנה מאפשר פתיחת וידאו כדי לבצע ניתוח.
- חישוב שטף רשע בתוך ROIs בעקבות סדרת הקלטות של זרימת הדם מרושע. רועי 1 הוא המדד האמיתי של זרימת הדם לעור, רועי 2 הוא האיתות backscattered לייזר חודרני העור AOP.
- לחשב את זרימת הדם אומר על-ידי חיסור 2 רועי רועי 1 (זרימת הדם בעור).
רועי 1 - רועי 2 = זרימת הדם רשע
Representative Results
LSCI ניסיוני להגדיר המותווה באיור 1 עם כלים פונקציונליים מזוהה. מודגם טיפוסי המשתתף הכנה מדידה של זרימת הדם על שטח של הירך הקדמי. בכן ההרכבה מתכוונן מאפשר סיבוב LSCI עבור המידה של זרימת הדם בתוך microvasculature של כל שטח העור מסוים. איור 2 מתאר דוגמה טיפוסי חודרני raw התמונה ותמונה חודרני שהומר עם הגדרות העידו שפורטו בפרוטוקול למדידה מנתחי מיקרו מחזור לדם.
איור 3 מראה דוגמה של שטח העור והמיקום של AOP (שלב 3.1), LSCI ההתקנה הדמיה raw (שלב 3.2), תמונה בשידור חי עבור זרימת הדם איטית (שלב 3.3), חי תמונה עבור זרימת דם מהירה (שלב 3.4) בתאריך הקלטה רציפה לנתונים של השטף לסירוגין בנו ing moorFLPI LSCI. הצבעים קידוד הצבעים הגדרת מאפשר בידול בין רמות השטף. בלוח הצבעים הסטנדרטי של 16 צבעים, השטף נמוך נראה כמו כחול, השטף בינוני ערכים נראים כמו ירוק, השטף גבוה ערכים נתפסים כתום ואדום.
זרימת הדם בעור מבוטא ביחידות לייזר חודרני זלוף (LSPU). איור 4 מציג את ייצוג גרפי של 1 רועי, רועי 2 ו AOP על שטח של העור. זרימת הדם הממוצע מחושב בניתוח מנותק תוך שימוש בנתונים של רועי 1 ו- 2 רועי, משוואה (1).
איור 1: האם הגדרת ניסיוני LSCI moorFLPI זרוע תמיכה בשולחן עבודה, כבל פלטים, מיקום הפקדים (זום שמאי, שמאי המוקד ואת מקטב), AOP, מחשב נייד עבור קביעת תצורה של הגדרת התמונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: חודרני Raw התמונה לפני נתונים הקלטה. 2.1 - 2.2) שטף ותמונות חודרני raw של סביבה קשות שתצורתו נקבעה וכתוצאה מכך רווח גבוה עם ראות עני אשר יניבו מידה פחות מדויק של זרימת דם. 2.3 - 2.4) מערכת מוגדרת לפי פרוטוקול, וכתוצאה מכך רווח הנכון עם ראות מירבית לקבלת תוצאה אמינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: סקירה כללית של המדידות וההתקנה הרשומה באמצעות moorFLPI LSCI. 3.1. אזור של העור (ירך) עם 2 ס מ2 AOP להביא בחשבון לתנועה החפץ. 3.2) חודרני raw 'שטוח ו נכחדה' תמונת המציינת את עוצמת האור backscatter טוב עם מיטביים הגדרה. 3.3) הקלטה תמונה חיה של זרימת דם איטי. 3.4) הקלטה תמונה חיה של זרימת דם מהירה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: ייצוג גרפי של הפריסה 1 רועי, רועי 2 ו AOP על שטח של העור- אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| השאר (הפניה בסיסית) (LSPU) | זרימת הדם איטית (LSPU) | זרימת הדם מתונה (LSPU) | זרימת דם מהירה (LSPU) | |||||||||||
| זאת אומרת שטף - רועי 1 | זאת אומרת שטף - רועי 2 | זאת אומרת זרימת הדם | זאת אומרת שטף - רועי 1 | זאת אומרת שטף - רועי 2 | זאת אומרת זרימת הדם | הדם זורם עלייה % מקו | זאת אומרת שטף - רועי 1 | זאת אומרת שטף - רועי 2 | זאת אומרת זרימת הדם | הדם זורם עלייה % מקו | זאת אומרת שטף - רועי 1 | זאת אומרת שטף - רועי 2 | זאת אומרת זרימת הדם | הדם זורם עלייה % מקו |
| 157.9 | 35.1 | 122.8 | 178.5 | 41.6 | 136.9 | 10.9 | 216.9 | 44.6 | 172.3 | 33.5 | 418.9 | 77.5 | 341.4 | 94.2 |
טבלה 1: התכוונתי השטף ב LSPU רועי 1 ו- 2 רועי בנקודת ההתחלה, איטי, מתון ומהר הדם לזרום. עלייה בזרימת הדם מבוטאת שינוי אחוז מן הבמה בסיסית.
