Summary
本研究では、測定と交互にレーザー レーザースペックル コントラスト撮像素子を使用して単一の実験で微小循環の速度解析の新手法を紹介します。
Abstract
レーザー レーザースペックル コントラスト撮像素子 (LSCI) は、微小循環の血流を測定するため強力でシンプルな手法を提供します。血の動的応答の理想的な、LSCI、として、従来レーザー ドップラー イメージャ (LDI) と同じ方法で使用されます。ただし、約 1 mm の最大皮膚の深さと、LSCI は、主に表面的な血流に集中する設計されています。皮膚表面積の測定に使用されます 15 cm × 20 cm。この紙アカウントの微小循環の速度を交互に導入された新しい技術低速と高速の両方すなわち流量フラックス測定、LSCI。新たな手法も高感度アーティファクトの動きには、LSCI の最大の欠点を克服します。接着不透明なパッチ (AOP) がレーザーのスペックル皮膚信号から AOP から LSCI 信号を減算することによって微小循環血流の満足な録音の登場です。参照のベースラインを基準として磁束の変化を測定する場合、LSCI は最も強力なために、最適な設定が定義されても、血液微小循環フラックス、パーセンテージとして表される、ベースラインから変更します。これらの変更は、血液の流れのシステムの状態を分析するために使えます。
Introduction
レーザー レーザースペックル コントラスト イメージング (LSCI) は、実績のある非接触リアルタイム血流循環1,2,3,4,5,6を分析する手法,7. このペーパーで使用される、LSCI は、moorFLPI の完全なフィールド。高時空分解能「レーザスペックル法」と呼ばれる現象を利用した大規模な地域で血流の灌流の測定は、このデバイス6の主な利点の 1 つです。微小循環動態のリアルタイムの評価は、散乱光のパターンを使用してカメラを介してキャプチャされたパターンを介して行われます。画像処理ソフトウェアは、その高灌流は、急激な変化によって、荷電結合素子 (CCD) を統合し、レーザーのスペックル パターンを生成するという事実ことを考えると moorFLPI LSCI は、臨床的および生理学的な研究を対象に、します。低コントラスト8の面積を出す。コントラストを定量化結果フラックス、灌流画像8を生成するコード化された色です。
残念なことに、LSCI は、環境振動、アーティファクト、サブジェクト エリア9の動きに非常に敏感です。これまで、交互のフロー状態を調べたときに挑戦を提供しています。本稿では、その神経筋電気刺激装置が検討されている肢の動きがあったとき血液の微小循環を測定する使用された最近の研究10で説明されている、明示的な技術の詳細について説明します。
Protocol
メソッドは、2016 年 2 月 9 日 (リファレンス 10571) にボーンマス大学研究倫理委員会から倫理的な承認を受けた研究で活用された報告します
。1 です LSCI のセットアップ
- システムが機能するための 3 つのソケット (電源、ユニバーサル シリアル バス (USB) と IEEE1394) に moorFLPI LSCI の背面パネルに接続します。 。
- MoorFLPI LSCI 上下逆さまになって、サポートに固定で 4 本のネジを使用してデスクトップ サポート アームを組み立てる腕
- アタッチしたとき下向き用ブラケットを回転します
。 注: LSCI は、3 つのコントロール: (1) ズーム調整 – 撮像素子位置に設定と以下の倍率調整できます小規模および大規模のビューのフィールドの最大値と最小値の設定をそれぞれ。再現性の確保、インデックス リング ラベルを提供;(2) フォーカス調整 – これは、測定距離に依存し、イメージの位置を設定した後に調整する必要があります。再現性の確保、インデックス リング ラベルを提供;(3) 偏光板 – 線形偏光フィルターは露出した臓器からの反射を最小限に抑えるために利用可能な – 回転マウントを 360 ° を回すことができる 。
- は、カメラを制御するソフトウェアをインストールします。ソフトウェアは、計測・検証機能を提供する 2 つのモジュールに分かれています 。
2。参加者準備
- 温度制御ルーム (22 ± 1 ° C) で評価が実行され、部屋の温度に合わせて試験前に 10 分間、参加者が装着されていることを確認してください 。
- は、人工光と近赤外レーザ光源 785 で動作 moorFLPI に影響を与える周囲の光、参加者または、LSCI に照り注ぐ陽射しの強いソースを避けるため nm
。 注: 周囲光レベルが許容範囲であるかどうかを確認する簡単なテストは、イメージングのセットアップ ウィンドウを開くと、レーザーを妨害します。画像がほぼ完全に黒の場合、さらに行う必要はないです。まだ、あまりにも多くの周囲の光の現在、する場合さらにアクションが必要です 。
- 参加者はリラックスした自分の足が地面にフラットで、評価全体、装着されている場合、会話を避けることを確認します 。 血流をマスクする皮膚領域の接着不透明の場所 8 cm 2
- パッチ (AOP) (例えば Leukotape)。成果物の動きを高感度の面で LSCI の欠点のアカウントにこれは、後方散乱信号は微小循環血流の測定に使用されます 。
3。微小画像計測
- 選択 ' 空間処理 ' 152 x 113 ピクセルで 2 番目のキャプチャあたり 25 フレーム 。
- 選択 ' 画像計測をライブ ' イメージャのズーム、フォーカス、最小限の鏡面反射の偏光板を調整することによって続いて参加者から 20 cm の位置を調整したりします。かなりイメージが表示されます ' フラット ' 特徴と 。
- の小さな変更と低フラックスに感度の高い 20 ms の露光時間を設定します 。
- 25 Hz の表示レートと 0.3 の時定数を使用して急速な血流変化を考慮し、画像のノイズを減少させ、最適なコントラストを実現する s.
