Method Article

والطريقة المحوسبة للإنتاج عن الكميات من شعري كثافة استخدام Nailfold شعيرات

DOI:

10.3791/53088

⸱

October 27th, 2015

 ,  , 
1Department of Family and Community Medicine, Thomas Jefferson University, 2Sidney Kimmel Medical College, Thomas Jefferson University, 3Department of Pharmacology and Experimental Therapeutics, Thomas Jefferson University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تنظير الشعيرات الدموية هو منهجية غير جراحية وفعالة وغير مكلفة نسبيا وسهلة التعلم لتصور الشعيرات الدموية مباشرة في دوران الأوعية الدقيقة. ومع ذلك ، فإن منشورا واحدا فقط حتى الآن يصف موثوقية برنامج معقد متاح لقياس بيانات تنظير الشعيرات الدموية. هنا ، نقدم بروتوكولا بسيطا وموثوقا به لقياس الشعيرات الدموية باستخدام خوارزمية موحدة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شعيرات هي منهجية غير الغازية وفعالة وغير مكلفة نسبيا وسهلة لتعلم لتصور مباشرة دوران الأوعية الدقيقة. يمكن للتقنية الفحص المجهري للشعيرات توفير نظرة ثاقبة صحة الاوعية الدموية الدقيقة المريض، مما يؤدي إلى مجموعة متنوعة من طب الجلد يحتمل أن تكون ذات قيمة، طب العيون، والتطبيقات السريرية الروماتيزم والقلب والأوعية الدموية. وبالإضافة إلى ذلك، قد يكون نمو الورم تعتمد على الأوعية الدموية، والتي يمكن quantitated عن طريق قياس كثافة microvessel داخل الورم. ومع ذلك، ليس هناك الكثير حاليا من دون توحيد التقنيات، وإلا منشور واحد حتى الآن تقارير موثوقية المتاحة حاليا خوارزميات كمبيوتر يعمل بنظام ومعقدة لquantitating بيانات الفحص المجهري للشعيرات. 1 توضح هذه الورقة، بساطة، يمكن الاعتماد عليها، خوارزمية جديدة العد الشعرية موحد لquantitating بيانات الفحص المجهري للشعيرات nailfold. A، خوارزمية قابلة للتكرار الفحص المجهري للشعيرات المحوسبة بسيطة مثل هذا من شأنه أن يسهل أكثرالاستخدام الواسع النطاق للتقنية بين الباحثين والأطباء. العديد من الباحثين بتحليل حاليا صور شعيرات من جهة، وتعزيز التعب المستخدم والذاتية للنتائج. وتصف هذه الورقة رواية، وسهلة الاستخدام الآلي خوارزمية معالجة الصور بالإضافة إلى ذلك، خوارزمية الفرز شبه الآلية استنساخه. هذه الخوارزمية تمكن من تحليل الصور في دقائق في حين أن الحد الذاتية. سوى كمية ضئيلة من وقت التدريب (في تجربتنا، وأقل من 1 ساعة) هناك حاجة إلى معرفة تقنية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصوير الاوعية الدموية الدقيقة هو حقل المتنامية بسرعة مع العديد من التطبيقات السريرية المحتملة. 2 على سبيل المثال، الأورام يستخدمون التصوير microvessel لتحديد مدى ورم الأوعية الدموية، مما أسفر عن معلومات قيمة بشأن حالة الورم والتبصر في خيارات العلاج الممكنة. 3 4 ومع ذلك، nailfold الفحص المجهري للشعيرات وربما كان معظم شكل فعال وقابل للتطبيق على نطاق واسع تكلفة التصوير الاوعية الدموية الدقيقة. الباحثون يستخدمون الفيديو nailfold الفحص المجهري للشعيرات لدراسة معدلات تدفق الدم والتحقيق في التشكل الشعري. 5 6 كلا الفيديو والصور الساكنة nailfold الفحص المجهري للشعيرات وملاحق لرعاية تشخيص وعلاج الظاهرة ومختلف الأمراض النسيج الضام رينود مثل التصلب الجهازي. 2