איור 5: דוגמה של רועי 1 ו- 2 רועי מיצוב על שטח פני העור (ירך). לוח 16 צבעים מתאר את lavers של perfusions. נתוני הקליטה עבור רועי 1 ו- 2 רועי ביחידות זלוף, יופחת כמוסבר משוואה 1 למדידה מנתחי מיקרו מחזור לדם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Discussion
מטרת מחקר זה הייתה להכיר טכניקה הרומן מדידה וניתוח של לסירוגין מהירויות מנתחי מיקרו מחזור לדם בניסוי יחיד באמצעות LSCI. המדידות יכולה להיות מושפעת תאורת, רטט ותנועה המשתתף כולל הנשימה בפקעת. השלבים המתוארים הפרוטוקול כל עוצבו כדי למזער את ההשפעות האלה ולקבל מידות הדיר ואמין מנתחי מיקרו מחזור לדם.
יודגש כי בכל שלב בתוך הפרוטוקול הוא קריטי עבור מדידה מדויקת מנתחי מיקרו מחזור לדם, הטכניקה הציג היה שהתגלו הבאים רציפים בדיקה של כל אפשרויות הגדרה אפשרית, כולל שילובים הזמינים: זמן קבוע, הגדרה מסוימת של מרחק, זמן החשיפה, להציג שיעור, רווח, שטף הצבעים בתמונה. התוצאות נותחו וחזר באמצעות הצגת וידיאו בשידור חי וניתוח במצב לא מקוון כדי למצוא הדמיה ההגדרה של האופטימלית. זה היה חיוני כמו התמונה בתוכנת עיבוד משתמשת העובדה זלוף גבוהה מייצרת וריאציה מהירה בדפוס חודרני לייזר, כתוצאה מכך שטח ניגודיות נמוכה של חודרני מוגדרים היטב מיוצר תמונת הוידיאו. זלוף התמונה נוצר לאחר מכן מפת זלוף microcirculatory מקודדות לפי צבעים.
הכנת שטח והשתתפות ניסיוני הוא נמצא כדי להיות חיוני, זה יכול להיות נשלט על ידי הימנעות עבודה בקרבת מקורות אור יום (חלון) או מקורות חזקה של אור מלאכותי,. כמו אלה עלולים להפריע moorFLPI ליד מקור לייזר אינפרא אדום. הפרוטוקול הציג גם AOP של זה היה הודה כי הסביבה רטט והתנועה של המשתתף שניהם לייצר אותות הם נבדלים של זרימת הדם. AOP הוכיחה להיות בחירה פשוטה אך יעילה, המציע אפשרות דק אבל אטום, קלה ונגישה אשר היו פני שטח ברמה המיקרוסקופית קשה להימנע משמעותי סימונים השתקפות. מחקר ראשוני על ידי. Omarjee et al. 11 מדגיש מגבלה פוטנציאליים לפיו Leukotape יוצר משרעת האות של השתקפות שונה מזה של העור, משתנה באופן משמעותי בין הנושאים; עם זאת מאהה. et al. 1 מצאו שום הבדל קיצוני בין המשתתפים. למרות Leukotape הוא נגיש יותר מאשר אחרים העידו, מדבקות bilayer, דיוק המדידה משוואה (1) יכול להיות מוגברת על ידי שימוש AOP חלופית.