- は、投資収益率 ROI 1・2 という利益率 (ROI) の 2 つの等しいサイズ (2 cm 2) 領域を作成します。AOP 8 cm 2 内にあるので投資収益率 2 の位置を合わせます。世話・ ロワは交換しないので、機械的な移動結果 ROI 2 もはや AO エリアにいる場合の再センタリングの必要性を減らすために 2-4 cm 以内の近くで保管するが
。 注: 血流量測定がより正確に低、高強度の分野で最適なゲイン設定を持つことが重要です。ゲイン値の範囲は 0 ~ 200。70-80 の範囲で、最適なゲイン設定値が得られる 。
参照基準線を基準にして - 実行フラックス測定。この方法の場合を紹介 ' 残り ' 参考基準としてステージ。したがって、表現、' 高速 ' と ' 遅い ' 割合としてステージ血流をベースラインから変更 ' 残り ' ステージ 。
- ビデオ形式で血流測定を記録し、画像レビュー モジュールを使用してオフラインで分析できる保存します 。
4。オフライン解析
注: moorFLPI 画像レビュー ソフトウェアにより、分析を実行するビデオのオープニング
。- 計算次の一連の平均血流のレコーディング ・ ロワ内平均フラックス。投資収益率 1 は皮膚血流量の測定と ROI 2 は AOP から反射レーザーのスペックル皮膚信号します 。
- は投資収益率 ROI 1 (皮膚血流) から 2 を引いて平均血流量を計算します
。 1 - 2 の投資収益率の投資収益率の平均血流を =
Representative Results
LSCI 実験を設定は、図 1の識別機能のツールで囲まれます。大腿前部の領域の血流量測定の典型的な参加者準備が示されています。調整可能な取り付けブラケットは、任意の特定の皮膚領域の血管内血流の測定の LSCI の回転をことができます。図 2血液循環の測定のためのプロトコルで説明されているオーダーメイドの設定で典型的な生スペックル画像と変換したスペックル画像の例を説明します。
図 3皮膚領域と AOP (ステップ 3.1) LSCI 生イメージング セットアップ (ステップ 3.2)、遅い血流 (ステップ 3.3) のライブ イメージの配置の例を示します、交番磁束の連続データ記録を達成した高速血流 (ステップ 3.4) のライブ画像私たちing moorFLPI LSCI。色分け設定パレットは、フラックス レベル間の分化をことができます。16 色の標準的なパレット、低フラックスを見てブルーとして中磁束値が緑と見られている高流束値はオレンジと赤と見られています。
皮膚血流は、レーザー スペックル潅流単位 (LSPU) で表されます。図 4は、皮膚の領域に投資収益率 1、投資収益率 2、AOP のグラフィカル表示を示します。平均血流は、投資収益率 1 と投資収益率 2 と式 (1) からのデータを使用してオフライン解析で計算されます。
図 1: moorFLPI LSCI 実験セット中デスクトップ サポート アーム、ケーブル出力、位置コントロール (ズーム調整、フォーカス調整および偏光板)、AOP およびイメージの設定の構成のためのラップトップ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: データ記録前の生スペックル イメージ。2.1-2.2) フラックスとひどく構成された設定高利得精度が低く血流測定は、見通しの悪い結果の raw スペックル画像。2.3-2.4) システム プロトコルに従って構成の正しい利得で信頼できる結果の最大の可視性と、その結果します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: moorFLPI LSCI を使用してセットアップおよび記録の測定の概要。3.1 皮膚 (太もも) 成果物の動きを考慮して AOP の 2 cm2の領域。3.2) 生スペックル 'フラットと特徴のない' 画像最適な設定で良い後方散乱光強度を示します。3.3) 遅い血流のライブ映像記録。3.4) 高速血流のライブ映像記録。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4: 皮膚の領域に投資収益率 1、投資収益率 2、AOP のレイアウトのグラフィカルな表現です。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
| 残りの部分 (参照基準線) (LSPU) | 遅い血流 (LSPU) | 中等度血流 (LSPU) | 高速血流 (LSPU) | |||||||||||