الفحص المجهري للشعيرات Nailfold ديه مختلف التطبيقات القلب والأوعية الدموية المحتملة كذلك. وتشير الأبحاث الحالية باستخدام nailfold الفحص المجهري للشعيراتأن مرض السكري من نوع 1 ونوع 2 المرضى تظهر ارتفاع معدل انتشار التشكل الشعري غير طبيعي، ولكن لديها كثافة شعري دون تغيير مقارنة مع الأفراد غير المصابين بالسكري. كما تم درس 7-8 شعيرات تجريبيا في ارتفاع ضغط الدم. وقد تجلى الفراغ الشعرية الهيكلي مما أدى إلى الكثافة الشعرية انخفاض في الأفراد المصابين بارتفاع ضغط الدم مقارنة مع الأفراد غير المصابين بارتفاع ضغط الدم. 9-10 وعلى النقيض من هؤلاء المرضى المصابين بارتفاع ضغط الدم كبار السن (متوسط ​​العمر 40 سنة فأكثر) الذين يظهرون الفراغ الهيكلي، وقد أثبتت الأبحاث الحديثة أن أكثر الأصغر سنا مرضى ارتفاع ضغط الدم (متوسط ​​العمر أقل من 40 سنة) لديهم الفراغ وظيفية دون الفراغ الهيكلي. 11 وهذا يوحي بأن الفراغ الوظيفي يحدث من قبل، ويمكن أن تقدم مع مرور الوقت إلى الفراغ الهيكلي.

ومن المثير للاهتمام، مرضى ارتفاع ضغط الدم تعامل مع الأدوية الخافضة للضغط محددة مثل بيريندوبريل / Indapamide عرض القاعدةآل الكثافة الشعرية وظيفة بطانة الأوعية الدموية بعد العلاج، في حين أن أولئك الذين عولجوا مع ACE (أنجيوتنسين-تحويل انزيم) مثبطات أو مدرات البول حافظت على كثافة الشعيرات الدموية منخفضة على الرغم مقارنة السيطرة على ضغط الدم. 12 وهذا يشير إلى أن بعض الأدوية الخافضة للضغط قد تطبيع الكثافة الشعرية عن طريق عكس الشعرية الفراغ الناجم عن ارتفاع ضغط الدم. وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت باحثون آخرون أن خفض تناول الملح يؤدي إلى عكس كل من الفراغ الشعرية الوظيفي والهيكلي في الأفراد المصابين بارتفاع ضغط الدم. 13

على الرغم من مختلف التطبيقات السريرية المحتملة لهذه التكنولوجيا، وهناك توحيد يذكر في تقنية لquantitating الصور الكثافة الشعرية. 2 وحتى الآن، وقد وجد الباحثون أن النتائج الكثافة الشعرية هي استنساخه من على حد سواء، مراقب داخل وجهة نظر بين المراقب إلا إذا كان على وجه الدقة يتم احتساب نفس المنطقة في كل مرة. 1،14 15 من المذكرة، وقد أجرى الباحثون السابقون إلى حد كبير التهم الشعرية يدويا باستخدام بالعين المجردة، 9 16 17 18 وهي عملية بطيئة وغير موضوعية.

، خوارزميات كمبيوتر يعمل بنظام موحدة لتحديد الكميات من الصور الشعرية توفر من الناحية النظرية تحليل البيانات أكثر كفاءة وقابلة للتكرار مع أقل الذاتية، وتسهيل التطبيقات السريرية من الفحص المجهري للشعيرات. وقد استخدمت بعض الباحثين في الواقع البرامج التي تعتمد على الكمبيوتر ل quantitate البيانات من nailfold الصور capillaroscopic. 1،6 19 20 ومع ذلك، فقط منشور واحد حتى الآن يصف موثوقية أحد البرامج المعقدة المتاحة لquantitating بيانات الفحص المجهري للشعيرات، 1 وتعقيد هذا البرنامج كما لوحظ سابقا أعلاه شرط لحساب نفس المجال البصري المحدد. هنا، نقدم، بروتوكول بساطة يمكن الاعتماد عليها لquantitating الشعيرات الدموية باستخدام خوارزمية موحدة والذي يسمح لاستخدام حقول بصرية متعددة. استخدام حقول بصرية متعددة يبسط ليس فقط هذا الإجراء، ولكن أيضا يسمح بتقييم الاختلاف البيولوجي الطبيعي في عدد الشعيرات الدموية.

والهدف من هذه الدراسة هو وصف خوارزمية حاسوبية استنساخه والكفاءة التي توحد عملية الكميات الشعرية. في حين أن هذه الأساليب لا مؤتمتة بالكامل أنها تتطلب إدخال المستخدم قليل جدا، وتوفير الكميات سريعة وموثوق بها من صور.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: تم سابقا نشر عملية الشراء للحصول على الصور الشعرية ويتم إنجاز باستخدام الكاميرا الرقمية الثابتة مع برنامج المقابل الكمبيوتر الحصول على الصور وتحليل 11 21 هذا المعمل يستخدم الصور الثابتة للتحليل، وليس أشرطة الفيديو، وتبسيط الحصول على الصور للتحليل. فيما يلي وصف لتقنية جديدة لquantitating الشعيرات الدموية من الصور.

