وضع مزدوج تصوير الأنسجة الجلدية الأكسجة وظيفة الأوعية الدموية

يعد التقييم الدقيق لأكسجة الأنسجة الجلدية والوظيفة الوعائية أمراً هاماً للكشف المناسب عن العديد من الاضطرابات الصحية وتحديد مراحلها وعلاجها، بما في ذلك الجروح المزمنة. هنا، يتم تصوير أكسجة الأنسجة الجلدية والاستجابة الحرارية الوعائية للأنسجة بشكل غير جراحي، وذلك باستخدام نظام تصوير ثنائي الوضع مبتكر يدمج كاميرا بالأشعة تحت الحمراء، وكاميرا CCD، ومرشحاً قابلاً للضبط من الكريستال السائل، ومصدراً ضوئياً ليفياً عالي الكثافة.

يتم تحفيز تغيرات الأكسجة في أنسجة ذراع شخص سليم باستخدام كفة قياس ضغط الدم تحت مراقبة نظام تصوير ثنائي الوضع، وتتم مقارنتها بقياسات متزامنة لأكسجة الأنسجة العميقة والأنسجة الجلدية؛ كما يتم تسجيل تغيرات توتر الأكسجين ودرجة حرارة الأنسجة استجابةً للتحفيز الحراري الخارجي لإعادة بناء خريطة التفاعلية الحرارية الوعائية. ويتم دمج خريطة أكسجة الأنسجة الجلدية وخريطة التفاعلية الحرارية الوعائية للأنسجة من خلال خوارزمية تسجيل مشترك متطورة. في هذا العمل، نصف تطوير نظام تصوير جديد للمراقبة غير الغازية لتشبع الأكسجين في أنسجة الجروح، بالإضافة إلى المخطط الحراري الديناميكي، مما يساعد في دراسة الالتهاب الطارد للحرارة وفي تتبع تدفق الدم الدافئ إلى أنسجة الجرح خلال مرحلة تكوين الأوعية الدموية ما بعد الالتهاب.

من منظور سريري، يمتلك نظام التصوير هذا القدرة على المساعدة في الإجابة عن أسئلة جوهرية في مجال إدارة الجروح الحادة والمزمنة، مثل استخدام التنضير الموجه بالتصوير. كما سيساعد في مراقبة مدى الاستجابة للتدخلات العلاجية للجروح بطريقة غير جراحية من خلال القياسات المتكررة لنسبة الأكسجين في الأنسجة. ويُعد نظام التصوير ثنائي النموذج هذا، الذي تم تطويره في مركز الجروح الشامل بجامعة ولاية أوهايو، الخطوة الأولى نحو التقييم المتزامن لنسبة الأكسجين في أنسجة الجروح والوظيفة الوعائية.

كما ستلاحظون، أصبح النظام الآن جاهزاً للاختبارات الوظيفية، وتجري حالياً جهود لتحسين التصميم الهندسي، والبروتوكول الموحد، ونظام مصادق عليه للاستخدام السريري الروتيني. وبالإضافة إلى أجهزة التصوير وخوارزميات إعادة البناء، قمنا بتطوير مقاييس أسرع لمطابقة الصور تهدف إلى دمج وتصور الصور المتراكبة التي يتم الحصول عليها عبر أنماط التصوير المختلفة. ويتميز هذا النهج بكونه نمطياً، مما يتيح المجال لإضافة منصات تصوير جديدة في المستقبل.

ابدأ باختيار شخص سليم للمشاركة في التجربة. اجعل الشخص يجلس مع وضع ساعده الأيسر مستنداً على سطح طاولة. استخدم فرشاة لطلاء طبقة رقيقة من حبر الهند (India ink) على ساعد الشخص لمحاكاة ألوان البشرة المختلفة.

ضع أربعة علامات مرجعية على ساعد المفحوص لتحديد منطقة اهتمام (ROI) تشمل كلاً من الجلد المصبوغ بالحبر والجلد الطبيعي. تتميز العلامات المرجعية بتباينات حرارية وبصرية متزامنة تسهل عملية التسجيل المشترك للصور؛ وفي هذه الحالة، تم استخدام نظام تصوير ثنائي الوضع تم تطويره في مركز الجروح الشامل بجامعة ولاية أوهايو. يتكون نظام التصوير من كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء، وكاميرا CCD، ومرشح بلوري سائل قابل للضبط، ومصدر ضوئي ليفي عالي الكثافة لإجراء تصوير متعدد الأطياف لأكسجة الأنسجة.

أطفئ جميع مصادر الضوء الخارجية، ثم اطلب من الشخص الخاضع للفحص وضع ذراعه والتقاط الصور. يقوم برنامج التصوير بمعايرة أوقات التعرض تلقائياً عند كل طول موجي. بعد جمع صور العينة من المنطقة المستهدفة، ضع لوحاً أبيض في منطقة التصوير والتقط صور الانعكاسية عند أطوال موجية مختلفة.