| フラックス - 1 の投資収益率を意味します。 | フラックス - 2 の投資収益率を意味します。 | 血流を意味します。 | フラックス - 1 の投資収益率を意味します。 | フラックス - 2 の投資収益率を意味します。 | 血流を意味します。 | 血流増加 % ベースラインから | フラックス - 1 の投資収益率を意味します。 | フラックス - 2 の投資収益率を意味します。 | 血流を意味します。 | 血流増加 % ベースラインから | フラックス - 1 の投資収益率を意味します。 | フラックス - 2 の投資収益率を意味します。 | 血流を意味します。 | 血流増加 % ベースラインから |
| 同 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 |
表 1: 投資収益率 ROI 1・2 のベースライン、遅い、中程度で LSPU のフラックスを意味し、血流を高速します。血流増加は、ベースラインの段階から変化率として表されます。
図 5: 投資収益率 1 と皮膚の表面積 (太もも) への投資収益率 2 の配置の例です。16 色のパレットでは、perfusions の海苔をについて説明します。データを潅流単位で投資収益率 ROI 1・2 の記録および血液循環の測定方程式 1 で説明したように減算します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
Discussion
本研究の目的は、測定と交互に、LSCI を使用して単一の実験で微小循環の速度解析の新手法を導入することだった。測定は、周囲の光、振動、呼吸やけいれんなど参加者の動きによって影響を受けます。プロトコルに記載されている手順は、それらの効果を最小化し、血液循環の信頼性と再現性のある測定値を得るに設計されています。
プロトコル内ですべてのステップは血液循環の正確な測定のために重大、導入された技術がすべての設定可能なオプションとの組み合わせ利用などの発見された以下順次テストを強調しました。時間定数、ズーム設定、露出時間、率、ゲインおよび流束の画像のパレットを表示します。結果は、分析し、最適なイメージング セットアップを見つけることライブ ビデオ表示とオフライン解析を使用して繰り返し.これは画像処理ソフトウェアを使用して、高灌流光スペックル パターンの急激な変化を生成するビデオ画像で明確に定義されたスペックルの低コントラスト領域を生産する結果として事実として必要不可欠。微小循環血流の色分けされたマップには、灌流画像が作成されます。
実験エリアと参加準備は必要不可欠であることが判明し、これらは赤外線レーザー源の近く moorFLPI で妨げる可能性があるこれは夏時間 (ウィンドウ) のソースまたは人工光の強いソースに近い作業を回避することによって制御できます。プロトコルは、環境振動と運動参加者の両方、血流と区別できない信号を生成することが認められ、また、AOP を導入しました。AOP は、重要な反射を避けるために顕微鏡的に大まかな表面積を持っていた薄いが、不透明な光とアクセス可能なオプションを提供するシンプルで効果的な選択であると証明しました。Omarjeeらによる予備的研究11ハイライト潜在的な制限 Leukotape が異なる皮膚の反射信号の振幅を作成し、科目の間により異なりますしかしマヘら1参加者の抜本的な違いは見つかりません。Leukotape は他のオーダーメイド、二層粘着パッチ以上にアクセスできる、代替 AOP を使用して式 (1) の測定精度を強化できます。
オフラインでの分析セクションでは、陰影のサイズの重要性と関心のある領域内の場所を強調表示されます。当初は、大きな投資収益率 1、約 8 cm2、投資収益率 2 を覆ったが試みられました。この方法はすぐに非 ROI 2 移動でアイテム移動のため信頼性が高くなったし、ライブの実験が再投資収益率 2 を中心するために停止しなければならなかった。別の短い来るだったこと AOP をオーバーレイ投資収益率 1、による乱流熱フラックスもはや考慮、AOP の下の領域もはや後方散乱信号があったと。つまり、血液循環の大規模なセクションが見落とされている、結果フラックス データが正しくなかったため。したがって、方法論 2 cm が 2 つ・ ロワで2、8 cm2の相互作用のない投資収益率 ROI 1・2 (しかし互いの 2-4 cm 以内で保たれた) AOP は血液の測定の信頼性と再現性のある分析手法を提供しています。微小循環。
Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者の謝辞があります。
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).