1. صورة عملية تعزيز

  1. الحصول على الصور الرقمية مع الكاميرا الرقمية أحادية اللون. معايرة الصور لكائن من حجم معروفة من قبل التقاط صورة لكائن من طول المعروفة مثل حاكم مع الكاميرا. هذه العملية تسمح للبرنامج كمبيوتر لقياس والعد الشعيرات الدموية بدقة بعد المعالجة. مثالي لأعلى مستوى من الدقة، يجب استخدام شبيكة (قطعة المصنعة علميا من الزجاج مع حاكم محفورا في ذلك). قياس عدد البكسل في 1 مم مربعالمربع باستخدام برنامج كمبيوتر.
    ملاحظة: المفتاح لاستنساخ وتوحيد هذا البروتوكول يعتمد إلى حد كبير على تحديد المكان المناسب من مربع 1 مم 2 التي يتم فرزها.
  2. استخدام أدوات تعزيز النقيض لتلقي بظلالها على الشعيرات الدموية والتخفيف من الخلفية، والتي سوف تعظيم التصور من الشعيرات الدموية. التمايز الأولي من الشعيرات الدموية من خلفية مهمة لزراعة المحاصيل المناسبة للصورة في خطوات لاحقة. القيام بذلك عن طريق تعديل الصورة باستخدام للقيام بذلك، انقر على "أفضل الرسم البياني مناسبا.": القبض، وكثافة، صورة الرسم البياني، أفضل مناسبا.
  3. اقتصاص المنطقة ذات الاهتمام (ROI) لحساب الشعرية كصورة جديدة (تحديد المناطق ذات الأهمية). استخدام مربع 1 مم 2، الذي تم تحديده من قبل معايرة الصور في 530 بكسل يساوي 1 مم. تأكد من أن الصورة التي تم قصها تضع قمة الحلقات الشعرية في أعلى جدا من الصورة.
  4. تتسطح الصورة وسيتم تطبيق ذلك جميع التعديلات الصورة المستقبلية بالتساوي لالصورة. للقيام بذلك، انقر على: علامة التبويب العملية، مرشحات 2D، تتسطح، وكثافة BG من "مشرق" عرض كائن إلى "75" تطبيق.
  5. رفع النقيض من الصورة بحيث يتم تصور الشعيرات الدموية الى اقصى حد ممكن. للقيام بذلك، انقر على: علامة التبويب، وعرض ضبط ورفع المقابل إلى 75.
  6. إزالة البقع الصورة لتنعيم حواف الشعيرات الدموية عن طريق النقر على علامة التبويب العملية، مرشحات 2D، تمويه داخلي، وحجم النواة 7 × 7، وتطبيق.
  7. وضع اللمسات الأخيرة على النقيض من الصورة حتى الشعيرات الدموية هي الأسود وخلفية بيضاء. تنفيذ هذه الخطوة عن طريق ضبط الرسم البياني إلى "الأنسب" النموذج.
    ملاحظة: يرجى الرجوع إلى الشكل 2 في ممثل النتائج للحصول على مثال ما الصورة معالجتها يجب أن تبدو باتباع الخطوات التالية.

2. المسرحية التهم شعري / Quantitating شعري الكثافة

  1. على كل صورة، يدويا تحديد جزء واحد من الشعرية محددة جيدا باستخدام "الهدف كائن" الملامحه لا بد من الاعتراف ككائنات لفرزها من قبل البرنامج. ثم، حدد جزء صغير من الخلفية، وذلك باستخدام ميزة "الخلفية"، على أنها إشارة إلى المناطق التي تحتاج إلى أن يتم تجاهله من قبل خوارزمية الفرز.
    ملاحظة: إن الجمع بين هذه أبرز أسباب كل الشعيرات الدموية إلى أن أبرز بينما تجاهل الضوضاء في الخلفية. بروتوكول الكميات (العد) يستخدم وظائف الكمبيوتر لتمييز أجزاء من الصورة على أساس اللون والتشكل.
  2. استخدام وظيفة العد إلى الاعتماد على الفور جميع الشعيرات الدموية في الصورة مع معدات التصوير. تعيين الحد الأدنى لقطر من الأشياء عد إلى 5 بكسل من أجل تجنب عد من الضوضاء في الخلفية باسم الشعيرات.
  3. لكل فرد، والاعتماد على المتوسط ​​3-4 صور من أجل الحصول على تقييم أكثر موثوقية.
    ملاحظة: يرجى الرجوع إلى الشكل 3 في ممثل النتائج للحصول على مثال ما الصورة يجب أن تبدو أثناء إجراء الفرز.