ستُستخدم هذه الصور من أجل المعايرة. وبمجرد الحصول على الصور المرجعية، يتم حساب نسبة الانعكاس واستنتاج درجة أكسجة الأنسجة عند كل بكسل استناداً إلى الفجوة العريضة.

طيف المشتقة الثانية. وللمقارنة، يتم الحصول على خريطة للأكسجة النسيجية الجلدية باستخدام نظام تجاري لتحديد ما إذا كان تغير لون الجلد يؤثر على قياسات الأكسجة في كل نظام. يُستخدم برنامج للتحليل الإحصائي لإجراء اختبار t لـ student، لمقارنة القياسات في المناطق التي بها حبر وتلك التي تخلو منه.

بعد ذلك، ضع كفة قياس ضغط الدم على الذراع العلوية اليسرى للمبحوث. قم بتحديد وتسجيل ضغط الدم الانقباضي والانبساطي للمبحوث. ضع مستشعرات مقياس طيف الأنسجة plex TS ومراقب الأكسجين عبر الجلد A TCM على الذراع نفسها، وقم بتشغيل الأجهزة لتهيئة درجة حرارتها لمدة 20 دقيقة مع مراقبة خريطة أكسجة الأنسجة الجلدية.

قم بإحداث تغييرات في أكسجة أنسجة الذراع عن طريق إجراء فرط الدم التفاعلي بعد انسداد الأوعية (PORH). انقر فوق زر البدء لبدء التصوير. راقب الخط الأساسي قبل الانسداد لمدة دقيقتين.

بعد ذلك، يتم نفخ سوار قياس ضغط الدم إلى 50 millimeters mercury فوق الضغط الانقباضي لإحداث انسداد فوق انقباضي. يُترك السوار منفوخاً لمدة دقيقتين، مع الاستمرار في مراقبة التغيرات في معايير الأنسجة. وأخيراً، يتم تفريغ السوار من الهواء بسرعة لإحداث فرط الدم التفاعلي.

سجل جميع معاملات أكسجين الأنسجة لمدة دقيقتين. لإجراء التصوير الحراري الديناميكي. اجعل الشخص السليم في وضعية مريحة.

اجعل الشخص يجلس مع إراحة ذراعه اليسرى على سطح طاولة. وجه ظهر اليد اليسرى للأعلى باتجاه وحدة الكاميرا بالأشعة تحت الحمراء في نظام التصوير. بعد ذلك، ضع مسبار ليزر دوبلر على طرف إصبع اليد اليسرى لمراقبة تروية الجلد باستمرار بمعدل أخذ عينات قدره 10 hertz.

ضع سوار ضغط الدم على الذراع العلوية اليسرى للخاضع للاختبار. ثم قم بتحديد وتسجيل ضغطي الدم الانقباضي والانبساطي للخاضع للاختبار. قم بتوليد مستويات مختلفة من الانسداد الوعائي من خلال التحكم في نفخ سوار الضغط عند مستويات الضغط التالية: بدون انسداد، 0.5 ضعف ضغط الدم الانبساطي، مجموع 0.5 ضعف ضغط الدم الانبساطي وضغط الدم الانقباضي، و 1.5 ضعف ضغط الدم الانقباضي.

بعد ذلك، قم بإجراء اختبارات التصوير الحراري عند مستويين من الانسداد الوعائي: بدون انسداد، وانسداد انقباضي، وذلك عند كل مستوى من مستويات الانسداد الوعائي. قم بإحداث تحفيز حراري عن طريق وضع كيس ماء بدرجة حرارة الغرفة على اليد اليسرى لمدة 30 ثانية. وفور إزالة كيس الماء، ابدأ في التقاط الصور الحرارية بشكل مستمر وبمعدل تصوير يبلغ إطارين في الثانية.

باستخدام البرمجيات، حدد دالة التفاعل الحراري للأوعية الدموية في الأنسجة. احسب مؤشر الدالة عند كل بكسل في الصورة التصويرية الحرارية عن طريق أخذ النسبة بين الجذر التربيعي لمدة التحفيز الحراري والتغير المقابل في درجة حرارة الأنسجة. احسب قيمة التفاعل الحراري للأوعية الدموية في الإصبع عند كل ضغط انسدادي من خلال حساب متوسط خمس مناطق اهتمام (ROIs) في خريطة التفاعل الحراري للأوعية الدموية في الأنسجة. وتتم مقارنة قيم التفاعل الحراري للأوعية الدموية في الإصبع مع قياسات ليزر دوبلر لتروية الأوعية الدموية في الإصبع عند مستويات انسداد مختلفة.

من أجل التسجيل المشترك لخريطة الأكسجة التي تم الحصول عليها من التصوير متعدد الأطياف وخريطة الوظائف الوعائية التي تم الحصول عليها من التصوير الحراري الديناميكي. استخدم MATLAB لتحويل جميع الصور إلى التدرج الرمادي. ثم قم بتطبيع قيم كثافة البكسل عن طريق ضبطها لتكون بين صفر وواحد.