המקטע ניתוח מנותק הדגיש את החשיבות של גדלים של ROIs, המיקום שלהם בתוך האזור של עניין. בתחילה, 1 רועי גדול יותר, כ 8 ס"מ2, נשפט אשר בשכבות את 2 ROI. מתודולוגיה זו הפכה בלתי אמין עקב תנועת החפץ וכתוצאה מכך רועי 2. התזוזה, הניסוי בשידור חי היה צריך לעצור כדי למרכז את 2 רועי מחדש. מגיע קצר נוסף היה כי בשל רועי 1 AOP את בשכבת-על, שטף רשע כבר לא לקח את האזור תחת AOP לחשבון, לא היה עוד אות backscattered. משמעות הדבר היא חלק גדול microcirculation דם היה שיצפו, ולכן הנתונים המתקבלים השטף לא היו נכונים. לכן, מתודולוגיה, אילו ROIs שני של 2 ס מ2, עם AOP של 8 ס"מ2 ו אין אינטראקציה בין רועי 1 ו- ROI 2 (אך כל הזמן בתוך 2-4 ס מ אחד מהשני), מספק שיטה אמינה וניתוח הדיר למדידה של דם מנתחי מיקרו.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
המחברים לא תודות לך
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| moorFLPI LSCI | Moor Instruments | Not Available - Online Link Provided in descreption | moorFLPI is an instrument designed for the measurment of blood flow within microvasculature by using infra red laser speckle contrast analysis. https://gb.moor.co.uk/ |
| moorFLPI Image Review Module | Moor Instruments | No Available - Online Link Provided | Used with moorFLPI, user can record and measure changes in blood flow by changerating a colour coded map of tissue perfusion. https://gb.moor.co.uk/ |
| Leukotape | BSN Medical | 72978-10 | Medical tape with microporous surface. http://www.bsnmedical.co.uk/fileadmin/z-countries/United_Kingdom/PDF/L/Leukotape_K_A46PP_low_res_11112013.pdf |
References
- Mahe, G., Rousseau, P., Durand, S., Leftheriotis, G., Abraham, P. Laser speckle contract imaging accurately measures blood flow over moving skin surfaces. Microvas Res. 81 (2), 183-188 (2010).
- Rousseau, P., et al. Increasing the "region of interest" and "time of interest", both reduce the variability of blood flow measurements using laser speckle contrast imaging. Microvas Res. 82, 88-91 (2011).
- Hecht, N., Woitzik, J., Dreier, J., Vajkoczy, P. Intraoperative monitoring of cerebral blood flow by laser speckle contrast analysis. Neurosurg Focus. 27 (4), 1-6 (2009).
- Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Leftheriotis, G., Abrham, P. Impact of experimental conditions on noncontact laser recordings in microvascular studies. Microcirculation. 19 (8), 669-675 (2012).
- Cheng, H., Duong, T. Q. Simplified laser-speckle-imaging analysis method and its application to retinal blood flow imaging. Opt Lett. 32 (15), 2188-2190 (2007).
- Doherty, J., McNamara, P., Clancy, N. T., Enfield, J. G., Leahy, M. J. Comparison of instruments for investigation of microcirculatory blood flow and red blood cell concentration. J Biomed Opt. 14 (3), 034025 (2009).
- Briers, D. J. Laser speckle contrast imaging for measuring blood flow. Opt Appl. 37 (1), 139-152 (2007).
- moorFLPI User Manual. (8), Moor Instrument Limited. Devon, UK. (2012).
- Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Abraham, P. Impact of Experimental Conditions on Noncontact Laser Recordings in Microvascular Studies. Microcirculation. 19, 669-675 (2012).
- Bahadori, S., Immins, T., Wainwright, T. The effect of calf neuromuscular electrical stimulation and intermittent pneumatic compression on thigh microcirculation. Micro Res. 111, 37-41 (2017).
- Omarjee, L., et al. Optimisation of movement detection and artifact removal during laser speckle contrast imaging. Miscrovas Res. 97 (1), 75-80 (2015).