3. إنشاء واستخدام وحدات الماكرو لأتمتة معالجة الصور

ملاحظة: لتوفير الوقت، وحدات الماكرو يمكن أن تنشأ من أجل القيام تلقائيا تسلسل معين من العمليات على واحد أو العديد من الصور. هذه السلاسل يمكن تخصيصها من أجل إجراء التعديلات صورة أسرع. في جوهرها، وتذكر هذه وحدات الماكرو كيف تتم معالجة الصور، وتنفيذ كافة الخطوات بسرعة وبدون إدخال المستخدم. أداء تعول على 12 صورة الشعرية يأخذ هذا المعمل ما بين 20 إلى 30 دقيقة مع وحدات الماكرو (2-3 دقيقة في الصورة)، في مقابل حوالي 8 دقائق في الصورة من دون وحدات الماكرو. ولذلك باستخدام وحدات الماكرو هو 3-5 مرات أكثر كفاءة من يدويا معالجة كل صورة على حدة.

  1. من أجل إنشاء ماكرو، حدد "تسجيل ماكرو" وعلى صورة واحدة بتنفيذ الخطوات والعمليات المطلوبة، كما هو موضح في الخطوات 1 و 2 أعلاه. اسم الماكرو التي على أساسها معالجة الصور الخطوات أجريت للرجوع إليها في المستقبل. عندما باليودنانوغرام الماكرو على الصور المستقبلية، ببساطة انقر على زر "ماكرو تشغيل" وهذا البرنامج سوف تطبق تلقائيا التحسينات المسجلة الصورة (الصور) المطلوب.
    ملاحظة: يستخدم هذا المختبر ماكرو لأداء جميع ولكن واحدة من الخطوات في القسم 1 من الطرق في بضع ثوان. الخطوة الوحيدة التي تتطلب إدخال المستخدم اختيار مكان لاقتصاص صورة، خطوة 1.2.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الهدف من هذا الإجراء معالجة الصور هو التفريق بين الشعيرات الدموية من صورة الخلفية بحيث يمكن قياسها بدقة. على حد سواء غير مكتملة معالجة الصور ومعالجة الصور المفرط ويضر قدرة البرنامج على تحديد الشعيرات الدموية. كما رأينا في الشكل 3، ومعالجة الصور ناقصة يجعل الشعيرات الدموية الصعب التمييز من الخلفية. ومن الأهمية بمكان أن يكون المستخدم قادرا على التمييز بسهولة حدود الشعرية منذ طريقة العد المذكورة أعلاه يعتمد على قدرة المستخدم لتسليط الضوء بدقة عدد قليل من الشعيرات الد...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يظهر الفحص المجهري للشعيرات Nailfold وعد كأداة مفيدة سريريا في المستقبل لعلاج الأورام المختلفة، والقلب والأوعية الدموية، وأمراض الروماتيزم التطبيقات. عملية الحصول على الصور تتفق إلى حد ما بين الباحثين، ولكن هناك في الوقت الحاضر أساليب متعددة لمعالجة الصور وتحليلها. تشمل طرق حاليا التهم الشعرية المحوسبة واليدوية. التهم اليدوية هي إشكالية لأنها تستغرق وقتا طويلا، ورهنا الذاتية المستخدم والتعب. الطرق المعتمدة على الكمبيوتر الحالي تتطلب مستوى عال من إدخال المستخدم، سواء في عملية تحسين...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا المشروع من قبل أرقام المنح HL96593 من المعاهد الوطنية للصحة و D56HP20783 من HRSA / HHS. محتوياته هي مسؤولية المؤلفين وحدهم ولا تمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة أو HRSA / HHS.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

برنامج

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
معالجة الصور Image-Pro PremierMedia Cybernetics، Inc9.1