بعد ذلك، حدد منطقة المقدمة أو الجلد في خريطة الأكسجة أو الصورة متعددة الأطياف، وذلك من خلال اختيار البكسلات التي تزيد قيم شدتها عن العتبة العالمية التجريبية البالغة 0.8 من متوسط قيمة الشدة للصورة بأكملها. ثم قم بتحسين الصورة بشكل أكبر باستخدام العملية المورفولوجية. وبعد ذلك، لتكييف تباين الإضاءة، حدد العلامات المرجعية.

ستظهر هذه العلامات كمناطق أكثر قتامة في المقدمة وستكون لها قيم كثافة أقل من العتبات المحلية العالمية والتكيفية. قم بتحسين مناطق العلامات المرجعية باستخدام العمليات المورفولوجية لإزالة الضوضاء من الصورة، ثم اختر معرفات الكائنات (OIDs) لهذه المناطق الأربع كنقاط تحكم في الصورة الضوئية.

كرر خطوات مماثلة لتحديد مناطق العلامات في خريطة الوظائف الوعائية أو الصورة الحرارية. قم بمطابقة مجموعتي نقاط التحكم بناءً على التقارب. بعد تطبيعهما وفقاً لنفس المقياس، قم بمطابقة نقطة تحكم في الصورة الأولى مع أقرب نقطة تحكم.

في الخطوة الثانية، يتم حساب تحويل دقيق يتضمن معلومات الإزاحة والدوران والقياس بين الصورتين، باستخدام خريطة الوظيفة الوعائية كمرجع. ثم يتم تحويل خريطة الأكسجة باستخدام التحويل الذي تم حسابه.

أخيرًا، قم بتركيب الصور المسجلة معًا للعرض المرئي. تظهر هنا خريطة معاد بناؤها لأكسجة الأنسجة الجلدية تم الحصول عليها من ساعد شخص سليم باستخدام نظام التصوير ثنائي الوضع الشامل المتممركز حول الجرح. لاحظ أنه لم يتم رصد اختلافات جوهرية في الأكسجة بين مناطق الأنسجة المدهونة وغير المدهونة.

تم اختيار 10 مناطق اهتمام (ROIs) عشوائياً من خارج وداخل المنطقة المصبوغة بالحبر لتقييم قياسات الأكسجة. وتشير النتائج الموضحة هنا إلى أن قياس أكسجة الأنسجة بواسطة نظام مركز الجروح الشامل لا يتأثر بشكل كبير بلون البشرة. وفي المقابل، فإن قياسات أكسجة الأنسجة التي تم الحصول عليها باستخدام نظام تجاري تتأثر بشكل كبير بلون البشرة.

يستطيع نظام تصوير مركز الجروح الشامل مراقبة التغيرات في أكسجة الأنسجة الجلدية باستمرار طوال مراحل الانسداد المرجعية ومراحل الاحتقان الدموي في إجراء PORH. وخلال إجراء PORH، يتزامن التغير في أكسجة الأنسجة الجلدية مع التغيرات في أكسجة الأنسجة العميقة. كما يتميز نظام تصوير مركز الجروح الشامل بالقدرة على تصوير الاستجابة الحرارية الوعائية للأنسجة الجلدية.

تُظهر هذه الأشكال خرائط تمثيلية للوظيفة الوعائية لنفس الشخص عند ضغوط انسداد وعائي مختلفة تم تطبيقها بواسطة كفة ضغط. ويرتبط متوسط مؤشر الوظيفة الوعائية عند أطراف أصابع الشخص بقياسات ليزر دوبلر لأطراف الأصابع. تروية أنسجة الجلد.

يتم دمج خريطة الأكسجة وخريطة الوظيفة الوعائية التي تم الحصول عليها بواسطة نظام التصوير باستخدام خوارزمية التسجيل المشترك. يوضح هذا الشكل نموذجاً لدمج الصور. ما لدينا هنا هو نظام تصوير بنموذج مزدوج للتقييم المتزامن لأكسجة الأنسجة المستمرة والتفاعلية الحرارية للأوعية الدموية في الأنسجة.

يمكن إضافة منصات أخرى مثل التصوير الفلوري. ويمثل التكامل النظامي لمكونات الأجهزة والبرمجيات حجر زاوية أساسي. وفي هذا السياق، يمكن تكييف خوارزمية التسجيل المشترك للصور في النظام بسهولة لاستيعاب أنماط تصوير إضافية، مما يجعل هذا المنتج متعدد الاستخدامات.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يتكون لديك فهم جيد للآفاق الواعدة التي يقدمها نهج التصوير الجديد هذا. ويعد تطوير هذا النظام نموذجاً للبحث الانتقالي متعدد التخصصات في مركز الجروح الشامل بجامعة ولاية أوهايو. تمنياتنا لكم بالتوفيق في تجاربكم.