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gronenschild, E. H., et al. Semi-automatic assessment of skin capillary density: proof of principle and validation. Microvasc Res. 90, 192-198 (2013).
  2. Allen, J., Howell, K. Microvascular imaging: techniques and opportunities for clinical physiological measurements. Physiol Meas. 35, R91-R141 (2014).
  3. Boettcher, M., Gloe, T., de Wit, C. Semiautomatic quantification of angiogenesis. J Surg Res. 162, 132-139 (2010).
  4. Wild, R., Ramakrishnan, S., Sedgewick, J., Griffioen, A. W. Quantitative assessment of angiogenesis and tumor vessel architecture by computer-assisted digital image analysis: effects of VEGF-toxin conjugate on tumor microvessel density. Microvasc Res. 59, 368-376 (2000).
  5. Tresadern, P. A., et al. Simulating nailfold capillaroscopy sequences to evaluate algorithms for blood flow estimation. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 2636-2639 (2013).
  6. Anderson, M. E., et al. Computerized nailfold video capillaroscopy--a new tool for assessment of Raynaud's phenomenon. J Rheumatol. 32, 841-848 (2005).
  7. Neubauer-Geryk, J., et al. Decreased reactivity of skin microcirculation in response to L-arginine in later-onset type 1 diabetes. Diabetes Care. 36, 950-956 (2013).
  8. Pazos-Moura, C. C., Moura, E. G., Bouskela, E., Torres-Filho, I. P., Breitenbach, M. M. Nailfold capillaroscopy in diabetes mellitus: morphological abnormalities and relationship with microangiopathy. Braz J Med Biol Res. 20, 777-780 (1987).
  9. Antonios, T. F., Singer, D. R., Markandu, N. D., Mortimer, P. S., MacGregor, G. A. Structural skin capillary rarefaction in essential hypertension. Hypertension. 33, 998-1001 (1999).
  10. Kaiser, S. E., Sanjuliani, A. F., Estato, V., Gomes, M. B., Tibirica, E. Antihypertensive treatment improves microvascular rarefaction and reactivity in low-risk hypertensive individuals. Microcirculation. 20, 703-716 (2013).
  11. Cheng, C., Diamond, J. J., Falkner, B. Functional capillary rarefaction in mild blood pressure elevation. Clinical and Translational Science. 1, 75-79 (2008).
  12. Debbabi, H., Bonnin, P., Levy, B. I. Effects of blood pressure control with perindopril/indapamide on the microcirculation in hypertensive patients. Am J Hypertens. 23, 1136-1143 (2010).
  13. He, F. J., Marciniak, M., Markandu, N. D., Antonios, T. F., MacGregor, G. A. Effect of modest salt reduction on skin capillary rarefaction in white, black, and Asian individuals with mild hypertension. Hypertension. 56, 253-259 (2010).
  14. Murray, A. K., et al. The influence of measurement location on reliability of quantitative nailfold videocapillaroscopy in patients with SSc. Rheumatology (Oxford). 51, 1323-1330 (2012).
  15. Ingegnoli, F., et al. Feasibility of different capillaroscopic measures for identifying nailfold microvascular alterations. Semin Arthritis Rheum. 38, 289-295 (2009).
  16. Debbabi, H., et al. Increased skin capillary density in treated essential hypertensive patients. Am J Hypertens. 19, 477-483 (2006).
  17. Serne, E. H., et al. Impaired skin capillary recruitment in essential hypertension is caused by both functional and structural capillary rarefaction. Hypertension. 38, 238-242 (2001).
  18. Shore, A. C. Capillaroscopy and the measurement of capillary pressure. Br J Clin Pharmacol. 50, 501-513 (2000).
  19. Rieder, M. J., O'Drobinak, D. M., Greene, A. S. A computerized method for determination of microvascular density. Microvasc Res. 49, 180-189 (1995).
  20. Vermeulen, P. B., et al. Quantification of angiogenesis in solid human tumours: an international consensus on the methodology and criteria of evaluation. Eur J Cancer. 32A, 2474-2484 (1996).
  21. Cheng, C., Daskalakis, C., Falkner, B. Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function. Journal of Visualized Experiments. , (2012).
  22. Antonios, T. F., et al. Maximization of skin capillaries during intravital video-microscopy in essential hypertension: comparison between venous congestion, reactive hyperaemia and core heat load tests. Clin Sci (Lond). 97, 523-528 (1999).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Capillary Density QuantitationNailfold CapillaroscopyImage Processing AlgorithmCapillary Counting MethodMicrocirculation AnalysisImage Manipulation TechniqueRegion of Interest PlacementHistogram Adjustment ProtocolAutomated Image AnalysisCapillary Morphology Assessment

Related Articles